Momento magnético

En física, el momento magnético de un imán es una cantidad que determina la fuerza que el imán puede ejercer sobre las corrientes eléctricas y el par que un campo magnético ejerce sobre ellas. Un bucle de corriente eléctrica, un imán de barra, un electrón, una molécula y un planeta, todos tienen momentos magnéticos.

Tanto el momento magnético como el campo magnético pueden ser considerados como vectores con una magnitud y dirección. El sentido del momento magnético va desde el polo sur al polo norte del imán. El campo magnético producido por un imán es proporcional a su momento magnético.

Más precisamente, el término momento magnético se refiere normalmente al momento dipolar magnético de un sistema, que produce el primer término en la expansión multipolar de un campo magnético en general. El dipolo que compone el campo magnético de un objeto es simétrico respecto a la dirección de su momento dipolar magnético, y disminuye con la inversa del cubo de la distancia del objeto.

En presencia de un campo magnético (inherentemente vectorial), el momento magnético se relaciona con el momento de fuerza de alineación de ambos vectores en el punto en el que se sitúa el elemento. El campo magnético es el B, denominado inducción magnética o densidad de flujo magnético.

La relación es:

${displaystyle {oldsymbol { au }}={oldsymbol {mu }} imes mathbf {B} }$

donde ${displaystyle {oldsymbol { au }}}$ es el momento de fuerza, ${displaystyle {oldsymbol {mu }}}$ es el momento dipolar magnético, y ${displaystyle mathbf {B} }$ es el campo magnético. El alineamiento del momento dipolar magnético con el campo crea una diferencia en la energía potencial electrostática U:

${displaystyle U=-{oldsymbol {mu }}cdot mathbf {B} }$

Uno de los ejemplos más simples de momento dipolar magnético es el de una espira conductora de la electricidad, con intensidad I y área A, para el cual la magnitud es:

${displaystyle {oldsymbol {mu }}=Imathbf {A} }$

En el Sistema Internacional de Unidades, el momento magnético se mide en julios sobre tesla (J/T). En el ámbito de la física atómica, nuclear y de partículas se suelen emplear el magnetón de Bohr ${displaystyle mu _{B}}$ y el magnetón nuclear ${displaystyle mu _{N}}$.

Los electrones y muchos núcleos atómicos también tienen momentos magnéticos intrínsecos, cuya explicación requiera tratamiento mecanocuántico y que se relaciona con el momento angular de las partículas. Son estos momentos magnéticos intrínsecos los que dan lugar a efectos macroscópicos de magnetismo, y a otros fenómenos como la resonancia magnética nuclear.

El momento magnético de espín es una propiedad intrínseca o fundamental de las partículas, como la masa o la carga eléctrica. Este momento está relacionado con el hecho de que las partículas elementales tienen momento angular intrínseco o espín, para partículas cargadas eso lleva inevitablemente a que se comporten de modo similar a un pequeño circuito con cargas en movimiento. Sin embargo, también existen partículas neutras sin carga eléctrica como el neutrón que, sin embargo, tienen momento magnético (de hecho el neutrón no se considera realmente elemental sino formado por tres quarks cargados).

El momento (dipolar) magnético de un electrón es:

${displaystyle {oldsymbol {mu }}=-g_{s}mu _{ m {B}}({oldsymbol {s}}/hbar )}$

siendo:

Ciertas disposiciones orbitales, con degeneración triple o superior, implican un momento magnético adicional, por el movimiento de los electrones (partículas cargadas). La situación es análoga a la de la espira conductora presentada arriba, pero exige un tratamiento cuántico.

Los compuestos de los diferentes metales de transición presentan muy diversos momentos magnéticos, pero es posible encontrar un intervalo típico para cada metal en cada estado de oxidación, teniendo en cuenta, por supuesto, si es de espín alto o bajo.

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