TERMINOS RELATIVOS AL MAGNETISMO:
TERMINOS RELATIVOS AL MAGNETISMO:
Propiedades magnticas: El comportamiento magntico esta
determinado por las interacciones entre dipolos magnticos, estos
dipolos a su vez estn dados por la estructura electrnica del
material. Por lo tanto, al modificar la microestructura, la
composicin o el procesamiento se pueden alterar las propiedades
magnticas.Magnetismo: Es la capacidad de algunos metales,
principalmente hierro y acero, para atraer otras piezas de hierro y
acero. Las fuerzas magnticas son producidas por el movimiento de
partculas cargadas.
Magneto: Es una masa de hierro u otro material que atrae o
repele otras masas similares y que as se encuentran libres para
girar. Se alinean en direccin al Norte y al Sur, es decir, que los
magnetos tienen una polaridad.
Polos magnticos: son los puntos de un imn por donde entran o
salen lneas de campo. El punto por donde salen las lneas de campo
se denomina polo norte y por donde entran polo sur. La atraccin
magntica slo se presenta en los polos del imn.
Con un corte final podemos dividir y separar las cargas positiva
y negativa.El medio magntico parece comportarse microscpicamente de
modo semejante. La figura 4 representa a un medio magntico como una
coleccin de dipolos magnticos. Si cortamos al medio en dos sin
cortar a ninguno de los dipolos, cada una de las dos mitades tiene
un polo norte en un extremo y un polo sur en el otro. Podemos
continuar cortando nicamente hasta que lleguemos al nivel de un
solo tomo. Aqu descubriremos que el dipolo magntico consta no de
dos cargas individuales y opuestas, como en el caso elctrico, sino
ms bien es una diminuta espira de corriente, en donde la corriente
corresponde, por ejemplo, a la circulacin del electrn en el tomo.
No existe manera de dividir a este dipolo en polos separados, de
modo que el dipolo es la unidad fundamental ms pequea del
magnetismo.
PROPIEDADES DEL MAGNETO:
a.- Un magneto atrae material magntico.
b.- Un magneto atrae otro material magntico con mayor fuerza,
segn las dos sustancias se acercan.
c.- Un magneto establece en el material magntico propiedades
similares.
d.- Un magneto ejerce una fuerza de variedad intensidad a su
alrededor y esta fuerza es llamada (campo Magntico).
CAMPO MAGNETICO:
Es el campo o rea donde las fuerzas magnticas actan, o es el
espacio alrededor del magneto en el que los materiales
ferromagnticos son atrados. Un campo de fuerza existe alrededor e
internamente en un magneto o alrededor de un conductor atreves del
cual circula una corriente. El campo magntico que rodea la barra de
un magneto permanente tiene polaridad.CARACTERISTICA DEL CAMPO
MAGNETICO:
Un material que tiene orientacin polo norte y polo sur, se
denomina magneto (o imn) y atraer el hierro, los imanes pueden ser
permanentes o temporales.
La habilidad del imn de atraer o repeler el hierro no es
uniforme sobretodo es su superficie y se concentran en reas
localizadas denominadas polos.Cada imn tiene por lo menos dos polos
opuestos que son atrados por los polos magnticos de la tierra; de
aqu es que los polos son llamados respectivamente Polo note y Polo
sor.
LNEAS DE FUERZA:
Las lneas de fuerza distribuye el magnetismo sobre pieza o
magneto. Las lneas de fuerzas asociadas con magneto permanente
tienen las siguientes propiedades:
a.- Formar curva cerrada entre el polo norte y el polo sur.
b.- no se cusan entre si, toman una trayectoria paralela entre
ellas y tienden a repelerse.
c.- Buscan las corrientes de menor resistencia magntica.
d.- Su densidad decrece cuando se incrementa la distancia entre
los polos. La densidad es ms fuerte cerca de los polos.e.- Se
considera, por convencin, que sta fluyen, de polo norte al polo sur
externas al magneto y del polo sur al norte internamente en el
magneto.
UNIDAD DE MEDICION MAGNETICA:La unidad de flujo magntico fue
conocida por MAXWELLvsiendo un Maxwell una lnea de fuerza de flujo.
La unidad de densidad del flujo era el Gauss cuyo valor era un
Maxwell por centmetro cuadrado. En 1930 la comisin internacional de
electrotecnia redefini y renombre el gauss como Oersted.
En 1960, la Organizacin Internacional de Estandarizacin redact
el ISO-1000. Sistema Internacional de Unidades (SI), este documento
estandariz las unidades mtricas para el flujo magntico. Definiendo
que la intensidad de flujo sera medida utilizando el Weber (Wb),
siendo esta unidad igual a 108 lneas de flujo y la unidad de
densidad del flujo serta el Tesla (T), el cual es igual a un weber
por metro cuadrado.
TERMINOS BASICOS DEL MAGNETISMO:
Imanes permanentes: Los materiales tales como las piedras, imn,
presentan las propiedad de magnetismo siempre y prcticamente sin
reduccin de su intensidad a travs del tiempo. Tales materiales son
llamados imanes permanentes. El acero endurecido (alto carbono) y
algunas aleaciones, cuando son magnetizados, retiene gran parte de
su magnetismo convirtindose en imanes permanentes.
Imanes temporales: Un imn temporal es una pieza de hierro suave
o acero con bajo contenido de carbono, el cual slo presenta
magnetismo mientras se le aplica la fuerza de magnetizacin y que
retorna a su estado no magntico, una vez que aquella se retira.
Permeabilidad: Se define con la facilidad con la que los
materiales pueden ser magnetizados. Se representa mediante la letra
y relaciona la densidad de flujo (B) con la fuerza de magnetizacin
(H) mediante la expresin:
Reluctancia: Es la oposicin de un material al establecimiento de
un flujo magntico. De all que un material que tiene alta
permeabilidad tiene baja reluctancia. La reluctancia determina la
magnitud del flujo producida por una fuerza magntica
determinada.Retentividad. Es la propiedad de retener, un grado
mayor o menor, una cierta cantidad de magnetismo residual.
Remanencia: Polarizacin o magnetizacin que permanece en un
material, una vez eliminado el campo magntico.
Dominio magntico: Regin dentro del material en los cuales los
dipolos estn alineados. Cuando el material se encuentra en un
estado no magntico, los dominios estn orientados al azar en todo el
material, al verse afectado por un campo magntico, los dominios
tienden a alinearse en direccin favorable al campo
magntico.Magnetismo residual: Es la cantidad de magnetismo que un
material magntico retiene una ves que la fuerza de magnetizacin es
removida.
TIPOS DE MATERIALES:Todos los materiales son afectados en alguna
forma cuando son sometidos a un campo magntico y pueden ser
clasificados de acuerdo a como sean afectados por el
magnetismo:
a.- Ferromagnticos: Tienen alta permeabilidad magntica. Pueden
ser magnetizados fuertemente por un campo magntico, los dominios se
alinean paralelamente al campo, y permanecen alineados durante algn
tiempo aun despus del cese del campo magntico. Slo cinco elementos:
hierro (Fe), cobalto (Co), nquel (Ni), gadolinio (Gd) y disprosio
(Dy) (stos dos ltimos son muy escasos), y varios de sus compuestos,
forman los materiales ferromagnticos. De stos los ms comunes son
compuestos (principalmente xidos) de hierro y nquel, como la
magnetita y la hematita.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 ferromgneticos.
Los materiales ferromgneticos 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 /
r.
Tienen una induccin magntica intrnseca mxima Bmax 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 originaria una disminucin igual de
campo magntico. Este atributo indica que las relaciones que
expresan la induccin magntica y la permeabilidad ( ) 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
b.- Paramagnticos: Cuando los materiales tienen electrones no
apareados, a cada tomo se le asocia un momento magntico neto,
causado por la alineacin de electrones. Al aplicrsele un acampo
magntico los dipolos se alinean con el campo causando una
magnetizacin positiva, los materiales paramagnticos tienen poca
permeabilidad. Al retirar el campo externo, los dipolos de los
materiales paramagnticos vuelven a orientarse al azar, de modo que
no tienen magnetizacin permanente. La mayor parte de los materiales
son paramagnticos, entre los materiales paramagnticos podemos
mencionar el molibdeno, el platino, el potasio, el magnesio, entre
otros.c.- Diamagnticos: Son aquellos materiales en lo que sus tomos
no tienen momento magnticos resultantes, debido a que estos no
pueden interactuar magnticamente con otros materiales. Este efecto
se debe a que cuando los tomos del material se desequilibran
ligeramente en los electrones de los orbtales crea pequeos dipolos
magnticos en los tomos que se ponen al campo aplicado produciendo
un efecto magntico negativo. Entre los materiales diamagnticos
tenemos el oro, el bismuto, el zinc, la plata, el mercurio, etc.
CURVA DE MAGNETIZACION O CICLO DE HISTERESIS:
Flujo magntico Vs. Fuerza de magnetizacin: La permeabilidad de
un material dado puede ser determinada si se aumenta la fuerza de
magnetizacin hasta lograr la saturacin de material. Esto es
posible, debido a que cada material tiene un punto de saturacin
distinto a los dems.
El procedimiento es el siguiente.
Si se coloca una barra de acero en una bobina que conduce C.A.,
se puede trazar la relacin entre la fuerza de magnetizacin (H) y la
densidad de flujo (B). El resultado es la curva de histresis.
1.- Curva original: Partiendo des cero (0) con la pieza en
condicin no magnetizada, e incrementando en pequeas porciones la
fuerza de magnetizacin, el flujo en el material se incrementa
rpidamente al principio, y luego lo hace ms lentamente hasta llegar
a un punto despus del cual cualquier incremento en la fuerza
magnetizante no produce un aumento de la densidad de flujo. Esto
est representado por la lnea punteada (o-a) y se refiere a la curva
virgen del acero. La pieza en el punto (a) se encuentra
saturada.
2.- Magnetismo residual: Cuando la fuerza magntica es
gradualmente reducida a cero, resulta la curva (a-b), la cantidad
de magnetismo que el acero retiene en el punto b, se llama
magnetismo residual.
La habilidad del acero para mantener el magnetismo residual, se
llama retentividad.
3.- Fuerza coercitiva: Cuando se invierte la corriente de
magnetizacin y se incrementa gradualmente su valor, el flujo
contina disminuyendo.
El flujo llega a cero en el punto C. El segmento c-o representa
la fuerza coercitiva, la cual se define como la fuerza magnetizante
(en la direccin opuesta) que es necesaria emplear para eliminar el
magnetismo residual.
4.- Polaridad inversa: Cuando se aumenta la fuerza magnetizante
inversa, ms all del punto c, la densidad de flujo aumenta hasta el
punto de saturacin en la direccin opuesta (d).
El segmento e-o indica el magnetismo residual en la direccin
opuesta.
La fuerza necesaria para eliminar esta campo residual entre o y
f, se llama coercitiva.
Se completa el lazo de histrisis cuando se aumenta la fuerza
magntica hasta la densidad mxima del flujo. Punto (a).
Comparemos las caractersticas de dos materiales con diferentes
lazos de historiis.
Curva de histerismos
- Material difcil de magnetizar, o sea - Material fcil de
magnetizar.
tiene alta reluctancia.
- Baja permeabilidad: difcil de magnetizar. - Alta
permeabilidad.
- Alta retentividad: retiene un campo - Baja retentividad:
retiene por un campo
magntico fuerte. Magntico residual dbil.
- Con lazo de histresis ancho - Con lazo de histrisis
delgado.
- Alta fuerza coercitiva para eliminar el - Baja fuerza
coercitiva.
magnetismo residual.
- Alta cantidad de magnetismo residual. - Baja cantidad de
magnetismo residual.
EFECTO DE LA TEMPERATURAEN MATERIALES FERROMAGNETICOS:
Cuando se incrementa la temperatura de un material
ferromagntico, la energa trmica agregada aumenta la movilidad de
los dominios facilitando su alineacin pero al mimo tiempo evita que
se conserven alineados al eliminar el campo. Finalmente, al
aumentar la temperatura, se alcanza una temperatura en el cual el
magnetismos de un material ferromagntico desaparece completamente y
le material se toma paramagntico. Esta temperatura se denomina
temperatura de Curie. Cuando una muestra de material ferromagntico
es enfriada por debajo de su temperatura de Curie se vuelven a
formar los dominios ferromagnticos.
TEMPERATURA DE CURIE:
Al calentar un material magnetizado su magnetizacin disminuye
muy lentamente conforme aumenta la temperatura, hasta alcanzar una
cierta temperatura, conocida como temperatura de Curie, distinta
para cada material, a partir de la cual la magnetizacin desaparece
rpidamente. La temperatura de Curie es menor que la temperatura de
fusin del material, como se muestra en el cuadro siguiente:
MaterialTemperatura de Curie ( C)Temperatura de fusin (C)
Fe7701 535
Ni3581 455
Co1 1201 495
Rocas120-5801 000 (cristaliza)
Esto quiere decir que la magnetizacin se pierde, no porque las
partculas del material fundido puedan orientarse libremente, sino
porque se pierde la alineacin de los dominios magnticos.
OTROS MATERIALES MAGNETICOS:
a.- Metales magnticos: Por los general el hierro puro el nquel y
el cobalto n ose utilizan para aplicaciones elctricas ya que tienen
conductividad elctrica elevadas y ciclos de Histerresis
relativamente grandes. Lo que provoca una excesiva perdida de
energa.
b.- Aleaciones hierro-nquel: Algunas aleaciones de hierro-nquel
tienen elevada permeabilidad, los que lo hacen tiles como imanes
suaves. Ejemplo: el cabezal que lee y almacena informacin en un
disco de computadora.
c.- Imanes compuestos: Se utiliza para reducir la perdida de
corriente Eddy, a frecuencias muy altas las perdidas son menores.
En esto casos se puede utilizar un material compuesto con una
matriz polimrica que contenga partculas magnticas del mismo
tamao.
d.- Vidrios metlicos: Los vidrios metlicos amorfos,
frecuentemente constituidos por aleaciones complejas de hierro y
boro se producen utilizando velocidades de enfriamiento
extremadamente altas durante la solidificacin (proceso de
solidificacin rpida).e.- Cintas magnticas: Los materiales magnticos
para el almacenamiento de informacin deben tener un ciclo cuadrado
y un campo coercitivo reducido permitiendo as una transformacin muy
rpida de datos. Las cintas para la aplicacin de videos y de audio
se produce mediante evaporacin, pulverizacin o recubrimiento de
partculas de material magntico como el Fe2O3, sobre la superficie
de una cinta de polister.
N
S
Lneas de fuerza magnticas
B = H
Densidad del flujo polaridad
opuesta a B+
B
Fuerza magntica
H+
H+
Fuerzas magntica
0
f
d
c
b
a
B (densidad de Flujo)
Fuerza magntica
H+
H+
B+ (densidad de Flujo)
{
b
o
a
H cero
Magnetismos
Residual
Fuerza magntica
H+
H+
B+ (densidad de Flujo)
b
o
a
(Retentividad)
Magnetismo
Residual
Fuerza coercitiva
Fuerza magntica
H+
H+
Fuerzas magntica
B+ (densidad de Flujo)
b
a
c
o
e
d
Magnetismo residual
en la direccin opuesta
Punto de saturacin
de polaridad opuesta
Fuerza magntica
H+
H+
Fuerzas magntica
B (densidad de Flujo)
a
b
c
f
e
d
Fuerza coercitiva
Lnea de fuerza
Magntica
DENSIDAD MAX. DEL FLUJO
H+
H+
H+
H+
B+
B
B+
B
11
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