Ingenieria Industrial

Ferromagnetismo

El hierro, el níquel, el cobalto y algunas de las tierras raras (gadolinio, disprosio), muestran un comportamiento único magnético llamado ferromagnetismo, por hierro (ferrum en latín), que es el ejemplo más común y más espectacular. El samario y el neodimio en aleaciones con cobalto, se han utilizado para fabricar imanes de tierras raras muy fuertes.

Los materiales ferromagnéticos exhiben un fenómeno de ordenamiento de largo alcance a nivel atómico, que hace que los espines de los electrones no apareados se alineen paralelamente entre sí, en una región del material llamada dominio. El campo magnético dentro del dominio es intenso, pero en una muestra global el material generalmente no estará magnetizado, debido a que los muchos dominios que lo componen estarán orientados entre ellos de forma aleatoria. El ferromagnetismo se manifiesta en el hecho de que un pequeño campo magnético impuesto externamente por ejemplo por un solenóide, puede originar que los dominios magnéticos se alineen entre sí y entonces se dice que el material está magnetizado. Luego, el campo magnético generado, se puede aumentar por un gran factor que normalmente se expresa como la permeabilidad relativa del material. Hay muchas aplicaciones prácticas de materiales ferromagnéticos, tales como los electroimanes.

Los ferroimanes tienden a permanecer magnetizados en cierta medida después de ser sometido a un campo magnético externo. Esta tendencia a "recordar su historia magnética" se llama histéresis. La fracción de la magnetización de saturación que es retenida cuando se elimina el campo de generación, se llama remanencia del material, y es un factor importante en los imanes permanentes.

Todos los ferroimanes tienen una temperatura máxima, donde desaparecen las propiedades ferromagnéticas como resultado de la agitación térmica. Esta temperatura se llama temperatura de Curie.

Los materiales ferromagnéticos responden mecánicamente al campo magnético impuesto, cambiando ligeramente su longitud en la dirección del campo aplicado. Esta propiedad, llamada magnetostricción, origina el zumbido familiar de los transformadores, que es la respuesta mecánica a los voltajes de corriente alterna de 60 Hz.

Orden de Largo Alcance en los Ferroimanes

La ordenación de largo alcance que crea los dominios magnéticos en los materiales ferro magnéticos surge de la interacción mecánica cuántica a nivel atómico. Esta interacción es notable, ya que bloquea los momentos magnéticos de los átomos vecinos en un orden rígido paralelo, sobre un gran número de átomos a pesar de la agitación térmica que tiende a desordenar cualquier conjunto a nivel atómico. Los tamaños de los dominios pueden variar de un 0,1 mm a unos pocos milímetros. Cuando se aplica un campo magnético externo, los dominios ya alineados en la dirección de este campo crecen a expensas de sus vecinos.

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