Tipos de Materiales y la Histéresis
Los materiales magnéticos
El magnetismo naturalmente contiene como un dipolo, es decir, dos centros de campo magnético que están separados a cierta distancia. El campo magnético, naturalmente se produce en materiales imantados (materiales principalmente metales como el hierro, el cobalto y el níquel; o bien, por consecuencias de fenómenos físico como el paso de la corriente eléctrica a lo largo de un conductor.
De acuerdo a la estructura física; existen dos tipos de materiales magnéticos: los blandos y los duros. Los primeros se utilizan en aplicaciones donde el material puede imantarse y desimantarse fácilmente; ejemplos de este tipo de material magnético son los núcleos de transformadores, para estatores, rotores de motores y generadores. Para el segundo (magnéticos duros), son utilizados en materiales que por el contrario no se requieren que se desimanten fácilmente; ejemplo de aplicaciones de este material son los altavoces, receptores telefónicos, motores síncronos sin escobillas y motores de arranque para automóviles.
Materiales Ferromagnéticos
Son elementos de transición donde su configuración atómica favorece la interacción entre dipolos magnéticos. Ejemplos, entre los ferromagnéticos encontramos a: compuestos de hierro y aleaciones con cobalto, tungsteno, niquel, aluminio, etc. Los materiales utilizados para el diseño y creación de núcleos en transformadores y máquinas eléctricas. Transformadores. Su uso maximiza el acoplamiento entre los devanados y disminuye la corriente de excitación que se requiere para excitar el transformador. Máquinas eléctricas. Su uso da forma a los campos magnéticos para maximizar las características de producción y funcionamiento en la potencia mecánica del par.
Materiales Diamagnéticos
Los materiales diamagnéticos son caracterizados por ser repelidos por los imanes, es decir, son lo opuesto a los ferromagnéticos. El fenómeno fue descubierto en 1845 por el físico y químico Michael Fadaray cuando observó que un trozo de bismuto era repelido por un imán sin importar el polo. El diamagnetismo ocurre en los materiales que presentan sistemas moleculares donde todos sus electrones se encuentran apareados y los sistemas atómicos o iónicos que contengan orbitales completamente llenos. Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el agua, el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y demás gases nobles; el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre, entre otros.
Materiales Paramagnéticos
Los materiales paramagnéticos son aquellos cuya suma de los momentos magnéticos permanentes de sus átomos o moléculas es nula. Es decir, tienen un comportamiento magnético nulo o casi nulo. Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el mismo sentido del campo magnético aplicado.
La Histéresis
Utilizando el ejemplo anterior, cuando empleamos núcleos de material ferromagnético obtenemos una curva como la siguiente.
A partir del punto de saturación, si en caso contrario, reducimos la excitación magnética uno creería que el comportamiento sería conforme a la curva ya planteada pero no es el caso, sino que crea una nueva curva hasta llegar al punto b.
El punto b significa que no hay corriente pero hay inducción magnética; ese remanente es llamado remanente magnético, es decir, el material tiene todavía un campo magnético. Ahora si invertimos la corriente, es decir, una excitación magnética negativa invirtiendo la polaridad (las conexiones con la pila).
El comportamiento de dicha corriente nos lleva a c, donde la inducción remanente (campo magnético) es cero y la inducción magnética es negativa, a esta inducción magnética negativa se le llama excitación coercitiva. Dicha intensidad de campo coercitivo es utilizada en los imanes permanentes, es decir, el material ha sido imantado. Continuando con el aumento de intensidad magnética negativa (campo H) se llega a un punto d o punto máximo de saturación negativo.
Reduciendo dicha corriente llegamos al punto e, tenemos también una inducción remanente de sentido negativo, es decir, con polos invertidos.
Si volvemos aumentamos de nuevo la excitación magnética llegamos al punto f y continuamente al punto a, cerrando la curva de comportamiento del fenómeno llamado histéresis.
La histéresis significa inercia o retardo y depende totalmente de la composición del material ferromagnético. Inducción remanente y fuerza coercitiva alta, a estos materiales se le llaman duros. Ejemplos de estos encontramos los imanes permanentes o dispositivos de memoria. Inducción remanente y fuerza coercitiva pequeña, a estos materiales se le llaman blandos. Ejemplos de estos encontramos las máquinas eléctricas como motores y transformadores.