MATERIALES MAGNETICOS

MATERIALES MAGNETICOS

Los materiales magnéticos son importantes para el área de la ingeniería eléctrica. En general

hay dos :ipos principales: materiales magnéticos blandos y magnéticos duros. Los blandos

se utilizan en aplicaciones en las cuales el material debe imanarse y desimanarse fácilmente,

como en núcleos de transformadores para la distribución de energía eléctrica y como

materiales para estatores y rotores de motores y generadores. Por otra parte, los materiales

magnéticos duros se utilizan para aplicaciones que requieran imanes que no se desimanen

fácilmente, como en los imanes permanentes de los altavoces, receptores telefónicos,

motores síncronos sin escobillas y motores de arranque para automóviles.

1. BASES DE FÍSICA DE CAMPOS MAGNÉTICOS

El magnetismo tiene una naturaleza dipolar, siempre hay dos polos magnéticos o centros del

campo magnético, separados una distancia determinada, y este comportamiento dipolar se

extiende hasta los pequeños dipolos magnéticos encontrados en algunos átomos.

El campo magnético se produce o bien por materiales imanados (metales como hierro,

cobalto y níquel una vez imanados a temperatura ambiente pueden generar un fuerte campo

magnético a su alrededor ) o por conductores portadores del corriente eléctrica.

La presencia de un campo magnético rodeando una barra imanada de hierro puede

observarse por la dispersión de pequeñas partículas de hierro espolvoreadas sobre una hoja

de papel localizada encima de la barra de hierro (Fig. 1). La barra imanada posee dos polos

magnéticos, y las líneas del campo magnético salen de un polo y entran en el otro.

Figura 1. El campo

magnético que

rodea a una barra

imanada puede

observarse

mediante la

distribución de

virutas de hierro

sobre una hoja de

papel situada

encima del imán. La

barra imanada es un

dipolo y las líneas

magnéticas de

fuerza abandonan

un extremo del imán

y entran por el otro.

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Los campos magnéticos también son producidos por conductores portadores de corriente. La

Figura 2 ilustra la formación de un campo magnético alrededor de una larga bobina de hilo de

cobre, llamada solenoide. Para un solenoide de n vueltas y longitud l, la intensidad del campo

magnético H es

l

H = 0.4πnI (1)

donde / es la corriente.

Figura 2 (a) Ilustración esquemática de un campo magnético creado alrededor de una bobina

de hilo de cobre, llamada solenoide. debido al paso de comente eléctrica por el hilo, (b)

Ilustración esquemática del aumento del campo magnetice alrededor del solenoide cuando se

introduce una barra de hierro dentro del solenoide pasa una comente eléctrica por el hilo

El campo magnético exterior al solenoide con una barra de hierro situada en su interior es

mayor que sin la barra (Fig.2b). El aumento del campo magnético fuera del solenoide es

debido a la suma del campo generado por el solenoide y el campo magnético extemo a la

barra imanada. El nuevo campo magnético resultante se.denomina inducción magnética, o

densidad de flujo, o simplemente inducción y se denota por el símbolo B. Se determina como

B H M 0 0 = μ +μ (2)

donde M la componente del campo debido a la barra y se denomina intensidad de imanación

o simplemente imanación, y μ0 es la permeabilidad en el espacio libre = 4π·10-7 Tesla-metro

por amperio (T·m/A).

La unidad del SI para B es el Weber por metro cuadrado (Wb/m2), o el Tesla (T), y la unidad

del SI para H y M es el Amperio por metro (A/m). La unidad CGS para B es el gauss (G) y

para H el oersted (Oe).

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Tabla 1. Resumen de las unidades de magnitudes magnéticas

Magnitud magnética

Unidades de SI

Unidades CGS

B (inducción magnética)

H (campo aplicado)

M (imanación)

Weber/metro2 (Wb/m2) o tesla (T)

Amperio/metro (A/m)

Amperio/metro (A/m)

Gauss (G)

Orsted (Oe)

Factores numéricos de conversión: 1 Wb/m2 = 1,0-104 G; 1 A/m = 4π·10-3 Oe

El incremento del campo magnético debido a la presencia de un material imanado se expresa

utilizando permeabilidad magnética μ , definida como

H r

μ B μ μ 0 '= = (3)

donde r

μ es la permeabilidad magnética relativo, una característica adimensional.

En cierta forma, la permeabilidad magnética de los materiales magnéticos es análoga a la

constante dieléctrica de los materiales dieléctricos. Sin embargo, la permeabilidad magnética

de un material ferromagnético no es una constante sino que varía cuando el material es

imanado, tal como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. La curva de imanación B-H para un

material ferromagnético tiene pendiente

variable. Permeabilidades mínima y máxima

corresponden a las recias indicadas

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Dado que la imanación de un material magnético es proporcional al campo aplicado, el

factor de proporcionalidad llamado susceptibilidad magnética χM se define como

H

M

χ M = (4)

que es una cantidad adimensional.

2. TIPOS DE MAGNETISMO EN MATERIALES

Cuando los electrones se mueven en un hilo conductor se genera un campo magnético

alrededor del hilo (Fig.2) El magnetismo de los materiales también es debido al movimiento

de los electrones, pero en este caso los campos y fuerzas magnéticas son causados por el

espín de los electrones y su movimiento orbital alrededor del núcleo (Fig.4).

Cada electrón, que gira alrededor de su propio eje (Fig. 4), se comporta como un dipolo

magnético y posee un momento dipolar denominado magnetón de Bohr μB. Este momento

lar tiene el valor de

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