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• Daniel J Carvajal Tinoco

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PROPIEDADES

MAGNETICAS

DE

LOS

MATERIALES

El magnetismo es el fenómeno por el cual los materiales muestran una fuerza Atractiva

ó

repulsiva

ó

influyen

en

otros

materiales.

Los materiales magnéticos son necesarios en muchos diseños de ingeniería, en particular en el área de ingeniería eléctrica. En general, hay dos tipos principales: materiales

magnéticos

blandos

y

duros.

Un material magnético blando se magnetiza y desmagnetiza con facilidad. Los materiales blandos como las aleaciones de hierro con 3 a 4 por ciento de silicio que se utilizan en los núcleos de transformadores, motores y generadores tienen ciclos de histéresis reducidos con bajas fuerzas coercitivas .Por otro lado, los materiales magnéticos utilizados en los imanes permanentes tienen ciclos de histéresis Propiedades

anchos deseables

con de

fuerzas

coercitivas

altas.

materiales

magnéticos

blandos

Para que un material ferromagnético sea blando, su ciclo de histéresis debe tener la más baja fuerza coercitiva posible. Esto es, su ciclo de histéresis debe ser lo más delgado posible de manera que el material se magnetice con facilidad y tenga una

elevada

permeabilidad

magnética.

Un material magnético duro se emplean en aplicaciones que requieren imanes permanentes que no se desmagneticen con facilidad, como los imanes permanentes en altavoces, receptores telefónicos. Propiedades importantes de un material magnético duro son alta fuerza coercitiva y alta inducción por saturación. Ejemplos de materiales magnéticos duros son los alnicos, los cuales se utilizan como

imanes

permanentes.

Se inicia el estudio de los materiales magnéticos revisando primero algunas de las propiedades fundamentales del magnetismo y de los campos magnéticos. Los metales hierro, cobalto y níquel son los únicos tres metales elementales que, cuando se magnetizan a temperatura ambiente, pueden producir un intenso campo magnético alrededor de ellos mismos. Se dice que éstos son

ferromagnéticos. Material ferromagnético aquel que es capaz de magnetizarse de manera considerable. Campo magnético H el campo magnético producido por un campo magnético aplicado externo o el campo magnético producido por una corriente que pasa a través de un alambre conductor o bobina de alambre (solenoide).inducción magnética o densidad de flujo, o simplemente inducción, y está dado por el símbolo

B.

Considérese que se coloca una barra de hierro desmagnetizada dentro del solenoide y se aplica una corriente de magnetización a este último. El campo magnético fuera del solenoide es ahora más intenso con la barra magnetizada dentro del solenoide. El campo magnético incrementado fuera del solenoide se debe a la suma del propio campo de este último y al campo magnético externo de la

barra

magnetizada.

La inducción magnética B es la suma del campo aplicado H y el campo externo que surge de la magnetización de la barra dentro del solenoide. El momento magnético inducido por unidad de volumen debido a la barra, recibe el nombre de intensidad de magnetización o magnetización, y se indica por el símbolo M. TIPOS

DE

MAGNETISMO

Los campos magnéticos y las fuerzas se originan a partir del movimiento de la carga eléctrica fundamental, el electrón. Cuando los electrones se mueven en un alambre conductor, se produce un campo magnético alrededor del alambre. El magnetismo en materiales se debe también al movimiento de electrones, pero en este caso los campos magnéticos y las fuerzas son resultado del espín intrínseco de los electrones y su movimiento orbital alrededor de sus núcleos.

Un campo magnético externo que actúa sobre los átomos de un material

desequilibra ligeramente sus electrones orbitales y crea pequeños dipolos magnéticos dentro de los átomos que se oponen al campo aplicado. Esta acción produce

un

efecto

magnético

negativo

conocido

como

diamagnetismo.

Los materiales que exhiben una pequeña susceptibilidad magnética positiva en la presencia de un campo magnético, se denominan paramagnéticos, y el efecto magnético recibe el nombre de paramagnetismo. El efecto paramagnético en materiales desaparece cuando se suprime el campo magnético aplicado. El diamagnetismo y el paramagnetismo se inducen mediante un campo magnético aplicado, y la magnetización permanece sólo mientras se mantiene el campo. Un tercer tipo de magnetismo, llamado ferromagnetismo, es de gran importancia en la ingeniería. Las propiedades ferromagnéticas de los elementos de transición Fe, Co y Ni se deben a la forma en que se alinean los espines de los electrones internos no apareados Otro

tipo

en de

sus

magnetismo

que

ocurre

redes en

algunos

cristalinas. materiales

es

el

antiferromagnetismo. En la presencia de un campo magnético, los dipolos magnéticos de los átomos de materiales antiferromagnéticos se alinean por sí solos en direcciones opuestas. Los elementos manganeso y cromo en el estado sólido a temperatura ambiente exhiben antiferromagnetismo y tienen un intercambio

de

energía

negativa.

Algunos materiales cerámicos, iones diferentes tienen distintas magnitudes para sus momentos magnéticos, y cuando estos momentos magnéticos se alinean de una manera antiparalela, hay un momento magnético neto en una dirección (ferrimagnetismo)

Las ferritas, que son compuestos cerámicos, constituyen otro tipo de materiales magnéticos importantes desde la perspectiva industrial. Estos materiales son ferrimagnéticos debido a un momento magnético neto producido por su estructura

iónica. La mayoría de las ferritas magnéticamente blandas tienen la composición básica MO · Fe2O3, donde M es un ion divalente como Fe2+, Mn2+ y Ni2+. Estos materiales tienen la estructura de espinela inversa y se emplean en aplicaciones de señales débiles, núcleos de memoria, audiovisuales y cabezas de grabación, entre otras. Puesto que estos materiales son aislantes, es posible utilizarlos en aplicaciones de alta frecuencia donde las corrientes parásitas son un problema con

los

campos

alternos.

Las ferritas magnéticamente duras con la fórmula general MO · 6Fe2O3, donde M suele ser un ion de Ba o Sr, se usan en aplicaciones que requieren materiales magnéticos permanentes de bajo costo y baja densidad. Estos materiales se emplean en altavoces, timbres telefónicos y receptores, y en dispositivos de retención para puertas, sellos y cerrojos.