Magnetismo, características y aplicaciones.

Yuliana Sanchez Lozano

Magnetismo

Caracteristicas y aplicaciones.

Ponente: Humberto Busto Rodriguez Doctor de: Ciencias Fisica Universidad del tolima

Esta fuerza puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo de la orientación de los campos magnéticos involucrados. El magnetismo es una propiedad fundamental de la materia, y se puede encontrar en todo el universo, desde partículas subatómicas hasta los objetos más grandes del cosmos. La propiedad más importante del magnetismo es que puede producir fuerzas a distancia, lo que significa que un objeto magnético puede influir en otro objeto sin estar en contacto físico con él.

Magnetismo

Es la fuerza que surge de las interacciones entre cargas en movimiento.

Imanes Permanentes (ips)

son materiales magnéticos ampliamente usados en diversas industrias, como la computación (ordenadores, discos, memorias), automotriz, transporte, electrónica, automatización, medicina, aviación y militar. Estos materiales conservan su alta magnetización incluso tras ser expuestos a cambios de temperatura o campos magnéticos externos, siempre que hayan sido previamente magnetizados por un campo magnético intenso.

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• Metodologías o aplicaciones

Materiales Diamagnéticos

Materiales Paramagnéticos

Materiales Paramagnéticos

Materiales Antiferromagnéticos

Materiales Ferromagnéticos

El magnetismo en la materia se refiere a cómo los materiales responden a un campo magnético y se debe a la alineación y el comportamiento de los electrones en los átomos del material. Dependiendo de sus propiedades magnéticas, los materiales se clasifican en diferentes categorías, destacando los siguientes tipos

Magnetismo en la materia

Dominios magnéticos: Los dominios magnéticos son pequeñas regiones dentro de un material ferromagnético en las que todos los momentos magnéticos de los átomos están alineados en la misma dirección Paredes de Bloch: Las paredes de Bloch son las fronteras que separan los dominios magnéticos dentro de un material. En estas paredes, los momentos magnéticos cambian gradualmente de dirección de un dominio al siguiente.

Estructura magnetica de los materiales

Las estructuras magnéticas de los materiales hacen referencia a cómo se organizan y se comportan los momentos magnéticos (la orientación de los dipolos magnéticos) en los átomos o moléculas de un material bajo diferentes condiciones. En el caso de materiales magnéticos, hay conceptos clave que explican cómo estos momentos magnéticos interactúan y se alinean:

Materiales magnéticos blandos

Materiales magnéticos blandos

Los materiales magnéticos pueden clasificarse como blandos o duros en función de cómo responden a un campo magnético externo. Esta clasificación depende de su capacidad para ser magnetizados, desmagnetizados y mantener su magnetización

A pesar de los avances, persisten desafíos en la creación de materiales magnéticos más eficientes y sostenibles. Por ejemplo, la dependencia de tierras raras para algunos imanes permanentes plantea problemas de costos y sostenibilidad. Además, controlar las paredes de Bloch y su comportamiento en nanoescala es un área que aún requiere mayor desarrollo y precisión tecnológica. La investigación sobre materiales ferromagnéticos blandos y duros sigue siendo clave para aumentar la eficiencia energética, mejorar el almacenamiento de datos y desarrollar tecnologías más limpias. La transición hacia el uso de materiales menos costosos y más ecológicos es un reto a superar en las próximas décadas. El magnetismo y sus aplicaciones son un testimonio de cómo los principios fundamentales de la física pueden transformarse en herramientas tecnológicas indispensables. A medida que avanzamos hacia un mundo más conectado, las propiedades magnéticas seguirán desempeñando un papel fundamental en la innovación.

Análisis crítico

El análisis crítico del magnetismo, incluyendo conceptos como imanes permanentes, dominios magnéticos, paredes de Bloch y la clasificación de materiales en blandos y duros, revela una amplia gama de fenómenos físicos que han permitido avances tecnológicos fundamentales en la sociedad moderna. El magnetismo es una fuerza fundamental que ha transformado múltiples industrias, desde la electrónica, el almacenamiento de datos, la medicina, hasta la generación de energía. Los imanes permanentes han sido vitales en la creación de dispositivos como discos duros, motores eléctricos y altavoces, debido a su capacidad para mantener un campo magnético sin una fuente de energía constante. Los materiales magnéticos blandos y duros muestran cómo las propiedades magnéticas pueden optimizarse según la aplicación: los materiales blandos para dispositivos que requieren cambios rápidos y repetidos en la magnetización, y los duros para mantener campos magnéticos estables y duraderos. Esto demuestra la versatilidad del magnetismo en el diseño de sistemas, desde electromagnetismo en transformadores hasta imanes permanentes en sistemas de seguridad.

• INTRODUCTION TO MAGNETIC MATERIALS, Second Edition. B. D. CULLITY, University of Notre Dame. C. D. GRAHAM, University of Pennsylvania, 2009, IEEE Press.

• Measurement and Characterization of Magnetic Materials, FAUSTO FIORILLO, Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris, Strada delle Cacce 91, Torino, 10135, ITALY, 2004, ELSEVIER Academic Press.

• https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm10/fcm10_5.html

• Imanes permanentes: características, aplicaciones y futuro, Germán Antonio Pérez-Alcázar, Departamento de Física, Universidad del Valle, Cali, Colombia, Rev. Acad. Colomb. Cienc. Ex. Fis. Nat. 40(155):221-233, abril-junio de 2016

referencias

1. Electroimanes: Campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas a través de bobinas, utilizados en motores eléctricos, grúas magnéticas y dispositivos médicos.
2. Generadores y Motores Eléctricos: Uso de campos magnéticos y conductores móviles para generar electricidad (generadores) o producir movimiento mecánico (motores).
3. Resonancia Magnética Nuclear (RMN): Aplicación médica que emplea campos magnéticos fuertes para obtener imágenes detalladas del cuerpo.
4. Almacenamiento de Datos Magnéticos: Dispositivos como discos duros que utilizan materiales ferromagnéticos para grabar y almacenar información digital.

• Estos materiales tienen dominios magnéticos, que son regiones donde los momentos magnéticos de los átomos están alineados en la misma dirección.
• Cuando un material ferromagnético se expone a un campo magnético externo, estos dominios se alinean, generando una fuerte magnetización que puede ser permanente.
• Ejemplos: Hierro, níquel y cobalto.

• Los materiales paramagnéticos contienen átomos o moléculas con momentos magnéticos no alineados que tienden a orientarse en la dirección de un campo magnético externo.
• La magnetización es débil y desaparece al retirar el campo magnético.
• Ejemplos: Aluminio, platino.

• En estos materiales, los momentos magnéticos tienden a alinearse en dirección opuesta al campo magnético aplicado, generando una débil repulsión.
• El efecto diamagnético es muy débil comparado con otros tipos de magnetismo.
• Ejemplos: Cobre, bismuto.

• Los momentos magnéticos de los átomos están alineados de manera opuesta, anulándose entre sí, lo que resulta en una magnetización neta nula.
• Ejemplo: Óxido de manganeso (MnO)

• En estos materiales, los momentos magnéticos están alineados de forma opuesta, pero con magnitudes diferentes, por lo que se genera una magnetización neta.
• Ejemplo: Magnetita (Fe₃O₄).

• Definición: Los materiales magnéticos blandos se magnetizan con facilidad cuando se les aplica un campo magnético externo, pero pierden la mayor parte de su magnetización cuando el campo se retira.

• Baja coercitividad: Requieren un campo externo muy pequeño para ser desmagnetizados.
• Alta permeabilidad magnética: Pueden concentrar líneas de campo magnético con mucha eficiencia.
• Baja remanencia: Una vez que se retira el campo, su magnetización residual es baja.
• Aplicaciones: Son útiles en dispositivos donde se necesita un cambio rápido y fácil en la magnetización, como en núcleos de transformadores, electroimanes, inductores y motores eléctricos.

• Definición: Los materiales magnéticos duros requieren un campo magnético externo fuerte para ser magnetizados y mantienen su magnetización una vez que se elimina el campo.

• Alta coercitividad: Resisten ser desmagnetizados, incluso por campos externos opuestos.
• Baja permeabilidad magnética: No permiten que las líneas de campo magnético pasen tan fácilmente.
• Alta remanencia: Conservan una alta magnetización residual, incluso después de retirar el campo magnético.
• Aplicaciones: Son ideales para fabricar imanes permanentes, discos duros, altavoces y sistemas de almacenamiento de datos.