Materiales Ferromagnéticos

El materiales ferromagnéticos son aquellas sustancias que exhiben un fuerte magnetismo en la misma dirección del campo, cuando un campo magnético se le aplica. Primero, tenemos que saber qué es un dominio. En realidad es un área diminuta en los materiales ferromagnéticos con una orientación general específica de espín debido al efecto mecánico cuántico. Este efecto es realmente una interacción de intercambio. Es decir, cuando consideramos algunos electrones no apareados, interactuarán entre dos átomos y se alinearán en una región diminuta con la dirección del campo magnético (Figura 1). Este mecanismo de la material ferromagnético es el ferromagnetismo. Se puede definir como que algunos materiales (cobalto, gadolinio, hierro, etc.) se convertirán en imanes permanentes con el uso de campo magnético.

Propiedades de los materiales ferromagnéticos

• Cuando una varilla de este material se coloca en un campo magnético, se alinea rápidamente en la pista del campo.
• Es fuertemente atraído por el imán.
• El mecanismo del ferromagnetismo no está presente en los líquidos y gases.
• La intensidad de la magnetización (M), susceptibilidad magnética (m), la permeabilidad relativa (r), y la densidad de flujo magnético (B) de este material será siempre prominente y positiva.

µ0 La permitividad magnética del espacio libre.
H Aplicó la fuerza del campo magnético periférico.

Bucle de histéresis

Este bucle se forma cambiando la fuerza magnetizadora al mismo tiempo que se mide la flujo magnético del material.
Para entenderlo, consideraremos una varilla ferromagnética. Se coloca en un solenoide y se le da la corriente. Podemos ver que cuando el actual se incrementa, al principio numerosos dominios se alinean con el campo. En los dipolos de los dominios que no están alineados, se desarrolla un par. Cuando la mayoría de los dipolos se alinean con el campo, entonces no hay más aumento de M. Así se alcanza la saturación (figura 2).

Ahora, si la corriente se reduce a cero, la magnetización no sigue la curva original. Es decir, se queda atrás de la curva original. Esto se llama histéresis. El bucle obtenido como b-c-e-f-b es el bucle de histéresis. Se muestra a continuación.

a-b Magnetización inicial, saturación en b
b-c Desmagnetización pero M no es igual a 0, cuando I = 0
c-d Inversión de la dirección de la corriente, M no es igual a 0 en d, algo de I negativo
d-e Saturación con todos los dipolos en dirección inversa
En c y f, la varilla tiene una magnetización permanente con I = 0.
Aquí; para entenderlo, hemos trazado la curva de histéresis como I versículos M. Pero normalmente, es una curva obtenida trazando B versículos H. Se muestra a continuación.

Temperatura del Curie

Hay una temperatura, por encima de la cual el material ferromagnético se convertirá en material paramagnético. Esta temperatura en particular se llama temperatura de Curie. Es decir, cuando aumentamos la temperatura más allá de la temperatura de Curie, causará que los materiales ferromagnéticos pierdan su propiedad magnética. Está representada por TC. El orden magnético de los dipolos del material ferromagnético es interrumpido por la energía térmica.


kB La constante de Boltzmann
Temperatura T en Kelvin
C Curie Constant
A continuación se muestra la temperatura de algunos materiales.

Cuando se compara con otros magnetismos, el ferromagnetismo es el más poderoso. Pero los materiales son pocos en número. Incluyen el cobalto, el níquel y el hierro. Las aleaciones de estos tres metales, la piedra inerte (mineral) y algunos compuestos de metales de tierras raras.
Estos materiales tienen numerosas aplicaciones en el campo de los dispositivos eléctricos, de almacenamiento magnético y electromecánicos. Son electroimanes, transformadores, motores eléctricos…grabadora, generadores, etc.