Sears- Zemasnky -Tomo II Fisica para Ciencia de la 13- Dra. E.   1 MATERIALES FERROMAGNETICOS

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  • 1

    MATERIALES FERROMAGNETICOS

    Bibliografa consultada

    Sears- Zemasnky -Tomo IIFisica para Ciencia de la Ingeniera, MckelveySerway- Jewett --Tomo II

  • 2

    Los materiales ferromagnticos no son `lineales'. Esto significa que las relaciones entre B (o M)Y H no corresponden a lneas rectas. =(H) y =(H) >>0 y r >> 1.En realidad, lo que ocurre es ms complicado es el fenmeno de histresis.

    B externo=0

    En los materiales ferromagnticos los momentos magnticos individuales de grandes grupos de tomos o molculas se mantienen alineados entre s debido a un fuerte acoplamiento, an en ausencia de campo exterior.Estos grupos se denominan dominios, cuyo tamao 10-12 y 10-8 m3 y contienen entre 1021 y 1027 tomos.Materiales ferromagnticos: hierro, cobalto, nquel y la mayora de losaceros.En ausencia de campo aplicado, los dominios tienen sus momentos magnticos netos distribuidos al azar.Cuando se aplica un campo exterior, los dominios tienden a alinearsecon el campo. Este alineamiento puede permanecer cuando se retira el campo externo, creando un imn permanente

    La agitacin trmica tiende a desalinear los dominios. A temperaturanormal, la energa trmica no es en general suficiente para desmagnetizar un material magnetizado.Por encima de una cierta temperatura, llamada temperatura de Curie, el material se vuelve paramagntico.Una forma de desmagnetizar un material ferromagntico es calentarlo por encima de esta temperatura.

  • 3

    Se comienza con una muestra de material ferromagntico desmagnetizado. Se considera que el parmetro de control experimental es el campo H , pues est directamente relacionado a la corriente I (Ley de Ampre). Al incrementar H desde cero, M y B del material crecern montonamente, describiendo una curva- Curva de primera imantacin

    CURVA DE HISTRESIS

    es funcin de H con un rango de variacin de varios rdenes de magnitud.

    HB

    =

  • 4

    Al aumentar H ,ms y ms dominios se alinean paralelos al campo aplicado, hasta que M alcanza un valor mximo: ESTADO DE SATURACIN(2),Bmaximo= Bsat.

    Un aumento de H no crear nuevas alineaciones.

    Si desde el estado de saturacin (2) se disminuye H, se observa que el sistema no sigue la trayectoria previa. Para H=0 (3), el material queda magnetizado, B=Br (magntico residual)

    Si se aumenta H en valores negativos, la muestra adquiere una magnetizacin invertida. Para H=Hc= (H coercitivo), B=0, El material queda desmagnetizado (4).

    Si se contina aumentando H en valor negativos , se produce una nueva saturacin en el sentido opuesto (5) .

    Si, desde (5) se aumenta H, se repite la situacin anterior : para H=0, B=-Br (6) ; H=Hc, B=0

    Si se repite esta operacin, el sistema recorre siempre el mismo ciclo, conocido como ciclo de histresis.

  • 5

    Curvas de histresis de un material, para varios valores de Hmax.

    Desmagnetizacin de un material ferromagntico, recorriendo distintos ciclos de histresis

  • 6

    El uso ms frecuentes de los materiales ferromagnticos son:a) como fuentes de campo magntico (imanes): Magnetos durosb) para aumentar el flujo de B en circuitos de corriente (motores, generadores): Magnetos

    blandosc) almacenamiento magntico de informacin. histresis rectangular

  • 7

    Toroide de material ferromagntico lineal con N espiras de corriente I

    dl

    r

    = Ild.Hrr

    Al igual que en el ejemplo de materiales lineales se determina H, usando la Ley de Ampere

    afuera0

    )crb(r2

    NI)r(H

  • 8

    rBB0H0ISi ===

    M=0

    M=0

    M

    B=0

    B=0H=0

    H=0

    H=0Br

    BM

    =

  • 9

    Toroide de material magntico lineal con N espiras de corriente I y entre hierro

    = Ild.Hrr

    cte=

    HBrr

    =

    HBHM0

    m

    rr

    rv

    ==

    Lh

  • 10

    M

    M

    dl

    dl

    INIdl)r(Hdl)r(Hdl)r(Hld.H

    h

    0

    h

    0

    0 =+== rr

    0

    rH

    H0

    B

    B0

    Por condiciones de contorno

    0AdB =rr

    BBB0 ==

    NIdl)r(Bdl)r(Bh

    0

    h

    00

    =

    +

    +

    =

  • 11

    Toroide de material ferromagntico ,N espiras de corriente I y entre hierro

    Lh

  • 12

    ( )

    = HhLhh

    NIB 00La interseccion de la recta

    La interseccin con la con la curva de histresis define el valor de B (Punto P)

    M

    M

    Recta de Carga o de trabajo, su pendiente es negativa y aumenta cuando h disminuye

  • 13

    P

    ( )

    == HhLh

    B0ISi 0

    B y H tienen sentido contrario en el material. La existencia de un entehierro hproduce que B se corra desde Br hasta P si h disminuye la recta es ms vertical yP se acerca a Br. Si h es grandes, aumenta el flujo disperso disminuyendo B en el material

    B H0

    B M H

    B M H

  • 14

    M=0B=0

    H=0

    ( )

    == HhLh

    B0ISi 0