Magnetismo e Imanes Permanentes

Establecer las condiciones y la manera como se reconoce la existencia del fenómeno magnético.

El fenómeno magnético se puede definir como la fuerza de atracción que ejercen los átomos de dos elementos con cargas opuestas esto ligado directamente con los campos magnéticos, un campo magnético es la propiedad por la cual una carga eléctrica especifica y de un valor definido se desplaza con una velocidad existiendo una fuerza proporcional y perpendicular a dicha velocidad formando así una propiedad del campo magnético conocida como inducción magnética.

Un ejemplo es el campo magnético terrestre el cual crea su campo de forma natural con los polos de la tierra (polo sur y polo norte)y es por eso que con un elemento como la brújula podemos ubicar la posición en la que nos encontramos.

Los materiales que presentan notablemente este tipo de fenómenos están fabricados en base hierro y acero (materiales ferro magnéticos).

Lo más común para reconocer y palpar este tipo de fenómenos es atreves de:

• Brújula, la cual nos indica la dirección del campo magnético terrestre, atreves de un sur o un norte dependiendo de nuestra ubicación, y de la intensidad del campo magnético en cuestión

• Polos magnéticos, este fenómeno se aprecia generalmente cuando contamos con dos imanes y si sus polos son iguales se repelen, caso diferente si son distintos se atraen.

• El fenómeno de la inducción magnética también se aprecia al frotar nuestro pelo con una bomba o una regla plástica, la cual queda posibilitada para atraer diminutos papelitos, ya que lo negativo es atraído por lo positivo, en el momento que ejecutamos la acción de frotar transferimos electrones a la bomba, causando que la bomba se vuelva de carga negativa.

• Otro ejemplo practico por medio de el cual se reconoce la presencia de un campo magnético, se presenta al exponer oxido de hierro sobre una hoja de papel que esta sobre un imán o campo magnético generado por alguna maquina, el oxido de hierro adopta formas de líneas curvas, semicirculares y discontinuas en algunos casos dependiendo de la posición de la hoja.

Lo anterior describe las características fundamentales que se presentan en un fenómeno de tipo magnético, pero también se puede reconocer por factores mas específicos en el área del electromagnetismo como

• Magnetismo remanente, es la inducción magnética que queda en un material magnético después de suprimir un campo magnético aplicado.

• Inducción residual en un material magnético es el valor de la inducción magnética para la condición de campo magnético aplicado nulo, cuando el material se halla en la condición de imanación simétrica cíclica. Se diferencia del magnetismo remanente en el requisito de la condición cíclica.

• Retentividad, inducción magnética que queda en un material después de eliminar el campo magnético.

• Campo coercitivo de un material magnético, es la magnitud del campo magnético para lo cual se anula la inducción magnética cuando el material se imana en condición simétrica cíclica.

• Coercitividad, es el campo coercitivo requerido para anular la inducción magnética partiendo de una condición correspondiente a la inducción de saturación.

Establezca una clasificación de los imanes, las particularidades de cada tipo, los materiales utilizados y las formas más comunes.

Los imanes se dividen en dos tipos generales: imanes permanentes y electroimanes. Los primeros tienes la propiedad de retener su magnetismo indefinidamente, sin utilizar corriente eléctrica que los excite. Estos están fabricados generalmente de acero templado y sus aleaciones. Los segundos depende su magnetismo de la acción magnética de las corrientes eléctricas. Se fabrican con hierro dulce y acero suave, y poseen una gran sensibilidad a las variaciones del efecto magnético de las corrientes eléctricas.

Dentro de los imanes permanentes se encuentran los imanes naturales los cuales están formados por un mineral de hierro conocido en metalurgia con el nombre de magnetita o piedra imán, y cuya composición química es Fe3O4.

Los imanes prensados tienen muchas formas de acuerdo la aplicación. Imanes cuadrados, anulares, redondos y segmentos son los más comunes. Cualquier forma puede realizarse en un imán salvo que debe determinarse antes del prensado. Aunque se puede cambiar su forma una vez fabricado se necesitan complicados procesos poco prácticos. Si se desease hacer perforaciones, agujeros, biseles, avellanados, además de todas las operaciones de calado solo pueden realizarse en la dirección del prensado.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES POR TIPOS DE COMPORTAMIENTO MAGNETICO

Los materiales según su tipo de comportamiento magnético se clasifican en:

• ferro magnéticos

• diamagnéticos

• paramagnéticos

• antiferromagnéticos

Materiales ferro magnéticos: un material ferro magnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo, es decir, que presenta un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Dentro de este grupo se encuentran materiales como Fe, Co, Ni, Gd, Dy, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, EuO, MgOFe23. Los materiales ferro magnéticos por acción de una alta temperatura llegan a destruir la interacción magnética.

*SuperImanes: En esta subclase de materiales ferro magnéticos en base a aleaciones de RE y metales de transición desarrollado durante 1970 y 1990 denominados superimanes o imanes permanentes, su mayor característica es la relación tamaño, campo magnético ya que además que se fabrican imanes diminutos la intensidad de campo magnético que generan entre polos es muy alta.

Materiales diamagnéticos: un material diamagnético es lo opuesto a los ferros magnéticos, ya que son materiales que en presencia de un imán, se repelen. Este fenómeno fue descubierto y nominado por primera vez en 1845 por Michael Faraday, cuando observo como un trozo de bismuto era repelido por cualquiera de los lados de un imán, lo que le indicó que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto en sentido opuesto.

Los materiales diamagnéticos más comunes son: bismuto metálico, hidrógeno, helio y los demás gases nobles, cloruro de sodio, cobre, oro, silicio, germanio, grafito, bronce y azufre.

Materiales paramagnéticos: tienen esta denominación los materiales cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacio. Estos materiales no presentan el fenómeno de los materiales ferros magnéticos. En términos físicos, se dice que su permeabilidad magnética relativa tiene un valor aproximado igual a 1.

Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Una vez se retire el campo magnético, la entropía hace que se destruye el alineamiento magnético por la falta de energía. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y tungsteno.

Materiales antiferromagnéticos: un material antiferromagnético es aquel que puede presentar anti ferromagnetismo y esto hace referencia con el ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección pero en sentido inverso, cancelándolos si tienen el mismo valor absoluto, o reduciéndolos si son distintos.

Al igual que ferromagnetismo, la interacción antiferromagnética se destruye a alta temperatura por efecto de la entropía. La temperatura por encima de la cual no se aprecia el anti ferromagnetismo se llama temperatura de Neel. Por encima de esta, los compuestos son típicamente paramagnéticos.

Apoyado con un gráfico, defina polo magnético y enumere y explique las propiedades de los polos.

Recibe el nombre de polos las regiones que posee cualquier imán, las cuales se denotan como positivo o negativo de acuerdo al comportamiento del campo magnético que el imán produce. El polo positivo es la parte del imán que emite campos magnéticos y el negativo la parte que los recibe. Las siguientes son algunas de sus propiedades.

Propiedades:

• De atracción o repulsión de acuerdo a la región que tenga enfrentada. Dos imanes de polos iguales se repelen mientras que de polos diferentes (norte – sur) se atraen.

• Su propiedad magnetica permite que el campo que emite pueda ingresar nuevamente por el polo opuesto.

• Si se llegase a partir en dos una barra de iman, inmediatamente se crean los dos polos en cada trozo N-S

• Todo polo norte induce un polo sur, y todo polo sur induce uno norte en cualquier iman
• En una barra imantada , el plano medio entre los polos se llama zona neutra o ecuador.

• Si se coloca un polo norte muy débil al lado de un polo norte muy intenso, hay una atracción entre ellos, esto debido a que el polo norte intenso induce un polo sur el cual se sobrepone al débil polo norte.

• La fuerza de atracción (o de repulsión) entre dos polos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, siempre que las dimensiones de los polos sean pequeñas comparadas con tal distancia.

Para entender las diferencias entre las líneas de campo, líneas de fuerza y líneas de inducción es necesario primero conocer sus definiciones por separado así:
• Líneas de campo, describen la estructura del campo magnético en tres dimensiones. Convergen donde la fuerza magnética es mayor y se separan donde es mas débil. Para entender esto en una barra imantada, las líneas de campo se separan de cada polo en particular y convergen en el opuesto, siendo la fuerza magnética mayor cerca los polos donde se reúnen.

• Líneas de fuerza, las líneas de campo son las que salen de los polos de un imán, mientras que las líneas de fuerzas, son líneas rectas que van tangenciales a los líneas de campo, se puede tomar en cualquier punto de la línea de campo. Las líneas de fuerza se pueden ver como vectores es decir tienen dirección y sentido. El sentido de estas líneas siempre van a estar de polo norte a polo sur.
• Líneas de inducción, son líneas tangentes en cada uno de sus puntos al vector inducción magnética. La concentración de líneas de inducción en una zona del espacio es proporcional al valor de la inducción magnética en dicha zona