MATERIALES MAGNETICOS
LA RELUCTANCIA MAGNETICA
La reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que éste posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético.(María,2015).
La permeancia es el inverso de la reluctancia:
DONDE:
R= Reluctancia
A= Área de sección transversal m^2
I= longitud del anillo en m.
P= Permeabilidad magnética / Ampere Vuelta.
Ur= Permeabilidad magnética relativa
Uo= Permeabilidad magnética del aire o vacío
Uo= 12,56 x 10^-7 Weber/Am o N/ A^2.
AGRUPACIÓN DE RELUCTANCIAS
EJEMPLO: Dos piezas de hierro unidas extremo a extremo constituyendo reluctancias en serie, lo mismo si se habre un entrehierro en el anilllo de Rowland
MAGNETISMO
El magnetismo es la rama de la física que trata de explicar los fenómenos de atracción y
repulsión entre imanes o la atracción que estos ejercen sobre el hierro, el níquel y el cobalto.(Electromagnetismo, 2017 ).
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CAMPO MAGNETICO
El concepto de campo magnético hace referencia a que
determinados materias partículas experimentan una fuerza de atracción o repulsión al estar en las inmediaciones del campo.(Universidad Nacional del Rosario, 2018).
CAMPO MAGNETICO DE UN IMÁN EN FORMA C.
Un imán permanente produce un campo
magnético fuera y dentro del mismo como se aprecia en las siguientes imágenes:
- EJEMPLOS :
- Ventilador eléctrico
- Ordenador
- Impresoras
- Equipos Eléctricos
CAMPO MAGNETICO DE UN ALAMBRE RECTO QUE CONDUCE CORRIENTE
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ENTREHIERRO
El entrehierro es la región situada en el aire entre los dos polos magnéticos de un imán o de un electroimán.
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ELECTROIMANES
Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en
cuanto cesa dicha corriente.(Universidad Nacional del Rosario, 2018).
FLUJO MAGNETICO
Para definir el flujo magnético pensemos en una espira que es atravesada de forma perpendicular por un campo magnético (dirección e intensidad constante.)
FUERZA MAGNÉTICA
Cuando una carga se mueve dentro de un campo magnético experimenta una fuerza magnética.
LEY DE BIOT SAVART
De acuerdo a la ley de Biot Savart, la intensidad de campo magnético inducido por una carga eléctrica en movimiento es proporcional a la distancia que separa a la carga del punto.
(Universidad Nacional del Rosario, 2018).
LEY DE LORENTZ
Dado que una carga eléctrica en movimiento induce un campo magnético, podemos considerar a esta carga como un imán
LEY DE FARADAY - LENZ
La ley de Faraday establece que un flujo magnético variable enlazado por una espira, induce una fem (E) en la espira.
MATERIALES FERRIMAGNETICOS
El ferri magnetismo es un caso especial de anti ferromagnetismo en el que la alineación antiparalela de los equipos no es de la misma magnitud y por lo tanto sus momentos magnéticos netos no se cancelan.(Montemayor,2016).
- EJEMPLOS
- Óxido del Hierro
- Materiales Ferrimagnéticos son las ferritas.
MATERIALES ANTIFERROMAGNETICOS
En los materiales anti ferromagnéticos se observa una fuerte tendencia a la alineación antiparalela de los espines lo que provoca la cancelación de los momentos magnéticos netos.
- EJEMPLO
- Óxido de Manganeso
- Fluoruro de Manganeso
- Crómico
MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
El fenómeno denominado ferromagnético es el más interesante y conocido de los fenómenos magnéticos.
Los ejemplos de aplicaciones tecnológicas para los ferro magnetos, entre las cuales se encuentran : la producción de imanes, la fabricación de transformadores.(Montemayor,2016).
- EJEMPLOS:
- HIERRO (Fe)
- COBALTO (Co)
- NIQUEL (Ni)
- Aleaciones de acero
- Disprosio (Gd)
- MNAs
-MnBi
MATERIALES DIAGMAGNÉTICOS
Los electrones presentes en los materiales diamagnéticos están completamente apareados, por lo tanto no poseen momentos magnéticos netos.
Las aplicaciones (en este campo) de este tipo de materiales se limitan a las de los superconductores que son una clase muy especial de materiales ("perfectos").(Montemayor,2016).
- EJEMPLOS:
- EL AGUA
- EL HELIO
- GASES NOBLES
- COBRE (Cu)
- Oro (Au)
- Germanio (Gh)
MATERIALES PARAMAGNETICOS
Los materiales clasificados como paramagnéticos contienen átomos con momentos magnéticos netos, es decir, con electrones desapareados.
Este tipo de materiales ha sido utilizado de dos maneras ejemplo: en estudios científicos que permiten entender las propiedades electrónicas de los materiales con momentos magnéticos netos.(Montemayor, 2016).
- EJEMPLOS :
- Aire
- Aluminio
- Paladio
- Magnesio
- Titanio
- Wolframio
- Óxido de hierro
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MATERIALES SUPER PARAMAGNETICOS
Para que un material presente un comportamiento super paramagnético debe estar formado por: partículas ferri magnéticas con tamaños de partículas muy pequeñas por debajo de un valor crítico que depende del material con el que se está trabajando específicamente.(Montemayor,2016).
- EJEMPLOS
- Aluminio
- Sodio
- Titania
- Mercurio
CIRCUITOS MAGNETICOS
Se entenderá por circuito magnético a una estructura ferromagnética acompañada de fuerzas magnetomotrices con la finalidad de canalizar líneas de fuerza magnética.(Centro de Investigación y Transparencia Tecnológica,2018).
Esta estructura puede contener espacios de aires atravesados por líneas de fuerza, estos espacios se conocen como entrehierros.
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CIRCUITOS MAGNÉTICOS CON PÉRDIDAS EN EL HIERRO
Supongamos ahora que la bobina sigue teniendo una resistencia (R) pequeña, peo que las pérdidas en el hierro PFe ya no son despreciables.
- EJEMPLO :
CIRCUITO MAGNETICO CON RESISTENCIA, DISPERSIÓN Y PÉRDIDAS EN EL HIERRO
Consideremos ahora que la bobina el circuito magnético tiene una resistencia (R) apreciable y que , además del flujo útil, tiene un flujo de dispersión de tal manera que el flujo Total de la bobina es la suma de los dos anteriores.(Pozueta,2014).
EJEMPLO
CIRCUITO MAGNETICO SIN PERDIDAS EN EL HIERRO
Se muestra un circuito magnético homogéneo cuyo núcleo, construido con material de permeabilidad u es de sección S uniforme y su longitud media es L . El circuito magnético tiene una sola bobina de N espiras que presenta una resistencia eléctrica (R).(Pozueta,2014).
EJEMPLO:
PUNTO DE FUNCIONAMEINTO DE UN CIRCUITO MAGNÉTICO CON IMANES PERMANENTES
En las dos figuras
se muestra un circuito magnético sencillo con un imán (construido con material ferro magnéticos duro), material ferro magnético blando y un entrehierro el imán tiene una longitud L y la sección Sm y el entrehierro sus respectivas dimensiones.(Pozueta,2014).
EJEMPLO
CIRCUITO MAGNÉTICO CON UNA PARTE FIJA Y OTRA MÓVIL:
Es evidente que en el circuito magnético que se ve a continuación se observa que sobre la pared móvil aparece una fuerza horizontal f que tiene a reducir el valor de la distancia (x) y que provoca una par M que tiende a reducir el ángulo.(Pozueta,2014).
Para calcular f y M se puede utilizar el principio de los trabajos virtuales. Supóngase que la fuerza f provocara un movimiento diferencial en la dirección de x (o lo que es equivalente, un giro diferencial según el ángulo).
EJEMPLO
CARGAS ELECTRICAS EN CIRCUITOS MAGNETICOS
La Carga Eléctrica es aquella propiedad de determinadas partículas subatómicas que se produce cuando se relacionan unas con otras.
Existen 2 tipos de cargas eléctricas, cargas positivas y las cargas negativas, seegún la ley de Coulomb. (Arroyo,2019).
- (Protón) + cargas positiva ; - (Electrón) (-) carga negativa y Neutrón : Ninguna Carga.
LINEAS DE FUERZA O DE INDUCCIÓN MAGNETICA
Como todo campo de fuerzas el campo magnético se representa gráficamente mediante las líneas de fuerzas llamadas (líneas de inducción magnética) que son en cada punto tangentes a B y tienen una orientación de tal modo que nos da en cada punto la dirección y el sentido de B.(Universidad Nacional del Rosario, 2018).
LINEAS DE INDUCCIÓN DE UN IMAN RECTO
Son líneas cerradas, se cierran por dentro del imán.
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- CAMPO MAGNETICO CREADO POR UN ELEMENTO DE CORRIENTE EN UN CONDUCTOR
El campo magnético creado en un punto cualesquiera por la corriente de un conductor es la resultante (suma vectorial) de los campos creados por todas las cargas móviles del conductor. (Universidad Nacional del Rosario, 2018).
CAMPO MAGNETICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA A TRAVES DE UN CONDUCTOR RECTILINEO "INDEFINIDO"
LEY DE AMPERE
Establece que la circulación del campo magnético creado por un conductor a lo largo de curva cerrada que lo rodea es proporcional a la corriente que circula por dicho conductor.(Universidad Nacional del Rosario,2018).
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Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización se deben a la saturación magnética en el núcleo del transformador.
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN
La corriente de magnetización ( im) que es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador.
La corriente de magnetización en el transformador no es sinusoidal.
DENSIDADES DE CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN
Se puede demostrar que las densidades de corriente volumétrica (J) y superficial (K) son:
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Si m es el momento dipolar magnético inducido por átomo o molécula y n el numero de átomos o moléculas por unidad de volumen, la magnetización es: M = nm .(Universidad de Alicante,2021).
La corriente de magnetización efectiva por unidad de longitud Imag, sobre la superficie d un trozo de material magnetizado es igual a la componente del vector magnetización M, paralela al plano tangente a la superficie.(Universidad de Alicante,2021).
VECTOR DE MAGNETIZACIÓN
La magnetización M de un material es una magnitud vectorial por unidad definida como el momento dipolar magnético del material por unidad de volumen.(Universidad de Alicante,2021).
SUSCEPTIBILIDAD MAGNÉTICA
Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los mementos magnéticos de electrones individuales.(Instituto de Investigaciones en Materiales-UNAM,2020).
- Mide la respuesta de los electrones a un campo magnético
Los electrones producen momentos magnéticos
Momento magnético neto:
suma de los elementos e todos los electrones
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CICLO DE HISTERESIS: FERRIMAGNETISMO
En el origen de esta gráfica se encuentra un material completamente desmagnetizado y por lo tanto los espines de los electrones se encuentran ordenados aleatoriamente.(Universidad Politécnica Nacional).
A disminuir gradualmente el campo, los espines comienzan a desordenarse de nuevo, y al aumentar la intensidad del campo inverso se puede llegar hasta el valor de saturación a campo negativo
EJEMPLO
El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a la energía disipada en forma de calor en el proceso irreversible de imantación y desimantación.
CICLO SIN HISTERESIS SUPERPARAMAGNETICO
Los materiales que presentan el fenómeno del super paramagnetismo generan una curva de magnetización sin histéresis como se muestra en la figura.(Universidad Politécnica Nacional).
En los materiales super paramagnéticos de saturación se alcanza a intensidades de campo moderado mientras que en los materiales paramagnéticos ésta se alcanza a intensidades de campo muy elevado.(Universidad Politécnica Nacional)
- EJEMPLOS
- Comportamientos electromagnéticos
Comportamientos elásticos
CICLO DE HISTERESIS.
Cuando a un material ferromagnético se le aplica un campo magnético creciente Bap su imantación crece desde O la saturación Ms, ya que todos los dominios magnéticos están alineados. (Universidad Politécnica Nacional,2021).
CARACTERISTICAS DEL CAMPO MAGNETICO
- Es una cantidad vectorial , es decir , tiene dirección y sentido.
- La fuerza magnética F no tiene la misma dirección que el campo magnético B, sino que es perpendicular.
Es un espacio tridimensional.
La intensidad del campo magnético es proporcional a la densidad de las líneas de campo.
- EJEMPLOS :
- Transformador Eléctrico.
- Motor Eléctrico .
- Generar Eléctrico.
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- AUTOR
- CHUQUITARCO LAGLA OSCAR VINICIO
- CARRERA
- INGENIERIA EN ELECTRICIDAD
- TEMA
- MAPA MENTAL SOBRE MATERIALES MAGNÉTICOS
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