Hay varios tipos de magnetismo, siendo el ferromagnetismo el más poderoso. Los materiales ferromagnéticos tienen una magnetización neta espontánea a nivel atómico, incluso cuando no hay un campo magnético externo presente. Cuando los materiales ferromagnéticos se exponen a un campo magnético externo, se magnetizan mucho en la dirección del campo. Un imán atrae materiales ferromagnéticos agresivamente. Incluso cuando se retira el campo magnético externo, estos materiales mantendrán su magnetización durante un período de tiempo. Histéresis es el nombre de esta característica.
¿Qué es el Ferromagnetismo?
El ferromagnetismo toma su nombre del término «ferroso», que se refiere al hierro, que fue el primer metal que se descubrió que tenía características de campo magnético atractivo.
El ferromagnetismo es una propiedad magnética que tienen algunos materiales, como el hierro, el cobalto, las aleaciones y otros. Es un fenómeno en el que ciertos materiales desarrollan propiedades magnéticas o de atracción persistentes. También se conoce como un proceso en el que los elementos eléctricamente descargados se atraen agresivamente entre sí. El ferromagnetismo es una característica que considera no solo la composición química de un material, sino también su microestructura y estructura cristalina.
Causas del Ferromagnetismo
Los dipolos atómicos en áreas diminutas denominadas dominios en un material ferromagnético no magnetizado están orientados en la misma dirección. Incluso en ausencia de un campo magnético externo, los dominios tienen un momento magnético neto. Los momentos magnéticos de los dominios vecinos, por otro lado, están en direcciones opuestas. Se cancelan entre sí, lo que hace que el momento magnético neto del material sea cero. Cuando se aplica un campo magnético externo, todos estos dominios se alinean en la dirección del campo aplicado. El material se magnetiza fuertemente en una dirección paralela al campo de magnetización como resultado de este proceso.
Materiales Ferromagnéticos
Los materiales ferromagnéticos son una clase de materiales que, cuando se exponen a un campo magnético, tienden a expresar o mostrar un magnetismo significativo en la dirección del campo. Los patrones de alineación de los átomos componentes de estos materiales son los principales responsables de su magnetismo. Estos átomos tienen una tendencia a actuar como electroimanes básicos.
Ejemplos de materiales ferromagnéticos
Los metales constituyen la mayoría de los materiales ferromagnéticos. El hierro, el cobalto, el níquel y otros materiales ferromagnéticos son ejemplos comunes. Además, los materiales ferromagnéticos incluyen aleaciones metálicas e imanes de tierras raras. La oxidación del hierro en un rust produce magnetita, una sustancia ferromagnética. Tiene una temperatura de Curie de 580°C. Anteriormente se conocía como una sustancia magnética. La magnetita es el más magnético de todos los minerales naturales del planeta.
Propiedades de los Materiales Ferromagnéticos
- En los dominios, los átomos de las sustancias ferromagnéticas tienen un momento dipolar persistente.
- En los materiales ferromagnéticos, los dipolos atómicos están orientados en la misma dirección que el campo magnético externo.
- El momento dipolar magnético es grande y está orientado en la dirección del campo magnético.
- La intensidad de magnetización (M) es extremadamente alta y positiva, y cambia linealmente con el campo de magnetización (H). Como resultado, la saturación está determinada por la composición del material.
- La susceptibilidad magnética es bastante alta y positiva. La susceptibilidad magnética se define como X m = M ⁄ H , donde M es la intensidad de magnetización y H es la intensidad del campo magnético aplicado.
- La densidad de flujo magnético del material será extremadamente alta y positiva. Dentro de los materiales ferromagnéticos, las líneas de campo magnético se vuelven extremadamente gruesas. B = ε 0 (H + M) densidad de flujo magnético, donde ε 0 es la permitividad magnética del espacio libre, H es la intensidad del campo magnético aplicado y M es la intensidad de magnetización.
- La permeabilidad relativa es igualmente bastante alta y cambia linealmente con el campo magnético. El campo magnético dentro del material es significativamente mayor que el campo magnético fuera del material. Tienen tendencia a extraer un gran número de líneas de fuerza del material.
- El campo atrae agresivamente materiales ferromagnéticos. Prefieren aferrarse a los polos donde el campo es más fuerte en un campo no uniforme.
- Si el polvo ferromagnético se coloca en un reloj de vidrio sobre dos piezas polares que están lo suficientemente separadas, el polvo se acumula en los lados y muestra una depresión en el centro porque el campo es más fuerte en los polos.
- Un material ferromagnético pierde sus características ferromagnéticas cuando se licua debido a la mayor temperatura.
Histéresis
Una sustancia ferromagnética no se desmagnetiza por completo cuando se elimina el campo magnético externo. Se debe suministrar un campo magnético en la dirección opuesta para que el material vuelva a la magnetización cero. La histéresis es una característica de los materiales ferromagnéticos que les permite retener su magnetización cuando se elimina un campo externo.
Cuando la magnetización del material se mide en términos de densidad de flujo magnético (B) y la intensidad del campo magnético externo (H), se forma un bucle. Esto se conoce como bucle de histéresis.
Bucle de histéresis
Cuando la fuerza de magnetización se reduce a cero, la remanencia es la densidad de flujo magnético que permanece. La fuerza del campo de magnetización inversa que debe suministrarse para desmagnetizar completamente el material se denomina coercitividad.
Temperatura curie
La temperatura afecta las propiedades ferromagnéticas. Las sustancias ferromagnéticas se vuelven paramagnéticas cuando se calientan a una temperatura lo suficientemente alta. La temperatura de Curie es la temperatura a la que ocurre esta transición. T c es la abreviatura de ello.
Usos de materiales ferromagnéticos
Los materiales ferromagnéticos tienen una amplia gama de usos en la industria. Motores eléctricos, teléfonos, generadores, altavoces, transformadores y la banda magnética en el reverso de las tarjetas de crédito son ejemplos de equipos que los utilizan.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Qué es el Ferromagnetismo?
Solución:
El ferromagnetismo es un fenómeno físico (ordenamiento de largo alcance) en el que ciertos materiales, como el hierro, se atraen fuertemente entre sí. Los minerales de tierras raras, incluido el gadolinio, contienen ferromagnetos. El magnetismo en los imanes es causado por uno de los fenómenos más frecuentes observados en la vida cotidiana.
Problema 2: un dominio de hierro ferromagnético tiene forma de cubo con una longitud de lado de 1 μm. Encuentre el número de átomos de hierro en el dominio. (Masa molecular del hierro = 55 g mol −1 y densidad = 7,92 g ⁄ cm 3 )
Solución:
Dado:
Longitud lateral, l = 1 μm
El volumen del dominio cúbico, V = (1 μm) 3
= (1 × 10 −6m ) 3
= 1 × 10 −12 cm 3
Masa, M = V × d
= 1 × 10 −12 cm 3 × 7,92 g ⁄ cm 3
= 7,92 × 10 −12g
Ahora el número de Avogadro (6.023 × 10 23 ) de los átomos de hierro tienen una masa de 55 g, por lo que el número de átomos en el dominio:
N = 7,92 × 10 −12 gramos × 6,023 × 10 23 ÷ 55
= 0.867 × 10 11
Por lo tanto, el número de átomos en el dominio es 0,867 × 10 11 átomos.
Problema 3: ¿Cuál será el efecto sobre los dominios magnéticos si se coloca un material ferromagnético en un campo magnético externo?
Solución:
Para un material ferromagnético, los dominios magnéticos se alinean en la dirección del campo magnético externo. Los dominios son esencialmente diminutas regiones de átomos dirigidas. Cuando los dominios alineados con el campo se retienen en un campo magnético externo, los dominios alineados con el campo crecen y ocupan regiones anteriormente habitadas por dominios orientados contra el campo. Por lo tanto, los dominios aumentan de tamaño.
Problema 4: ¿Qué es la temperatura de Curie?
Solución:
La temperatura de Curie, también conocida como punto de Curie, es la temperatura a la que algunos materiales pierden sus características magnéticas permanentes, permitiendo que el magnetismo inducido ocupe su lugar.
Problema 5: ¿Qué aplicaciones tiene el ferromagnetismo?
Solución:
Un material ferromagnético tiene una amplia gama de aplicaciones. La relevancia de la curva de histéresis no puede exagerarse. En transformadores, electroimanes y grabación en cinta magnética, se utiliza el ferromagnetismo.