Ciclo de histéresis: 7 datos importantes que debe saber

Contenido:

  • Introducción
  • Histéresis magnética
  • Definición del bucle de histéresis
  • Histéresis Significado
  • Un bucle de histéresis simple
  • Bucle de histéresis con diferentes parámetros
  • Explicación de la curva de histéresis
  • Permeabilidad del espacio libre
  • Intensidad de magnetización
  • ¿Qué es la intensidad magnética?
  • ¿Qué es la susceptibilidad magnética?
  • La relación entre B y H
  • Remanencia y coercitividad en bucle de histéresis
  • Magnetismo residual
  • fuerza coercitiva

Bucle de histéresis

Definición del bucle de histéresis

La histéresis magnética es un fenómeno común si un material magnético está magnetizado y completa un ciclo completo de magnetización. Cuando la densidad de flujo magnético o la densidad de magnetización (B) se traza contra la intensidad magnética del campo de magnetización (H) para un ciclo completo de magnetización y desmagnetización, entonces el bucle resultante obtenido se conoce como bucle de histéresis. La curva del bucle de histéresis puede ser diferente en forma y tamaño dependiendo de la naturaleza del material.

Histéresis Significado

Esto se origina de la palabra griega "Hysterein", la palabra Hysteresis se ha derivado que significa rezagado.

Curva de histéresis

lazo de histéresis
Bucle de histéresis que representa un ciclo completo de magnetización y desmagnetización

Bucle de histéresis con diferentes parámetros

lazo de histéresis
Bucle de histéresis con diferentes parámetros
Crédito de la imagen: Craxd1Curva y bucle BHCC BY-SA 3.0

Explicación de la curva de histéresis

  • Cuando la intensidad del campo magnetizante (H) aumenta, la densidad de flujo magnético del material (B) también aumenta a medida que se alinean más y más dominios en la dirección del campo magnético aplicado externamente. Esta parte se muestra en la figura anterior como podemos observar desde el punto de partida hasta el punto “a”.
  • Cuando todos los dominios están alineados debido al aumento del campo externo, el material se satura magnéticamente, es decir, se produce el fenómeno de saturación. Más allá de esto, si se aumenta la intensidad magnética (H), la densidad de flujo magnético (B) no cambia, permanece igual como podemos notar en la figura que luego de llegar al punto “a”, B se vuelve constante.
  • Ahora, si la intensidad magnética (H) disminuye, la densidad de flujo magnético (B) también disminuye, pero se queda atrás de la intensidad magnética (H). Por lo tanto, podemos observar en la figura que cuando la intensidad magnética (H) se vuelve cero en el punto "b", la densidad de flujo magnético (B) no se reduce a cero. El valor de la densidad de flujo magnético (B) es retenido por el material cuando la intensidad magnética (H) es igual a "0" y se reconoce como "remanencia".
  • Además, si se invierte la dirección del campo magnético externo y aumenta la magnitud de la intensidad magnética (H), el material comienza a desmagnetizarse. La observación en el punto “c”, la densidad de flujo magnético (B) resulta ser '0'. Este valor de intensidad magnética (H) que se necesita para reducir la densidad de flujo magnético (B) a cero se denomina "coercitividad".
  • Ahora, a medida que el campo de magnetización aplicado en la dirección inversa aumenta más, el material se vuelve a saturar pero en la dirección opuesta como se ve en el diagrama en el punto "d".
  • Cuando se reduce este campo de magnetización inversa, la densidad de flujo magnético (B) vuelve a quedar por detrás de la intensidad magnética (H), y en el punto "e", la intensidad magnética (H) se vuelve cero, pero la densidad de flujo magnético (B) no se reduce a cero .
  • Una vez más, cuando se invierte la dirección actual del campo magnético y la intensidad magnética (H) vuelve a aumentar desde cero, el ciclo se repite.

El área encerrada por el bucle representa la pérdida de energía durante un ciclo completo de magnetización y desmagnetización.

Permeabilidad del espacio libre

La permeabilidad del espacio libre, μo, es un parámetro constante representado por un valor exacto de 4π x 10-7 H / m se usa para aire. Esta constante μo aparece en las ecuaciones de Maxwell, que describen y relacionan los campos eléctrico y magnético junto con las propiedades de electromagnético radiación, es decir, ayuda a relacionar y definir cantidades como permeabilidad, densidad de magnetización, intensidad magnética, etc.

La histéresis magnética se ha discutido en detalle en este artículo. pero además de eso, necesitamos aclarar algunos conceptos relacionados con la magnetización como la permeabilidad, la retentividad en el espacio libre y en diferentes medios.

Intensidad de magnetización

El material magnético en un campo magnético genera un momento dipolar inducido en ese material, y este momento por unidad de volumen se reconoce como intensidad de magnetización (I) o densidad de magnetización.

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Dónde image011  es el momento dipolar inducido neto. Su unidad es Am-1

¿Qué es la intensidad magnética?

Para magnetizar un material magnético, se debe aplicar un campo magnético. La relación entre este campo de magnetización y la permeabilidad del espacio libre se conoce como intensidad magnética H.

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Dónde image019, el campo magnético externo también se denomina densidad de flujo magnético.

La unidad de intensidad magnética es Am-1 igual que el de la intensidad de magnetización.

¿Qué es la susceptibilidad magnética?

La relación entre la magnitud de la intensidad de la magnetización y la intensidad magnética se conoce como susceptibilidad magnética (image023). La susceptibilidad magnética se puede explicar como la facilidad con la que se puede magnetizar un material magnético. Por lo tanto, un material con un valor más alto de susceptibilidad magnética se magnetizará más fácilmente en comparación con otros que tienen menos valor de susceptibilidad magnética.

 image023 = image026   donde los símbolos tienen sus significados habituales.

La susceptibilidad magnética es una cantidad escalar y sin dimensión, por lo tanto, sin unidad.

¿Qué es la permeabilidad magnética?

La permeabilidad magnética es la relación entre el valor del campo magnético neto dentro de un material y el valor de la intensidad magnética. Aquí, el campo magnético neto dentro del material es una adición vectorial del campo magnético aplicado y el campo magnético para la magnetización de esa materia. La permeabilidad magnética se puede explicar simplemente como la medida de la medida en que un campo de magnetización puede penetrar (permear) un material magnético dado.

image028 =  image029

La permeabilidad magnética es una cantidad escalar y su unidad es   image033

Otro término asociado con la permeabilidad magnética es la permeabilidad relativa que se puede definir como la relación entre la permeabilidad de un medio y la permeabilidad del espacio libre.

image034

La relación entre B y H

El campo magnético total B, también llamado densidad de flujo, es el total de líneas de campo magnético creadas dentro de un área específica. Está representado por el símbolo B.

Como intensidad magnética H, que es directamente proporcional al campo magnético externo, por lo tanto, se puede afirmar que la fuerza del campo magnético o la intensidad magnética H se puede aumentar aumentando la magnitud de la corriente o el número de vueltas de la bobina en la que el campo magnético se guarda el material.

Sabemos que B = μH o B = image036H

μr no tiene un valor constante sino que depende de la intensidad del campo, por lo tanto, para materiales magnéticos, la relación entre la densidad de flujo o el campo magnético total y la fuerza del campo magnético o la intensidad magnética conocida por B / H.

Por lo tanto, obtenemos una curva no lineal cuando trazamos el flujo magnético (B) y la intensidad magnética (H) en el eje X y el eje Y, respectivamente. Pero para bobinas sin material en el interior, es decir, el flujo magnético no se induce dentro de ningún material sino que se induce en el vacío o en el caso de cualquier núcleo de material no magnético como madera, plástico, etc.

Curvas de magnetización
Curva BH para diferentes materiales de 9 materiales ferromagnéticos, mostrando saturación. 1. Chapa de acero, 2. Acero al silicio, 3. Acero fundido, 4. Acero de tungsteno, 5. Acero magnético, 6. Hierro fundido, 7. Níquel, 8. Cobalto, 9. Magnetita, Crédito de la imagen - Charles Proteus Steinmetz, Curvas de magnetización, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Podemos observar que la densidad de flujo para los materiales anteriores, es decir, hierro y acero, se vuelve constante con cantidades crecientes de intensidad de campo magnético y esto se conoce como saturación ya que la densidad de flujo magnético se satura para valores más altos de intensidad magnética. Cuando la intensidad magnética es baja y, por lo tanto, la fuerza magnética aplicada es baja, solo se alinean unos pocos átomos en el material. Con la creciente intensidad magnética, el resto también se alinea fácilmente.

Sin embargo, con el aumento de H, a medida que se acumula más y más flujo en la misma área de sección transversal del material ferromagnético, muy pocos átomos están disponibles dentro de ese material para alinearse; por lo tanto, si aumentamos el H, el flujo magnético (B) no aumenta más y, por lo tanto, se satura. Como se mencionó anteriormente, el fenómeno de saturación se limita a los electroimanes de núcleo de hierro.

Remanencia y coercitividad en bucle de histéresis

Retentividad

La retención de un material es una medida de la cantidad de campo magnético que queda en el material cuando se elimina el campo magnetizante externo. También se puede definir como la capacidad de un material para retener algo de su magnetismo incluso después de que se haya detenido el proceso de magnetización. Depende retentivamente de las características de los materiales.

Después de que se magnetiza un material magnético, algunos de los electrones en los átomos permanecen alineados en la dirección de la dirección del campo magnetizante original y se comportan como pequeños imanes con sus propios momentos dipolares y no regresan a un patrón completamente aleatorio como el resto de ellos. Debido a esto, queda cierta cantidad de campo magnético o magnetismo general dentro de los materiales. Los materiales ferromagnéticos tienen una remanencia comparativamente alta en comparación con otros materiales magnetizantes, lo que los hace perfectos para la construcción de imanes permanentes.

Magnetismo residual

El magnetismo residual es la cantidad de densidad de flujo magnético que puede retener un material magnético, y la capacidad de retenerlo se conoce como Retentividad del material.

fuerza coercitiva

La fuerza coercitiva se puede definir como la cantidad de fuerza de magnetización necesaria para eliminar el magnetismo residual retenido por un material.

En las secciones siguientes, analizaremos los tipos de imanes, imanes permanentes y electroimanes en función de la propiedad y la naturaleza de los materiales.

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