\376\377\000M\000a\000t\000e\000r\000i\000a\000l\000e\000s\000 \000f\000e\000r\000r\000o\000m\000a\000g\000n\000\351\000t\000i\000c\000o\000s

COMPORTAMIENTO MAGNETICO DE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS

MATERIALES FERROMAGNTICOS Y SUS APLICACIONES

Los materiales ferromagnticos y ferrimagnticos presentan un momento dipolar magntico espontaneo en ausencia de campo magntico aplicado observndose este fenmeno solo por debajo de una temperatura dada. Su comportamiento es, por ello, distinto al de los materiales paramagnticos, cuyos dipolos elementales han de ser orientados por una campo magntico para exhibir momento magntico.

Los fenmenos que se tratarn en este captulo son debidos a interacciones de naturaleza cuntica entre iones magnticos. Estas interacciones son lo suficientemente fuertes como para producir el alineamiento mutuo de los momentos magnticos. La interaccin alineadora entre iones magnticos slo ser importante si es grande comparada con los mecanismos que pueden alterar la ordenacin, especialmente la energa trmica vibracional que naturalmente tender a desordenar el material. Los tipos de ordenaciones de spins electrnicos que dan lugar a un momento magntico espontneo (excepto en el caso del antiferromagntico simple) son los siguientes

(FERROMAGNETICOS, n.d.)

Las substancias ferromagnticas normalmente son slidos y buenos conductores. Su comportamiento est asociado con una interaccin magntica entre espines de una pareja de electrones (el espn de un electrn de una capa interna del tomo y el espn de los electrones de conduccin). El resultado, es la tendencia a que todos los tomos tengan los momentos magnticos de los electrones de capas internas alineados. Se debe a un intermediario, el espn de un electrn de conduccin con momento magntico opuesto movindose libremente por la red cristalina.

En consecuencia, hay una orientacin paralela de los dipolos magnticos atmicos en regiones muy pequeas conocidas como dominios ferromagnticos, cuyas dimensiones son del orden de 10-8 a 10-12 m3 y que contienen un nmero de tomos entre 1017 y 1021. La direccin de la magnetizacin de un dominio depende de la estructura cristalina de la substancia. Las fronteras entre varios dominios que tienen diferentes orientaciones se llaman paredes de dominio.

..

Los dominios ferromagnticos estn formados por muchos monocristales (trozos pequeos de material con una ordenacin y estructura cristalina bien definida). La magnetizacin M en el interior de un cristal ferromagntico depende tambin de la temperatura. Por encima de una temperatura dada Tc , conocida como temperatura de Curie, que es caracterstica de cada substancia, vase la tabla, la magnetizacin del cristal es nula.

MsatT

M

Temperatura de Curie para algunassustancias ferromagnticas.Magnetizacin en funcin de la temperatura absoluta.

El material se hace paramagntico y no puede mostrar magnetizacin permanente. Para T Tc lamagnetizacin aumenta al disminuir la temperatura (ver tabla) y para temperaturas muy bajas M alcanza su valor mximo Msat y se dice que la magnetizacin se satura, estando entonces casi todos los dipolos magnticos atmicos paralelos.

Aproximadamente, si N es el nmero de tomos por unidad de volumen que hay en el material y slo hay un electrn por tomo (de una capa interna incompleta) que contribuya, se tiene Msat N B ,

Cuando un material ferromagntico no magnetizado y a temperatura T Tc , se coloca en un campo magntico externo, los dominios tienden a alinearse con el campo, girando ligeramente, con lo que resulta una muestra magnetizada.

Dominios de un material magnetizado

La experiencia nos muestra que las cosas ocurren como si los dominios que inicialmente estn orientados en la direccin del campo crecieran a expensas de los que tienen una orientacin menos favorable. Cuando cesan las corrientes externas que creaban el campo, el material retiene su magnetizacin neta en la direccin del campo y tenemos un imn permanente.

Los materiales magnticos tienen una gran cantidad de aplicaciones, por ejemplo en los circuitos elctricos, en los transformadores, motores elctricos etc. Como soporte para grabar o guardar todo tipo de informacin, cintas de un magnetfono o de un magnetoscopio (vdeo), la tecnologa de disco magntico (disco duros de ordenador) y muchos otros dispositivos usados en la tecnologa de las computadoras.

Las propiedades de un material ferromagntico no dependen slo del tipo de tomos que lo constituyen, por ejemplo tomos de hierro, sino que depende de forma decisiva de la cantidad de impurezas que tiene y de cmo se ha formado. Si se quiere hacer un imn permanente habr que recurrir a un material con un ciclo de histresis muy ancho. En estos materiales las paredes de los dominios estn prcticamente congeladas y no se mueven. Una aleacin de este tipo es la llamada Alnico V (51% Fe, (8% Al, 14 % Ni, 24% Co, 3% Cu).

Para construir transformadores y motores elctricos, se requiere un material magnticamente blando, que sea fcil de magnetizar y desmagnetizar. De esta manera, tambin la disipacin de energa en el interior del material y el correspondiente calentamiento sern mucho menores, debido a la facilidad con la que se mueven las paredes de los dominios ferromagnticos. En la construccin de inductancias se consigue mediante un ncleo ferromagntico tener una alta energa magntica sin necesidad de aumentar el devanado de cobre con las consiguientes prdidas por aumento de la resistencia hmica.

(Aplicaciones, n.d.)

Los materiales ferromagnticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnticos ms comunes y se utilizan para el diseo y constitucin de ncleos de los transformadores y maquinas elctricas. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, as como para disminuir la corriente de excitacin necesaria para la operacin del transformador. En las maquinas elctricas se usan los materiales ferromagnticos para dar forma a los campos, de modo que se logren hacer mximas las caractersticas de produccin de par.

CLASIFICACIN DE MATERIALES FERROMAGNTICOS

1. DiamagnetismoEl diamagnetismo es un efecto universal porque se basa en la interaccin entre el campo aplicado y los electrones mviles del material. El diamagnetismo queda habitualmente enmascarado por el paramagnetismo, salvo en elementos formados por tomos o iones que se disponen en capas electrnicas cerradas, ya que en estos casos la contribucin paramagntica se anula. Las caractersticas esenciales del diamagnetismo son: Los materiales diamagnticos se magnetizan dbilmente en el sentido opuesto al del campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una fuerza de repulsin sobre el cuerpo respecto del campo aplicado. La susceptibilidad magntica es negativa y pequea y la permeabilidad relativa es entonces ligeramente menor que 1. La intensidad de la respuesta es muy pequea. Se puede modelar en forma sencilla el comportamiento diamagntico mediante la aplicacin de la ley de Lenz al movimiento orbital de los electrones .El diamagnetismo fue descubierto por Faraday en 1846.Ejemplos de materiales diamagnticos son el cobre y el helio.2. ParamagnetismoLos materiales paramagnticos se caracterizan por tomos con un momento magntico neto, que tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. Las caractersticas esenciales del paramagnetismo son: Los materiales paramagnticos se magnetizan dbilmente en el mismo sentido que el campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una fuerza de atraccin sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE MATERIALES FERROMAGNTICAS

Propiedades de los materiales ferromagnticos. Aparece una gran induccin magntica al aplicarle un campo magntico. Permiten concentrar con facilidad lneas de campo magntico, acumulando densidad de flujo magntico elevado. Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magnticos en trayectorias bien definidas. Permite que las maquinas elctricas tengan volmenes razonables y costos menos excesivos.Caractersticas de los materiales ferromagnticos.Los materiales ferromagnticos se caracterizan por uno o varios de los siguientes atributos: Pueden imanarse mucho ms fcilmente que los dems materiales. Esta caracterstica viene indicada por una gran permeabilidad relativa m /m r. Tienen una induccin magntica intrnseca mxima muy elevada. Se imanan con una facilidad muy diferente segn sea el valor del campo magntico. Este atributo lleva una relacin no lineal entre los mdulos de induccin magntica (B) y campo magntico. Un aumento del campo magntico les origina una variacin de flujo diferente de la variacin que originara una disminucin igual de campo magntico. Este atributo indica que las relaciones que expresan la induccin magntica y la permeabilidad (m) como funciones del campo magntico, no son lineales ni uniformes. Conservan la imanacin cuando se suprime el campo. Tienden a oponerse a la inversin del sentido de la imanacin una vez imanados.

TEMPERATURA DE CURIESe denominatemperatura de Curie[5](en ocasionespunto de Curie) a la temperaturapor encima de la cual un cuerpoferromagnticopierde su magnetismo, comportndose como un material puramente paramagntico, debido a que los efectos trmicos de desorden son mayores que los efectos de alineamiento de la interaccin magntica entre dominios. Una forma de desmagnetizar un material ferromagntico es entonces calentarlo por encima de esta temperatura.MATERIALES Y TEMPERATURAS DE CURIEMaterialTemp. Curie (K)

Fe1043

Co1388

Ni627

Gd292

Dy88

MnAs318

MnBi630

MnSb587

CrO2386

MnOFe2O3573

Fe3O4858

NiOFe23858

CuOFe2O3728

MgOFe23713

EuO69

Y3Fe5O12560

Se ve que estas temperaturas son en casos muy altas y cercanas a las temperaturas de fusin del elemento, por lo que en la prctica la des magnetizacin por temperatura es en general un proceso parcial.(Https://fisicacontemporanea.wordpress.com/materiales-ferromagneticos/, 2004)