El fenómeno de retraso de la densidad de flujo B respecto a la fuerza magnetizante H en un material magnético se conoce como Histéresis Magnética. La palabra Histéresis se deriva de la palabra griega Hysterein que significa ir por detrás.
En otras palabras, cuando el material magnético se magnetiza primero en una dirección y luego en la otra, completando un ciclo de magnetización, se encuentra que la densidad de flujo B va por detrás de la fuerza de magnetización aplicada H.
Hay varios tipos de materiales magnéticos como los paramagnéticos, diamagnéticos, ferromagnéticos, ferromagnéticos y antiferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos son los principales responsables de la generación del bucle de histéresis.
Cuando no se aplica el campo magnético el material ferromagnético se comporta como un material paramagnético. Esto significa que en la etapa inicial los dipolos del material ferromagnético no están alineados, se colocan aleatoriamente.
En cuanto se aplica el campo magnético al material ferromagnético, sus momentos dipolares se alinean en una dirección concreta, como se muestra en la figura anterior, dando lugar a un campo magnético mucho más intenso.
Contenido:
- Magnetismo residual
- Fuerza coercitiva
- Material magnético blando
- Material magnético duro
- Aplicaciones de la histéresis magnética
Para comprender el fenómeno de la histéresis magnética, considere un anillo de material magnético enrollado uniformemente con solenoide. El solenoide está conectado a una fuente de corriente continua a través de un interruptor reversible de doble polo (D.P.D.T) como se muestra en la figura siguiente:
Inicialmente, el interruptor está en la posición 1. Al disminuir el valor de R el valor de la corriente en el solenoide aumenta gradualmente dando lugar a un aumento gradual de la intensidad de campo H, la densidad de flujo también aumenta hasta alcanzar el punto de saturación a y la curva obtenida es ‘oa’. La saturación se produce cuando al aumentar la corriente, el momento dipolar o las moléculas del material del imán se alinean en una dirección.
Ahora disminuyendo la corriente en el solenoide a cero la fuerza magnetizante se reduce gradualmente a cero. Pero el valor de la densidad de flujo no será cero ya que todavía tiene el valor ‘ob’ cuando H=0, por lo que la curva obtenida es ‘ab’ como se muestra en la figura siguiente. Este valor ‘ob’ de la densidad de flujo es debido al magnetismo residual.
Magnetismo residual
El valor de la densidad de flujo ob retenido por el material magnético se denomina magnetismo residual, y el poder de retención del mismo se conoce como Retentividad del material.
Ahora para desmagnetizar el anillo magnético, se cambia la posición del interruptor reversible D.P.D.T a la posición 2 y así, se invierte el sentido del flujo de la corriente en el solenoide dando lugar a la fuerza de magnetización inversa H.
Cuando se aumenta H en sentido inverso, la densidad de flujo empieza a disminuir y se hace cero (B=0) y la curva mostrada anteriormente sigue la trayectoria bc. El magnetismo residual del material se elimina aplicando la fuerza magnetizante conocida como fuerza coercitiva en la dirección opuesta.
Fuerza coercitiva
El valor de la fuerza magnetizante oc necesario para borrar el magnetismo residual ob se denomina fuerza coercitiva que se muestra en color rosa en la curva de histéresis mostrada anteriormente.
Ahora para completar el bucle de histéresis la fuerza magnetizante H se incrementa aún más en la dirección inversa hasta que alcanza el punto de saturación d pero en la dirección negativa, la curva traza el camino cd. El valor de H se reduce a cero H=0 y la curva obtiene la trayectoria de, donde oe es el magnetismo residual cuando la curva está en la dirección negativa.
La posición del interruptor se cambia de nuevo a 1 desde la posición 2 y la corriente en el solenoide se incrementa de nuevo como se hizo en el proceso de magnetización y debido a esto H se incrementa en la dirección positiva trazando la trayectoria como ‘efa’, y finalmente, el bucle de histéresis se completa. En la curva de nuevo ‘of’ es la fuerza de magnetización, también conocida como la fuerza coercitiva requerida para eliminar el magnetismo residual ‘oe’.
Aquí la fuerza coercitiva total requerida para eliminar el magnetismo residual en un ciclo completo se denota por ‘cf’. De la discusión anterior, está claro que la densidad de flujo B siempre va por detrás de la fuerza magnetizante H. Por lo tanto, el bucle ‘abcdefa’ se llama el bucle de histéresis magnética o curva de histéresis.
La histéresis magnética resulta en la disipación de energía desperdiciada en forma de calor. La energía desperdiciada es proporcional al área del bucle de histéresis magnética. Principalmente hay dos tipos de material magnético, material magnético blando, y material magnético duro.
Material magnético blando
El material magnético blando tiene un bucle de histéresis magnético estrecho como se muestra en la figura de abajo que tiene una pequeña cantidad de energía disipada. Se componen de materiales como el hierro, el acero al silicio, etc.
- Se utiliza en los dispositivos que requieren campos magnéticos alternos.
- Tiene una baja coercitividad.
- Baja magnetización
- Baja retentividad
Material magnético duro
El material magnético duro tiene un bucle de histéresis más amplio como se muestra en la figura siguiente y da lugar a una gran cantidad de disipación de energía y el proceso de desmagnetización es más difícil de conseguir.
- Tiene alta retentividad
- Alta coercitividad
- Alta saturación
Aplicaciones de la histéresis magnética
- El material magnético que tiene un bucle de histéresis más amplio se utiliza en dispositivos como la cinta magnética, disco duro, tarjetas de crédito, grabaciones de audio ya que su memoria no se borra fácilmente.
- Los materiales magnéticos que tienen un bucle de histéresis estrecho se utilizan como electroimanes, solenoides, transformadores y relés que requieren una disipación mínima de energía.