Contenido
- Historia de los imanes
- Tipos de materiales magnéticos
- Materiales diamagnéticos
- Materiales paramagnéticos
- Materiales ferromagnéticos
- Tipos de imán
- Imanes duros e imanes blandos
- Imán permanente y electroimán
- Aplicaciones de los electroimanes
Historia de los imanes
A partir de las piedras imán (o magnetita), la gente se hizo una idea sobre el funcionamiento de los imanes, que son piezas magnetizadas de mineral de hierro que se encuentran en la naturaleza. La palabra imán proviene del griego, de la tierra llamada "Magnesia", una parte de la antigua Grecia donde se encontraron piedras imán. A finales del siglo XII d.C., se utilizaron imanes y brújulas magnéticas fueron construidos y utilizados en la navegación en diferentes partes del mundo como China, Europa, etc.
Credito de imagen : Teravoltio (hablar), Piedra imán (negra), CC BY 3.0
Básicamente, los imanes son materiales que producen campos magnéticos. Los físicos Curie y Faraday observaron que casi todos los materiales tienen ciertas propiedades magnéticas y según su comportamiento magnético los dividieron en tres categorías:
- Materiales diamagnéticos
- Materiales paramagnéticos
- Materiales ferromagnéticos
Tipos de imán:
Materiales magnéticos duros:
Los imanes duros son generalmente materiales ferromagnéticos que tienen la capacidad de retener la magnetización durante un período de tiempo bastante largo, es decir, el material debe tener una alta capacidad de retención.
Los imanes duros también deben tener un alto grado de coercitividad, es decir, sólo una gran magnitud del campo magnético externo debería poder eliminar el magnetismo residual retenido por el material.
Algunos ejemplos de materiales magnéticos duros son Alnico (una aleación formada por la combinación de hierro, cobalto, aluminio, níquel y cobre) y piedra imán (un metal natural).
Materiales magnéticos blandos:
Los imanes blandos también son materiales ferromagnéticos que pueden retener su magnetización siempre que salga el campo magnético externo, es decir, tienen una baja retentividad. También tienen un bajo grado de coercitividad, es decir, su magnetización retenida (aunque es muy inferior) se puede eliminar con mucha facilidad.
Por lo tanto, se pueden magnetizar y desmagnetizar fácilmente.
Este tipo de materiales (imanes blandos) que se utilizan para fabricar electroimán, ya que un material electromagnético debe tener una baja remanencia y también una baja coercitividad. El hierro dulce es un material adecuado como ferromagnético blando.
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Los dos tipos de imanes: imán permanente y electroimán
Magnetos permanentes:
Los materiales que pueden conservar sus propiedades ferromagnéticas durante largos períodos de tiempo a temperatura ambiente normal se pueden clasificar como imanes permanentes.
Un alto grado de remanencia (el imán puede retener su magnetismo en ausencia de un campo magnético externo) y también un alto grado de coercitividad (la propiedad magnética no es eliminada por campos magnéticos externos) es necesaria para ser un imán permanente.
Los imanes permanentes también deben ser resistentes al estrés mecánico y al cambio de temperatura.
Como se dijo antes, un campo magnético se produce por un campo eléctrico cambiante. Por lo tanto, se teoriza que el campo magnético de un imán permanente es una consecuencia del giro uniforme de los electrones en una dirección particular dentro de los átomos del material, ya que la carga eléctrica en movimiento produce un campo eléctrico cambiante. Este tipo de giro uniforme de los electrones en los átomos de un material se debe básicamente a la estructura atómica y la orientación electrónica del material. Por lo tanto, solo unos pocos tipos de sustancias tienen la capacidad de mantener o retener permanentemente un campo magnético.
Lodestone, Alnico, como se menciona en los imanes duros, puede ser un ejemplo de imán permanente. De las discusiones que tuvimos, se puede inferir que el acero es más adecuado para la fabricación de imanes permanentes que el hierro, ya que el acero tiene un valor de coercitividad mucho más alto que el hierro, aunque el hierro tiene una remanencia un poco más alta que el acero. Se han desarrollado varias aleaciones con valores bastante altos de retentividad y coercitividad para la fabricación de imanes permanentes. Una aleación de este tipo con un valor de coercitividad muy alto se denomina vocalmente (una aleación compuesta de vanadio, hierro y cobalto).
Electroimanes
Los electroimanes generalmente se construyen enrollando un material (generalmente materiales ferromagnéticos) con un cable en una bobina y conectando los cables a una fuente de alimentación variable (de modo que se pueda variar la corriente en los cables).
¿Cómo funciona un electroimán?
Cuando una corriente fluye a través de los cables, el campo magnético producido por cada uno de los bucles de bobinas individuales se suma con el campo magnético de los bucles vecinos y, en conjunto, funciona como un fuerte imán de barra con el polo norte y el polo sur distintos.
Este imán de barra resultante con sus polos norte y sur distintivos es mucho más fuerte que cualquier imán de barra permanente que puede magnetizarse y desmagnetizarse a voluntad, es decir, puede comportarse como un imán solo cuando es necesario.
El material utilizado como núcleo debe tener alta permeabilidad, baja remanencia y también baja coercitividad. En un electroimán, el campo magnético y la densidad de flujo se pueden variar fácilmente de acuerdo con la corriente en los devanados. Esta propiedad de un electroimán es ampliamente utilizada en diferentes aplicaciones, pero a diferencia de los imanes permanentes, este requiere una fuente de alimentación para que funcione y también para el electroimán, existe cierta pérdida de energía en la magnetización y desmagnetización del núcleo como se estudió anteriormente en forma de el ciclo de histéresis.
La formación del Polo Norte y el Polo Sur cuando la corriente fluye a través de los devanados depende de la dirección del flujo de corriente en los bucles. El diagrama que se muestra a continuación puede predecir dónde se formarán los polos norte y sur.
Factores de los que depende la fuerza del electroimán
La intensidad del campo magnético o la densidad de flujo magnético depende de la cantidad de corriente que fluye a través de los devanados y también a el número de vueltas en la bobina. Más específicamente, la intensidad del campo magnético es directamente proporcional a ambos, lo que es relevante a partir de la expresión de la fuerza magnetomotriz, que es la siguiente:
Fuerza magneto-motriz (MMF) = IXN
donde es la corriente que fluye a través del devanado y N es el número de vueltas.
Otra condición en la que el fuerza magnética de un electroimán depende es el material utilizado como núcleo. Generalmente, el núcleo está compuesto por material ferromagnético con un alto grado de permeabilidad (la medida de la facilidad con la que un campo magnetizante puede penetrar o permear un material dado). Si usamos cualquier material no magnético como madera, plástico, etc., se puede suponer que el núcleo está formado por espacio libre ya que la permeabilidad de dicho material es muy baja y, por lo tanto, la densidad de flujo magnético será insignificante.
Crédito de la imagen: Antenamax, AGEM5520, CC BY-SA 3.0
Aplicaciones de los electroimanes
- Los electroimanes se utilizan ampliamente en dispositivos eléctricos como timbres eléctricos, calentadores de inducción, ventiladores eléctricos, telégrafos, trenes eléctricos, motores-generadores eléctricos, etc.
- Se utilizan para la levitación magnética como en los trenes de levitación magnética.
- Se utilizan en auriculares, parlantes, grabadoras e incluso en los discos duros de nuestros ordenadores.
- Se utilizan como relés y en equipos como espectrómetros de masas e incluso en aceleradores de partículas.
- Incluso se utilizan con fines médicos, como para extraer trozos de hierro de heridas y también en máquinas de resonancia magnética (MRI).
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