Descubramos juntos las principales características del magnetismo
¿Quiere saber qué es la densidad de flujo? ¿Desea conocer el significado de fuerza coercitiva o qué la diferencia de la fuerza coercitiva intrínseca? Está usted en el lugar adecuado.
Aquí veremos las principales definiciones de magnetismo.
Pero, ¿qué es el magnetismo?
El magnetismo es una ciencia que trata de los fenómenos magnéticos.
Algunos fenómenos magnéticos macroscópicos se conocen desde la antigüedad. Los antiguos chinos y griegos descubrieron que ciertas piedras naturales, como la magnetita, eran capaces de atraer pequeños trozos de hierro.
De ahí viene el nombre de Imán. De hecho, la zona de Tesalia, en la antigua Grecia, donde se extraían estas piedras se llamaba Magnesia.
Desde la antigüedad, se había comprobado que si estas piedras se dejaban libres para moverse, suspendidas de un cable o flotando en el agua, giraban siempre en la misma dirección.
De ahí que los primeros navegantes utilizaran imanes para determinar el rumbo de la navegación en el mar y naciera así la brújula.
De Arquímedes a Galileo Galilei, de Kepler a Benjamin Franklin, pasando por Coulomb, Faraday y Maxwell, hasta llegar a los tiempos modernos. A lo largo de los años, se han realizado muchos estudios sobre los fenómenos magnéticos y los propios imanes han evolucionado. A lo largo de los años se han descubierto nuevos materiales ferromagnéticos que, combinados, pueden volverse magnéticos mediante la aplicación de un campo magnético externo intenso.
El primer imán fabricado por el hombre se remonta al siglo XVIII, pero no fue hasta 1920 cuando la investigación condujo a la creación de aleaciones fuertes y de alto rendimiento, como los imanes de Alnico, una aleación de níquel aluminio y cobalto. El descubrimiento de la ferrita se remonta a los años 50 y el de los imanes de tierras raras a los 70.
Desde entonces, la ciencia del magnetismo ha progresado exponencialmente desarrollando materiales magnéticos extremadamente potentes que han permitido a la industria utilizarlos para fabricar dispositivos cada vez más pequeños y potentes.
TERMINOLOGÍA MAGNÉTICA
El magnetismo no difiere de otras tecnologías de alto nivel en que tiene su propio lenguaje. El conocimiento de los términos es esencial para comprender el significado y los resultados de las mediciones magnéticas realizadas.
Durante muchos años se utilizó el sistema de unidades CGS (centímetro-gramo-segundo). Recientemente se ha propuesto el SI (Sistema Internacional) o MKS (metro-kilogramo-segundo) racionalizado como único método para expresar las magnitudes magnéticas.
Sin embargo, el sistema CGS está muy extendido y tiene características que lo hacen preferible al SI. Por este motivo, el sistema CGS sigue estando muy extendido y es el preferido en muchas aplicaciones prácticas.
Vemos en la Tabla 1 una comparación de las unidades de cada sistema que pueden ser útiles en la medición.
Veamos algunos de los términos magnéticos más comunes. En la guía de referencia ASTM encontrará una lista más amplia y detallada:
Designación ASTM A340-77, "Standard Definitions of Terms, Symbols and Conversion Factors Relating To Magnetic Testing", 1977.
¿Qué significan "campo magnético" y "flujo magnético"?
En la bibliografía, los términos "campo magnético", "flujo magnético" y "densidad de flujo" suelen utilizarse como sinónimos. Esto es incorrecto, ya que se trata de magnitudes físicas diferentes, pero estrechamente relacionadas. A continuación explicamos en qué se diferencian estas cantidades.
Campo magnético / Intensidad de campo magnético (H)
El campo magnético es un campo de energía electromagnética que transmite las fuerzas de un imán.
En los dibujos, el campo magnético suele simbolizarse mediante líneas de campo. También es posible hacerlo visible en la práctica, por ejemplo utilizando limaduras de hierro sobre una hoja de papel debajo de la cual hay un imán.
Según la definición, las líneas de campo magnético siempre van del polo norte al polo sur de un imán y desde allí, a través del imán, vuelven al polo norte para formar un circuito cerrado.
El campo magnético se representa con la letra H y se mide en amperios por metro.
Fuente de la imagen: Supermagnet
Densidad de flujo magnético (B)
La densidad de flujo magnético B describe la densidad y la dirección de las líneas de campo que atraviesan una superficie A en el espacio. Cuanto más densas sean las líneas de campo, mayor será la densidad de flujo magnético. Se mide en Tesla (T).
Fuente de la imagen: Supermagnet
Campo magnético / Flujo magnético (Φ)
El flujo magnético Φ es la densidad del flujo magnético que atraviesa una superficie imaginaria.
Si las líneas de campo son rectas (por ejemplo, entre los polos de un imán de herradura), el flujo magnético Φ a través de una determinada superficie A, perpendicular al flujo, puede calcularse como sigue:
Φ = BxA
La unidad de medida es Tm².
¿Qué es la fuerza de atracción?
Calcular la fuerza de atracción o repulsión entre dos imanes es, en general, una operación extremadamente compleja. Depende de la forma, el grado de magnetización, la orientación y la distancia de los dos imanes.
La fuerza de atracción se refiere a la fuerza que hay que aplicar perpendicularmente al imán para desprenderlo de una superficie de hierro blando cuando está en contacto. Si la fuerza se aplica en dirección paralela a la superficie de contacto, el valor indicado se reduce considerablemente y también influye la fuerza de rozamiento ejercida entre la superficie del imán y la de la placa metálica.
¿Cuál es la diferencia entre las combinaciones imán-hierro e imán-imán?
Los imanes y el hierro se atraen, pero no se repelen.
En caso de contacto directo, la atracción entre el imán y el hierro es igual a la atracción entre dos imanes iguales. Sin embargo, a medida que aumenta la distancia, la atracción entre el imán y el hierro disminuye mucho más rápidamente que la atracción entre dos imanes. Esto se debe a la menor remanencia del hierro.
¿Cuál es la fuerza coercitiva (Hc)?
La fuerza coercitiva Hc se refiere a la intensidad de campo necesaria para desmagnetizar completamente un imán. Cuanto mayor sea este valor, más capaz será un imán de mantener su magnetización cuando se exponga a un campo magnético de signo opuesto.
Se distingue entre fuerza coercitiva bHc con referencia a la densidad de flujo magnético y fuerza coercitiva jHc con referencia a la polarización. Si un imán se expone a una intensidad de campo desmagnetizante de bHc, su densidad de flujo magnético desaparece. El imán en sí no ha perdido su magnetización, pero la densidad de flujo magnético producida por él es igual y opuesta a la densidad de flujo magnético producida por el campo desmagnetizante, de modo que se neutralizan mutuamente. Sólo a una intensidad de campo desmagnetizante de jHc perderá el imán su polarización magnética y, por tanto, perderá completamente su magnetización.
El A/m (amperio por metro) se utiliza como unidad de medida de la intensidad del campo magnético. A veces, sin embargo, se sigue denominando Oe (Oersted), la antigua unidad de medida CGS.
¿Cuál es la diferencia entre "ferromagnético" y "magnético"?
Estos dos términos suelen utilizarse incorrectamente como sinónimos. Un objeto se considera ferromagnético si se le pega un imán. Por ejemplo, si un imán se pega a una estantería de acero, se dice que la estantería es ferromagnética. Sin embargo, coloquialmente se habla de superficie magnética.
Sólo es correcto decir que un objeto es magnético si se comporta como un imán.
¿Qué materiales ferromagnéticos existen? ¿Qué atrae a un imán?
Los imanes sólo atraen determinados materiales. Los tres materiales ferromagnéticos más conocidos son:
- hierro (Fe)
- cobalto (Co)
- níquel (Ni)
Algunos metales de tierras raras también son ferromagnéticos, pero sólo a temperaturas muy bajas. A temperatura ambiente sólo son paramagnéticos. Esto significa que los imanes los atraen sólo ligeramente. Se trata de los siguientes metales:
- Disprosio (Dy)
- erbio (Er)
- gadolinio (Gd)
- holmio (Ho)
- terbio (Tb)
¿Qué significa producto de máxima energía?
El producto de energía máxima mide la energía magnética máxima que puede almacenarse en un imán. Es el producto máximo que puede obtenerse para un material dado multiplicando la densidad de flujo magnético B por la intensidad de campo magnético H. Como unidad de medida se utiliza el kJ/m³ (Kilojulio por metro cúbico) o MGOe (Mega-Gauss-Oersted).
En pocas palabras, El producto de energía máxima es un indicador de la fuerza de un imán. Por tanto, se puede obtener el mismo resultado utilizando un imán pequeño con un producto de alta energía, o un imán grande con un producto de baja energía.
¿Qué significa remanencia (Br)?
La remanencia Br mide la inducción magnética o la densidad de flujo magnético que permanece en un imán después de haber sido magnetizado. Esto significa que cuanto mayor sea este valor, más potente será el imán.
El tesla (T) es la unidad de medida de la inducción magnética o densidad de flujo magnético.
En el sistema CGS, se utilizó el Gauss (G), y la relación es: 1 Tesla = 10 000 Gauss.
¿Cuál es la diferencia entre un imán anisótropo y uno isótropo?
Los imanes anisótropos se obtienen si determinadas etapas del proceso de producción (como las operaciones de prensado, inyección o extrusión) se llevan a cabo en presencia de un campo magnético, es decir, los dominios se orientan en la misma dirección preferente.
Si, por el contrario, la producción tiene lugar sin campo magnético, los dominios no tienen una orientación preferente, por lo que se obtienen imanes isótropos.
Con la operación de magnetización posterior, los imanes anisótropos muestran características magnéticas superiores a las de los imanes isótropos.
¿Se puede cortar o perforar un imán?
Hay imanes flexibles con un componente de plástico que puede cortarse o taladrarse fácilmente. Suelen comercializarse en planchas o perfiles.
En cambio, los imanes sinterizados, como las tierras raras y las ferritas, requieren técnicas y equipos especiales, por lo que es una operación que sólo puede realizar personal especializado con los conocimientos adecuados.
Tipos de imanes
Imanes de neodimio (Nd)
Ofrecen la mayor fuerza magnética entre los materiales disponibles actualmente. Permiten obtener fuerzas elevadas a partir de un volumen reducido. Una desventaja es su tendencia a oxidarse fácilmente. Se denominan "imanes de tierras raras" junto con los imanes de cobalto.
Fuente de la imagen: first4magnets
Imanes de álnico (Al-Ni-Co)
Propiedades superiores de resistencia a la temperatura y resistencia mecánica. Inconveniente: propenso a la desmagnetización.
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Imanes de ferrita (Fe)
Este material tiene una fuerza magnética baja, pero una fuerza coercitiva relativamente alta, por lo que se ve poco afectado por los fenómenos de desmagnetización. La resistencia mecánica es baja y el material es quebradizo, por lo que hay que tener cuidado al manipularlo.
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Imanes de samario-cobalto (Sm-Co)
El nombre completo es imanes de samario-cobalto y representan el segundo grupo más potente después de los imanes de neodimio-hierro-boro. Sus ventajas son la resistencia a la oxidación y a las altas temperaturas. Sin embargo, son frágiles y tienen poca resistencia mecánica, por lo que requieren precaución en su manipulación.
Fuente de la imagen: first4magnets
A continuación se ofrece una visión general de los cuatro principales materiales magnéticos:
Fuente de la imagen: first4magnets
Br = RestoHc= Fuerza coercitivaBHmax=Productoenergético máximoCoeficiente detemperatura = Porcentaje de magnetismo perdido por aumento de temperatura de un grado centígrado, pero recuperado al enfriarse.
Goma magnética
Además de los materiales mencionados, también se fabrican materiales de caucho magnético. Los imanes flexibles contienen partículas magnéticas atrapadas dentro de un aglutinante polimérico flexible. Los imanes flexibles se utilizan para aplicaciones únicas que no serían posibles con otros imanes "duros".
Normalmente, los imanes flexibles tienen un producto energético máximo de entre 0,6MGOe y 1,6MGOe.
Así, su potencia magnética por cm2 es pequeña, pero si se utilizan en una gran superficie de contacto, pueden generar una fuerza considerable.
Existen dos categorías diferentes de imanes flexibles: las láminas magnéticas y los perfiles magnéticos extruidos.
La goma magnética se puede cortar con tijeras y viene con un soporte adhesivo, un revestimiento de vinilo de colores brillantes y se puede cortar fácilmente en formas especiales utilizando cúteres.
Advertencias
- Como estos materiales son muy quebradizos, no se pueden realizar trabajos de modificación, como cortar o taladrar.
- Los imanes son muy sensibles a los impactos. Tenga cuidado durante la instalación.
- Los campos magnéticos pueden tener un efecto adverso sobre: Dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores personales y relojes - Dispositivos electrónicos médicos como marcapasos
- La fuerza magnética puede debilitarse si el componente se utiliza a temperaturas superiores a la temperatura máxima de funcionamiento.
- Un impacto fuerte o una modificación del imán pueden mermar su fuerza.
- Para evitar el impacto directo sobre el imán, mantenga una distancia de 0,1~0,3 mm del cuerpo
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