Hay diferentes tipos de materiales y también sustancias que están formadas por partículas cargadas: como; electrones y protones. Estos materiales pueden mostrar algún tipo de propiedades magnéticas cuando son magnetizados por un campo magnético externo conocido como materiales magnéticos. Estos materiales tienen momentos magnéticos inducidos o permanentes en el campo magnético. Para estudiar las propiedades magnéticas de estos materiales, normalmente el material se sitúa en un campo magnético estandarizado y luego se cambia el campo magnético. En la tecnología moderna, estos materiales desempeñan un papel clave y son componentes importantes para transformadores , motores y generadores. Este artículo proporciona información breve sobre materiales magnéticos .
¿Qué son los materiales magnéticos?
Los materiales que están magnetizados por un campo magnético aplicado externamente se conocen como materiales magnéticos. Estas sustancias también obtienen magnetización siempre que son atraídas por el imán. Ejemplos de estos materiales son; Hierro, cobalto y níquel.
Estos materiales se clasifican en materiales magnéticamente duros (o) magnéticamente blandos.
Los materiales magnéticamente duros se magnetizan mediante un campo magnético externo muy fuerte generado por un electroimán. Estos materiales se utilizan principalmente para crear imanes permanentes que están hechos de aleaciones que generalmente consisten en cantidades variables de hierro, níquel, aluminio, cobalto y elementos de tierras raras como samario, neodimio y disprosio.
Los materiales magnéticamente blandos se magnetizan muy fácilmente, aunque el magnetismo inducido es temporal. Por ejemplo, si acaricia un imán permanente con un destornillador o un clavo, se magnetizará temporalmente y generará un campo magnético débil debido a una gran cantidad de hierro. átomos se alinean temporalmente en una dirección similar a través del campo magnético externo.
Propiedades
Propiedades de los materiales magnéticos son uno de los conceptos más fundamentales de la física. Entonces, las propiedades incluyen principalmente; paramagnetismo, ferromagnetismo y antiferromagnetismo que se analizan a continuación.
El paramagnetismo es un tipo de magnetismo en el que algunos materiales son atraídos débilmente por un campo magnético aplicado externamente. Forma campos magnéticos internos e inducidos dentro de la dirección del campo magnético aplicado. En el paramagnetismo, los electrones desapareados están dispuestos al azar.
El ferromagnetismo es un fenómeno en el que un material como el hierro se magnetiza y permanece magnetizado dentro de un campo magnético externo durante esa etapa. En el ferromagnetismo, todos los electrones desapareados están conectados.
El antiferromagnetismo es un tipo de orden magnético que ocurre principalmente cuando los momentos magnéticos de los átomos (o) iones adyacentes se alinean en direcciones inversas y dan como resultado momentos magnéticos netos cero. Entonces, este comportamiento se debe principalmente a la interacción de intercambio entre iones o átomos vecinos, lo que ayuda a la alineación antiparalela para reducir la energía del sistema. Por lo general, los materiales antiferromagnéticos exhiben un orden magnético bajo una temperatura específica conocida como; Temperatura de Neel. El material por encima de esta temperatura se volverá paramagnético y perderá sus propiedades antiferromagnéticas.
¿Cómo funcionan los materiales magnéticos?
Estos materiales tienen pequeñas regiones donde el momento magnético puede dirigirse dentro de una dirección específica llamadas dominios magnéticos que son responsables principalmente del desempeño exclusivo de los materiales. La energía completa de los materiales puede ser aportada simplemente por la energía de anisotropía, la energía de intercambio y la energía magnetostática. Cada vez que se reduce el tamaño del material magnético, se mejoran varios dominios del material. Entonces, debido a la reducción de la energía magnetostática, más paredes de dominio aumentarán el intercambio y la energía de anisotropía. Por tanto, el tamaño del dominio decidirá la naturaleza del material magnético.
El momento magnético no es estable para algunos materiales que tienen diámetros de partículas más pequeños en comparación con el diámetro crítico del superparamagnetismo. Siempre que el diámetro de la partícula esté entre el diámetro crítico del superparamagnetismo y el dominio único, el momento magnético se estabilizará.
Tipos de materiales magnéticos
Existen diferentes tipos de materiales magnéticos disponibles en el mercado que se analizan a continuación.
Materiales paramagnéticos
Estos materiales no se sienten fuertemente atraídos por un imán; estaño magnesio, aluminio y muchos más. Estos materiales tienen una permeabilidad relativa pequeña pero positiva, como la permeabilidad del aluminio, que es: 1.00000065. Estos materiales sólo se magnetizan cuando se encuentran en un campo magnético muy fuerte y actúan en la dirección del campo magnético.
Siempre que se proporciona un campo magnético fuerte externamente, los dipolos magnéticos permanentes los ajustan en paralelo al campo magnético aplicado y aumentan a una magnetización positiva. Si la orientación del dipolo es paralela al campo magnético aplicado no es completa, entonces la magnetización es extremadamente pequeña.
Materiales diamagnéticos
Estos materiales son repelidos a través de un imán como el mercurio, zinc, plomo, madera, cobre, plata, azufre, bismuto, etc. se denominan materiales diamagnéticos. Estos materiales tienen una permeabilidad ligeramente inferior a uno. Por ejemplo, la permeabilidad del material de cobre es 0,000005, la del material de bismuto es 0,00083 y la del material de madera es 0,9999995.
Cuando estos materiales se encuentran en un campo magnético extremadamente fuerte, se magnetizarán ligeramente y actuarán en la dirección opuesta al campo magnético aplicado. En este tipo de materiales, hay dos campos magnéticos bastante débiles causados por la revolución orbital y la rotación axial de los electrones alrededor del núcleo.
Materiales ferromagnéticos
Este tipo de materiales que son atraídos fuertemente a través de un campo magnético se denominan materiales ferromagnéticos. Ejemplos de estos materiales son; níquel, hierro, cobalto, acero, etc. Estos materiales tienen una permeabilidad extremadamente alta que oscila entre varios cientos y miles.
Los dipolos magnéticos dentro de estos materiales simplemente están dispuestos en diferentes dominios donde la disposición de los dipolos individuales es significativamente perfecta y eso puede generar fuertes campos magnéticos. Por lo general, estos dominios están dispuestos al azar y el campo magnético de cada dominio se cancela a través de otro y todo el material no muestra el comportamiento de un imán.
Siempre que se proporciona un campo magnético externo a estos materiales, los dominios se reorientarán para soportar el campo externo y generarán un campo magnético interno muy fuerte. Por deducción del campo externo, la mayoría de los dominios esperan y continúan aliados en la dirección del campo magnético.
Por lo tanto, el campo magnético de estos materiales persiste incluso cuando el campo externo desaparece. Esta propiedad principal se utiliza para producir imanes permanentes que utilizamos a diario. Los materiales utilizados para fabricar imanes permanentes suelen ser altamente ferromagnéticos como hierro, níquel, neodimio, cobalto, etc.
Por favor consulte este enlace para Materiales ferromagnéticos .
Materias primas magnéticas
Generalmente, los imanes permanentes en todo el mundo se fabrican con diferentes tipos de materiales y cada material tiene características diferentes. Estos materiales incluyen principalmente; álnico, caucho flexible, ferrita, samario, cobalto y neodimio, que se analizan a continuación.
Ferritas
El grupo especial de materiales ferromagnéticos que ocupan una posición intermedia entre los materiales ferromagnéticos y no ferromagnéticos se conoce como ferritas. Estos materiales tienen finas partículas de material ferromagnético que poseen una alta permeabilidad y se mantienen mutuamente a través de una resina aglutinante. En las ferritas la magnetización generada es muy suficiente aunque su saturación magnética no es tan elevada como los materiales ferromagnéticos.
Estos materiales no son costosos de generar, lo que está relacionado con su fuerza magnética. Estos son significativamente más débiles en comparación con los materiales de tierras raras, pero incluso ellos se utilizan ampliamente en varias aplicaciones comerciales. Estos materiales tienen fuerza como resistencia a la corrosión y desmagnetización.
Neodimio
El neodimio es un elemento de tierras muy raras ((Nd) y su número atómico es 60. Fue descubierto simplemente en el año 1885 por el químico austriaco Carl Auer von Welsbach. Este material se mezcla con boro, hierro y también trazas de otros elementos. como praseodimio y disprosio para generar una aleación ferromagnética llamada Nd2Fe14b, que es un material magnético muy fuerte. Los imanes de neodimio reemplazan otros tipos de materiales en varios aparatos industriales y comerciales modernos.
Alnico
El acrónimo de aluminio, níquel y cobalto es 'alnico', donde estos tres elementos principales se utilizan principalmente para crear material magnético de álnico. Estos imanes son imanes permanentes muy fuertes en comparación con los imanes de tierras raras. Los imanes de alnico se pueden reemplazar con imanes permanentes dentro motores , altavoces y generadores.
Samario Cobalto
Estos imanes fueron desarrollados simplemente por el Laboratorio de Materiales de la Fuerza Aérea de EE. UU. a principios de la década de 1970. El samario cobalto o SmCo es un material magnético que está elaborado con una aleación de elementos terrestres inusuales como; samario, cobalto, metal duro, trazas de hierro, hafnio, cobre, praseodimio y circonio. Los imanes de samario y cobalto son imanes de tierras raras como el neodimio porque el samario es un elemento similar del grupo de las tierras raras como el neodimio.
Materiales magnéticos versus materiales no magnéticos
Las diferencias entre estos dos materiales se analizan a continuación.
| Materiales magnéticos | Materiales no magnéticos |
| Los materiales que son atraídos por un imán se conocen como materiales magnéticos. | Los materiales que no son atraídos por un imán se conocen como materiales no magnéticos. |
| Ejemplos de estos materiales son; hierro, cobalto y níquel. | Ejemplos de estos materiales son; plástico, caucho, pluma, acero inoxidable, papel, mica, plata, oro, cuero, etc. |
| La condición magnética de estos materiales puede combinarse en disposiciones antiparalelas o paralelas, por lo que pueden reaccionar a un campo magnético una vez que están bajo el control de un campo magnético externo. | La condición magnética de estos materiales se puede organizar al azar, de modo que los movimientos magnéticos de estos dominios se anulan. Por tanto, no reaccionan a un campo magnético. |
| Estos materiales ayudan a fabricar imanes permanentes porque pueden magnetizarse fácilmente a través de un imán. | Estos materiales no pueden magnetizarse mediante un imán. Por lo tanto, nunca podrá convertirse en un material magnetizado. |
Comparación
La comparación entre diferentes materiales magnéticos se analiza a continuación.
| tipo de material | Composición | Temperatura máxima de funcionamiento | Coeficiente de temperatura | Densidad g/cm^3 |
| Ferrito | Óxido de hierro y materiales cerámicos. | 180ºC | -0.02% | 5g / centímetros^3 |
| Neodimio | Principalmente neodimio, boro y hierro. | 80ºC | 0. 11% | 7,4g / centímetros^3 |
| Alnico | Principalmente níquel, aluminio, hierro y cobalto. | 500ºC | -0.2% | 7,3g / centímetros^3 |
| Goma magnética | Energía de bario/estroncio y PVC o caucho sintético. | 50ºC | 0.2% | 3, 5g / centímetros^3 |
| Samario Cobalto | Principalmente samario y cobalto | 350ºC | 0. 11% | 8, 4 gramos / centímetros^3 |
Aplicaciones
El aplicaciones de materiales magnéticos Incluya lo siguiente.
- Estos se utilizan para crear y distribuir electricidad en los aparatos que utilizan electricidad.
- Se utilizan para el almacenamiento de datos en audio, cintas de vídeo y discos de computadora.
- Estos materiales se utilizan ampliamente en la vida, la producción, la ciencia y la tecnología de defensa nacional.
- Estos se utilizan en la fabricación de diferentes transformadores y motores dentro de la tecnología energética, diferentes componentes magnéticos y tubos de microondas dentro de la tecnología electrónica, intensificadores y filtros dentro de la tecnología de la comunicación, pistolas electromagnéticas, electrodomésticos y minas magnéticas dentro de la tecnología de defensa nacional.
- Se utilizan ampliamente en exploración mineral y geológica, exploración oceánica y nuevas tecnologías en energía, información, espacio y biología.
- Estos materiales desempeñan un papel importante en el campo de la tecnología electrónica y otros campos de ciencia y tecnología.
- Estos son aplicables en electrónica, medicina, ingeniería eléctrica, etc.
- Se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos y eléctricos como motores, transformadores y generadores eléctricos.
- Estos se utilizan en la producción de dispositivos de almacenamiento magnético como; disquetes, unidades de disco duro y cintas magnéticas.
- Este tipo de materiales se utilizan en la producción de sensores magnéticos como; Sensores de efecto Hall, sensores de campo magnético y sensores magnetorresistivos.
- Estos son aplicables en equipos médicos como; Máquinas de resonancia magnética, marcapasos y sistemas implantables de administración de fármacos.
- Estos se utilizan en métodos de separación magnética, que se utilizan para desconectar partículas magnéticas de partículas no magnéticas.
- Estos materiales se utilizan en la generación de energía renovable como; Centrales hidroeléctricas y turbinas eólicas.
Así, esto es una visión general de magnético Materiales, tipos, diferencias, comparación de materiales y sus aplicaciones. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es un imán?
