Materiales magnticos
DEPARTAMENTOSECCINSEMESTRE
ING. ELCTRICACAMPOS Y REDES ELECTRICAS VI
DOCENTE:ASIGNATURACDIGO
PROF. HERNAY ANGLICATECNOLOGA ELCTRICA311320
AUTORES: PROF. SANTELIZ, CSARVIGENCIA: 98-I
GUIA TEORICA SOBRE MATERIALES MAGNTICOS Materiales magnticos
Los materiales magnticos son aquellos que se comportan como un
imn bajo la accin de campos magnticos, pueden aplicar fuerzas para
atraer o repeler a cualquier otro material de naturaleza metlica y
tienen la capacidad de crear campos magnticos propios. Estas
fuerzas actan a distancia y sin la necesidad de que haya contacto
fsico. La regin donde se siente la fuerza se llama el campo del imn
o simplemente su campo magntico. Entonces, un campo magntico es un
campo de fuerza.
Las aplicaciones de los materiales magnticos son innumerables:
transformadores, electroimanes, motores elctricos, generadores,
micrfonos, altavoces, equipos electrnicos de comunicaciones,
equipos mdicos, memorias de ordenadores, sistemas de almacenamiento
de datos, circuitos lgicos, sensores, detectores.Naturaleza
magntica de los materiales Las propiedades magnticas macroscpicas
de los materiales son consecuencia de los momentos magnticos
asociados a los electrones individuales. En un tomo cada electrn
tiene momentos magnticos que se originan de dos fuentes distintas.
Cuando el electrn se mueve alrededor del ncleo, genera un campo
magntico muy pequeo debido a que es una carga en movimiento, por lo
tanto presenta un momento magntico a lo largo de su eje de rotacin,
simultneamente el electrn gira sobre s mismo alrededor de un eje,
el otro momento magntico se origina del espn del electrn, el cual
est dirigido a lo largo el eje de spin. Entonces un electrn en un
tomo se puede considerar como un pequeo imn que tiene momentos
magnticos tanto de orbitales como de spin. En cada tomo individual,
los momentos orbitales y de spin de algunos pares electrnicos se
cancelan unos con otros, por lo cual el momento magntico neto de un
tomo es la suma de los momentos magnticos de los electrones
constituyentes.
Clasificacin de los materiales magnticos: materiales blandos y
durosDe forma general, suele clasificarse a los materiales
magnticos de la forma siguiente: Materiales magnticos naturales
Estn formados por un oxido de hierro, generalmente tetraxido de
hierro o magnetita ( Fe3O4), sexquixidos ( Fe2O3), y oxido ferroso
( FeO), estos dos ltimos en menor proporcin, llamados xidos
magnticos o piedra imn y no tienen aplicaciones industriales
Materiales magnticos artificiales:
a) Temporales: aquellos en los cuales la propiedad magntica solo
existe mientras acta la causa exterior imanadora, pertenece a esta
grupo todos los formados por el hierro.
b) Permanentes: aquellos en los cuales se mantienen las
propiedades magneticas, aun despus de haber cesado la causa
inmanadora; pertenecen a esta a este grupo todos los formados por
el acero Materiales magnticamente blandos
Los materiales magnticamente blandos son aquellos materiales que
se magnetizan fcilmente con la aplicacin de un dbil campo magntico
externo. Por otra parte, cuando este campo es suprimido, estos
materiales se desmagnetizan con igual facilidad. Esto significa que
los materiales magnticamente blandos exhiben sus propiedades
magnticas solo cuando estn sujetos a campos magnticos externos. Por
otra parte, un buen material magntico blando debe de exhibir como
propiedades las siguientes:
a) Un bajo campo o fuerza coercitiva (campo o fuerza necesario
para anular el valor de la emanacin),b) Una excelente permeabilidad
magntica alta (capacidad para captar lneas magnticas) y a la vez,
mantener una alta magnetizacin de saturacin. c) Las curvas de
histresis son estrechas, lo que adems garantiza bajas perdidas
(Baja energa de histresis Wh.).
d) Alta induccin de saturacine) Alta temperatura de Curie, de
forma que se garantice el comportamiento ferromagntico en un amplio
campo de temperaturas de trabajo.f) Propiedades mecnicas adecuadas:
resistencia mecnica, tenacidad, ductilidad en fro para poder
conformarse en chapas por laminacin.g) Bajocoste y disponibilidaden
el mercado. Aplicaciones de los materiales magnticamente
blandos
Las caractersticas de fcil imantacin y desimanacin permiten su
utilizacin para construir circuitos magnticos en aplicaciones con
corriente alterna: transformadores, generadores, motores, etc. y
tambin en otras aplicaciones donde el material debe desmagnetizarse
con facilidad, como rels, electroimanes, accionamiento de
servovlvulas, etc Los materiales magnticos blandos ms comunes son
las aleaciones de hierro con 3-4 % de Si. Se utilizan en los ncleos
de los transformadores, motores, generadores, conmutadores
magnticos y sensores magnticos. Son materiales magnticos blandos y
tienen comparativamente altas resistividades. La resistividad ()
del Fe aumenta de 1x10-7 m hasta 9x10-7 m para Fe-6%Si. Tambin son
utilizadas las aleaciones Fe-Ni, con nombres comerciales como
Permalloy y Supermalloy. Se utilizan cada vez ms los metales
amorfos como el vidrios metlicos que son muy fcilmente magnetizados
y presentan muy pocas prdidas, aunque son ms caros, se necesitan
velocidades de enfriamiento del orden de 106K/s. El Metglas reduce
las prdidas cuatro rdenes de magnitud respecto a las aleaciones
comunes Fe-Si. Otro vidrio metlico relacionado que se usa en el
ncleo de los transformadores es Fe81B13.5Si3.5C2 debido a que es
ferromagntico, presenta bajas prdidas y se puede procesar en
hilos.
Materiales magnticamente duros
Una definicin simple de material magntico duro es aquel, queuna
vez magnetizado, se comporta como un imn permanente.Un imn
permanente, por consiguiente, se encuentra en un estado de energa
relativamente alto, comparado con un imn que no est imanado. Los
materiales magnticos duros son difciles de desimanar, una vez
imanados debido bsicamente a sus altas constantes de anisotropa
cristalina y a defectos que imposibilitan el movimiento de las
paredes de dominio. Un material magnticamente duro es aquel que es
difcil de imanar y que permanece imantado despus de eliminar el
campo magntico. Los materiales magnticamente duros o permanentes se
caracterizan por:
a) Un alto campo coercitivo, y una alta induccin magntica
remanente.
b) Los ciclos de histresis de los materiales magnticamente duros
son anchos y altos. c) Estos materiales se imanan en presencia de
un campo magntico lo suficientemente intenso como para orientar sus
dominios magnticos en la direccin del campo aplicado. d) Los
materiales magnticamente duros son difciles de desimanar una vez
han sido imanados. La dureza magntica puede estar originada por
diferentes causas. En primer lugar, por imperfecciones de la red
cristalina, precipitados de impurezas o tensiones internas
inducidas mediante tratamientos trmicos convenientes, en segundo
lugar, debido a un a fuerte anisotropa magntica, bien sea de origen
magnetocristalino (hexaferritas, aleaciones de tierras raras-metal
de transmisin-metaloide como por ejemplo del tipo Nd-Fe-B) o bien
anisotropa de forma obtenida cuando el material esta constituido
microestructuralmente por granos muy alargados ( lnicos y ferritas)
Aplicaciones de los materiales magnticamente duros
Los materiales duros se utilizan en un gran nmero de
aplicaciones como motores de alta potencia (Sm-Co, Nd-Fe-B),
generadores y magnetos (lnicos y ferritas); altavoces y telfonos,
grabacin magntica (oxido de Fe y Cr), rodamientos magnticos
(lnicos), acopladores magnticos (lnico y aleaciones de TR-MT-M) y
en general en todos aquellos dispositivos en los que es necesaria
la aplicacin de un campo magntico relativamente intenso. Materiales
Diamagnticos El diamagnetismo fue descubierto por Michael Faraday
en 1846. Los Materiales diamagnticos no manifiestan una fuerte
interaccin magntica, por lo que no aparecen magnticamente
ordenados. Esto se debe a la respuesta desorganizada de los
momentos orbitales atmicos, a la aplicacin de cualquier campo
magntico exterior. En muchas sustancias, el diamagnetismo se
encuentra enmascarado, y aquellas en que se manifiesta con
claridad, estn compuestas por tomos cuyo momento magntico neto es
cero (debido a que los orbitales se encuentran llenos y no existen
electrones desapareados). Estos materiales expuestos a un campo
magntico externo, se produce una magnetizacin inducida interior del
material, de signo opuesto al del campo exterior, y determina
valores negativos de susceptibilidad. Otra propiedad caracterstica
de los medios diamagnticos es que su susceptibilidad es
independiente de la temperatura. Algunas sustancias diamagnticas
conocidas son el cuarzo (SiO2), la calcita (CaCO3) y el bismuto
(Bi). Grafito Cobre (Cu) Plata (Ag) Oro (Au) Plomo (Pb) Cinc (Zn)
Cadmio (Cd) Mercurio (Hg) Antimonio (Sb) Estao (Sn) Geranio (Ge)
Arsnico (As). Materiales Paramagnticos Los materiales paramagnticos
son aquellos cuya suma neta de los momentos magnticos permanentes
de sus tomos o molculas es nula. Estos materiales tienen un
comportamiento magntico muy dbil. Si se aplica un campo magntico
exterior lo suficientemente elevado, los momentos magnticos de los
materiales paramagnticos se tienden a ordenar de forma paralela al
mismo. Por tanto, los dipolos se orientan en la misma direccin y
sentido que el campo aplicado, por lo que la susceptibilidad
magntica, aunque dbil, es positiva, y la permeabilidad relativa es
ligeramente mayor que la unidad. Otra caracterstica que los
diferencia de losmateriales ferromagnticoses el hecho de que cuando
se elimina el campo externo aplicado el efecto del paramagnetismo
desaparece. La suma del campo externo y el campo originado por la
orientacin de los momentos magnticos de los tomos del material hace
que se origine un campo magntico resultante sea B
Las caractersticas esenciales del paramagnetismo son: a) Los
materiales paramagnticos se magnetizan dbilmente en el mismo
sentido que el campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una
fuerza de atraccin sobre el cuerpo respecto delcampo aplicado.
b) La susceptibilidad magntica es positiva y pequea y la
permeabilidad relativa es entonces ligeramente mayor que 1.c) A
temperatura ambiente, y en ausencia de campo, no son magnticos.
Esto provoca que solo una pequea fraccin de los dipolos que
componen el material se oriente con el campo magntico, y dicha
fraccin ser proporcional a la fuerza de dicho campo, esto es, la
magnetizacin del material es directamente proporcional a la
intensidad de campo magnticod) Cuando se elimina el campo externo
aplicado el efecto del paramagnetismo desaparece Materiales
ferromagnticos Los materiales ferromagnticos, compuestos de hierro
y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros
metales, son los materiales magnticos ms comunes y se utilizan para
el diseo y constitucin de ncleos de los transformadores y maquinas
elctricas. En un transformador se usan para maximizar el
acoplamiento entre los devanados, as como para disminuir la
corriente de excitacin necesaria para la operacin del
transformador. En las maquinas elctricas se usan los materiales
ferromagnticos para dar forma a los campos, de modo que se logren
hacer mximas las caractersticas de produccin de par. Propiedades de
los materiales ferromagnticos.a) Aparece una gran induccin magntica
al aplicarle un campo magntico.
b) Permiten concentrar con facilidad lneas de campo magntico,
acumulando densidad de flujo magntico elevado.
c) Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los
campos magnticos en trayectorias bien definidas.
d) Permite que las maquinas elctricas tengan volmenes razonables
y costos menos excesivos. Caractersticas de los materiales
ferromagnticos. Los materiales ferromagnticos se caracterizan por
uno o varios de los siguientes atributos:
a) Pueden imanarse mucho ms fcilmente que los dems materiales.
Esta caracterstica viene indicada por una gran permeabilidad
relativa m /m r.
b) Tienen una induccin magntica intrnseca mxima muy elevada.
c) Se imanan con una facilidad muy diferente segn sea el valor
del campo magntico. Este atributo lleva una relacin no lineal entre
los mdulos de induccin magntica (B) y campo magntico.
d) Un aumento del campo magntico les origina una variacin de
flujo diferente de la variacin que originara una disminucin igual
de campo magntico. Este atributo indica que las relaciones que
expresan la induccin magntica y la permeabilidad (m ) como
funciones del campo magntico, no son lineales ni uniformes.
e) Conservan la imanacin cuando se suprime el campo.
f) Tienden a oponerse a la inversin del sentido de la imanacin
una vez imanados.
Ferrimagnetismo
El ferrimagnetismo es un fenmeno fsico en el que se produce
ordenamiento magntico de todos los momentos magnticos de modo que
no todos los momentos magnticos de una muestra estn alineados en la
misma direccin y sentido. Algunos de ellos estn opuestos y se
anulan entre s. Sin embargo estos momentos magnticos no consiguen
anular por completo la magnetizacin. Esto se debe a que algunos
materiales cermicos poseen tomos o iones con momentos magnticos
diferentes y cuando estos momentos magnticos se alinean de forma
antiparalela, se produce un momento magntico neto en una direccin.
Este tipo de materiales se llaman ferritas. Estas ferritas tienen
baja conductibilidad y son tiles para muchas aplicaciones elctricas
y magnticas tales como transformadores de alta frecuencia. Las
magnetizaciones de saturacin de los materiales ferrimagnticos no
son tan altas como las de los ferromagnticos. Por encima de la
temperatura de Curie se pierde el ferrimagnetismo y el material
pasa a ser paramagntico. La magnetita es un material ferrimagntico
de las llamadas "ferritas" u "xidos ferrimagnticos"
Materialesantiferromagnticos En los materialesantiferromagnticoslos
momentos magnticos de los tomos vecinos son de la misma magnitud,
pero antiparalelos. Cada una de estas subredes recuerda un estado
de un cuerpo ferromagntico. Las dos subredes ordenadas orientadas
en sentido opuesto entre s se anulan mutuamente resultando en un
momento magntico total igual a cero. La susceptibilidad magntica de
un material antiferromagntico es relativamente baja a temperaturas
debajo del punto de Curie, sube con la temperatura acercndose a la
temperatura de Curie caracterstica para el material en cuestin,
alcanza su mximo a la temperatura de Curie y encima de la
temperatura de Curie su susceptibilidad decrece. A los materiales
antiferromagnticos pertenecen entre otros la hematita (Fe2O3,
TCurie= 675C), los xidos de manganeso, de hierro, de cobalto y de
nquel. Dominios magnticos En un material ferromagntico existe un
gran nmero de regiones en las cuales los dipolos se encuentran
alineados, pero la direccin de alineacin es diferente para cada
regin. Estas regiones se llaman dominios magnticos. Cuando los
dominios magnticos son orientados preferencialmente en una
direccin, mediante la aplicacin de un campo magntico externo, la
muestra adquiere una intensa magnetizacin. La magnetizacin persiste
una vez retirado el campo en materiales ferromagnticos duros, dando
lugar a imanes permanentes.
En el caso de los imanes naturales como la magnetita, se
entiende que estos dominios se fueron orientando segn el campo
magntico terrestre mientras la lava volcnica originaria se iba
solidificando. Los materiales ferromagnticos son los que presentan
dominios magnticos fciles de ordenar por accin de un campo externo
y en esto consiste la imantacin por induccin.Proceso de
magnetizacin. Curva de magnetizacin y procesos en los dominios
relacionados con ella Se analizan a continuacin los procesos en los
dominios as como la magnetizacin resultante en un espcimen
ferromagntico sometido a un campo exterior H. El campo aplicado
comienza desde un valor cero hasta un valor Hm tal que lleva al
espcimen a la saturacin tcnica. Los mecanismos que se producen en
el proceso de magnetizacin se pueden agrupar en varias zonas o
rangos [Chikazumi, 1964], tal y como se muestra en la figura 1.
Estado desmagnetizado
2. Rango de permeabilidad inicial
3. Rango de magnetizacin irreversible
4. Rango de magnetizacin por rotacin coherente
5. Rango de saturacin tcnica o de aproximacin a la saturacin
Estado desmagnetizado
El material no ha sido previamente expuesto a un campo exterior,
se encuentra en su estado natural. En tal estado los dominios
presentan una orientacin aleatoria y por tanto una magnetizacin
resultante nula.Rango de permeabilidad inicial La magnetizacin
cambia reversiblemente. La magnetizacin en cada dominio rota
reversiblemente partiendo de las direcciones estables.
Simultneamente las paredes de los dominios se desplazan
reversiblemente desde sus posiciones estables en los ejes
cristalogrficos favorables hacia la direccin del campo. El proceso
de magnetizacin reversible de esta zona se produce por
desplazamientos as mismo reversibles de las paredes de los
dominios. Se produce un crecimiento de los dominios alineados
favorablemente con el campo siguiendo los criterios de minimizacin
energtica. Como quiera que el desplazamiento de las paredes est
determinado por la homogeneidad del material, la contribucin de
dichos desplazamientos a la permeabilidad inicial depende
enteramente del tipo de material estudiado.
Rango de magnetizacin irreversible
Si se incrementa el campo aplicado H por encima a los valores de
campo correspondientes al rango de permeabilidad inicial, la
magnetizacin experimentar un aumento drstico siguiendo un proceso
irreversible. La magnetizacin aumenta por desplazamientos
irreversibles de las paredes de una posicin estable a otra.
En materiales muy heterogneos, con gran cantidad de inclusiones
magnticas, la magnetizacin es irreversible. Esto es debido a los
desplazamientos irreversibles de las paredes y a la rotacin
irreversible de la magnetizacin de los momentos. Los dominios rotan
de su direccin original a una de las direcciones de los ejes
cristalogrficos favorables que estn cercanos a la direccin del
campo aplicado.
En este rango se producen los saltos de Barkhausen, de los
cuales hablaremos ms adelante.
Los saltos de Barkhausen son pequeos cambios discontinuos en la
magnetizacin, inducidos por el desplazamiento irreversible de las
paredes y por la rotacin irreversible de la magnetizacin local de
los dominios. Tambin se produce el efecto magneto-trmico, que
consiste en la generacin de calor en el proceso de magnetizacin.
Parte del trabajo realizado por el campo en el proceso de
magnetizacin discontinua se disipa en calor. Est disipacin de calor
es la que se denomina prdidas por histresis.
Rango de magnetizacin por rotacin coherente Si el campo aplicado
sigue aumentado de valor, la curva de magnetizacin se vuelve menos
empinada y el proceso se torna reversible una vez ms. El
desplazamiento de los dominios ya se ha completado y la
magnetizacin se produce por rotacin coherente. Los dominios que
estaban orientados en los ejes cristalogrficos favorables ms
cercanos a la direccin del campo han ocupado todo el espcimen y
ahora rotan a la direccin del campo a medida que ste aumenta de
valor.
Rango de saturacin tcnica En esta zona la magnetizacin se
aproxima gradualmente a la saturacin. En la saturacin tcnica la
magnetizacin se incrementa gradualmente en proporcin al campo
magntico. Este efecto se produce por el perfecto alineamiento de
los espines con el campo. No obstante, el alineamiento de los
espines se ve afectado por la agitacin trmica, con lo que en la
prctica no se logra la saturacin total, de ah la denominacin de
saturacin tcnica. Generalmente este efecto es muy pequeo incluso
bajo campos considerablemente altos.
Histresis magntica La histresis significa retardo. En un ncleo
de hierro de un electroimn, el flujo va por detrs del aumento o
disminucin de la fuerza magnetizadora. La histresis ocurre como
resultado del hecho que los dipolos magnticos en el material no son
perfectamente elsticos y no vuelven a su posicin original cuando se
elimina la fuerza externa.Cuando la fuerza magnetizadora varia a
bajo ritmo, se puede considerar el efecto de histresis varia a bajo
ritmo, se puede considerar el efecto de histresis como
insignificante. Sin embargo, cuando ms rpido sea el cambio de la
fuerza desmagnetizadora, mayor ser el efecto de histresis y la
perdida de energa.El trabajo realizado por la fuerza magnetizante
contra la friccin interna, genera calor. La energa disipada en
calor, a medida que los dipolos moleculares siguen a la fuerza de
magnetizacin se llama prdidas por histresis.
Para el acero y otros materiales duros, las perdidas por
histresis son muy superiores a las de los materiales magnticos
blandos, como el hierro o las ferritas.
La curva mostrada en la figura hace referencia a bucle o ciclo
de histresis de una sustancia, el cual expresa de manera grafica el
desfase entre campo de excitacin y el flujo de la pieza Una curva
de histresis ancha (materiales magnticos duros), fig B, nos indica
que el material es difcil de magnetizar, tendr alta reluctancia.
Bajo esta caracterstica de histresis materiales como el acero duro
tendr las siguientes caractersticas:1. Baja permeabilidad
2. Alta retentividad
3. Alta fuerza coercitiva
4. Alta reluctancia
5. Alta cantidad de magnetismo residual
Una curva de histresis delgada (materiales magnticos blandos),
fig A, mostrada en un material suave, como el hierro con bajo
contenido de carbono, muestra las siguientes caractersticas:1. Alta
permeabilidad
2. Baja retentividad
3. Baja fuerza coercitiva
4. Baja reluctancia
5. Baja cantidad de magnetismo residual
Los aceros con un alto contenido de carbono, y tratados
trmicamente a niveles altos de resistencia ( temple y revenido),
presentan valores mximos de retentividad, que se reduce cuando el
acero esta recocido ( bajo nivel de resistencia)
Los aceros muy suaves (contenido en carbono muy bajo, como los
hierros dulces) tienen retentividades casi nulasDescripcin de la
curva de histresis Primera etapa: La curva parte de cero cuando el
material no esta energizado, variando la intensidad de campo
magntico (H). La curva que representa el valor del campo en la
pieza (B), crece y toma la forma de la curva a trozos (Fig, a),
hasta alcanzar el punto Ha llamado saturacin (A).Segunda etapa:
ahora se empieza a reducir el valor de intensidad de campo magntica
H, y se observa, fig b, que el valor B no sigue la curva de
magnetizacin, sino otra como la del trazo lleno, de tal manera que
cuando H vuelve a cero, el flujo en la pieza es distinto de cero (
punto B). la distancia O-B se llama magnetismo residual. La
capacidad de un material ferromagntico para cierta cantidad de
magnetismo residual, se llama retentividad. Tercera etapa: para
anular el magnetismo residual, obliga a aplicar un campo H de
direccin contraria al anterior, fig c, que crea una fuerza llamada
fuerza coercitiva y es la intensidad del campo inverso necesario
para eliminar el magnetismo residual de un material.Cuarta etapa:
Si aumentamos el valor de H en la direccin opuesta a la inicial, se
alcanza la saturacin en D, fig d, de la misma intensidad que en A
pero de sentido opuesto. La pieza ha sido magnetizada en direccin
inversa. Si se reduce el valor de H hasta cero, la curva vuelve a
alcanzar el punto E homologo al punto B, para la anulacin habra que
aplicar una fuerza coercitiva representada por ( O-F). si seguimos
incrementando H, cerramos y completamos la curva A.
Una forma de desmagnetizar totalmente un material ferromagntico
sera por medio de la activacin trmica: hacer que su temperatura
alcance laTemperatura de CurieTC.
Temperatura de CurieTC.: temperatura por encima de la cual un
cuerpoferromagnticopierde sumagnetismo, comportndose como un
material puramenteparamagntico.Lo que se hace para desordenar los
dominios a temperatura ambiente, est basado en: Cuando se aplica un
campo magntico, el material magntico se magnetiza todo lo que la
energa suministrada por el campo le permita. Si el campo se retira
sbitamente, el material queda con una magnetizacinun poco menor. Si
se aplica un campo opuesto, no se anula la magnetizacin, sino que
el material se magnetiza con la misma intensidad, pero en sentido
opuesto. Esto significa que la forma de eliminar la magnetizacin
residual consiste en seguir etapas de menor magnetizacin en forma
sucesiva, alternada y decreciente, para que el material
progresivamente vaya quedando con menor remanencia en cada ciclo.
Especficamente, lo que hace eldes magnetizadoes someter al material
aciclos de histresis sucesivos, mediante un campo alterno (AC)
decrecientedonde cada ciclo tiene menor amplitud que el anterior,
de modo que la estructura de dominios vaya desordenndose
gradualmente, hacia una configuracin -en promedio- casi sin
remanencia.Perdidas por histresis Las prdidas se deben a dos
causas: a) la tendencia del material a conservar su imanacin o
aponerse a una imanacin que ocasiona las llamadas perdidas por
histresis b) el calentamiento por efecto joule que aparece en el
material a consecuencia de las corrientes de Foucault que se
inducen en el al ser variable el flujo con el tiempo, esto
constituye las perdidas por corrientes Foucault.Las prdidas por
histresis representan una prdida de energa que se manifiesta
enforma de caloren los ncleos magnticos. El calor as generadoreduce
el rendimientode los dispositivos con circuitos magnticos como
transformadores, motores y/ogeneradores.
La histresis es el fenmeno de inercia por el cual un material
ofrece resistencia a un cambio, ya que tiene tendencia a conservar
sus propiedades. Esta resistencia se manifiesta haciendo que el
proceso de variacin sea distinto en un sentido contrario.
Despus de someter a una sustancia ferromagntica a la accin de un
campo magntico, cuando este desaparece la sustancia manifiesta
todava un cierto nivel deinduccin magntica, que llamamosmagnetismo
remanente.
La prdida de potencia es directamente proporcionalal rea de la
curva de histresis.
Corrientes de Foucault:Seproduce cuando un conductor atraviesa
uncampo magnticovariable, o viceversa. El movimiento relativo causa
una circulacin deelectrones, o corriente inducida dentro del
conductor. Estas corrientes circulares de Foucault
creanelectroimanesconcampos magnticosque se oponen al efecto
delcampo magnticoaplicado Cuanto ms fuerte sea elcampo
magnticoaplicado, o mayor laconductividaddel conductor, o mayor la
velocidad relativa de movimiento, mayores sern las corrientes de
Foucault y los campos opositores generados. Las prdidas por
histresis se deben a la tendencia de la caracterstica B-H del
material de recorrer un lazo cuando se aplica a dicho material un
campo magntico cclico. Las prdidas por histresis representan una
prdida de energa que se manifiesta en forma de calor en los ncleos
magnticos. Con el fin de reducir al mximo estas prdidas, los ncleos
se construyen de materiales magnticos de caractersticas especiales.
Temperatura de curie Se denominatemperatura de Curie(en
ocasionespunto de Curie) a la temperaturapor encima de la cual un
cuerpoferromagnticopierde su magnetismo, comportndose como un
material puramente paramagnetico, debido a que los efectos trmicos
de desorden son mayores que los efectos de alineamiento de la
interaccin magntica entre dominios. Una forma de desmagnetizar un
material ferromagntico es entonces calentarlo por encima de esta
temperatura.Materiales Y Temperaturas De CurieMaterialTemp. Curie
(K)
Fe1043
Co1388
Ni627
Gd292
Dy88
MnAs318
MnBi630
MnSb587
CrO2386
MnOFe2O3573
Fe3O4858
NiOFe23858
CuOFe2O3728
MgOFe23713
EuO69
Y3Fe5O12560
Se ve que estas temperaturas son en casos muy altas y cercanas a
las temperaturas de fusin del elemento, por lo que en la prctica la
desmagnetizacin por temperatura es en general un proceso
parcial.
Materiales ferromagnticos para transformadores: La aleacin
ferromagntica ms utilizada para el diseo de ncleos de
transformadores es la aleacin hierro-silicio, esta aleacin es la
producida en mayor cantidad y esta compuesta por hierro
esencialmente puro con 1-6% de silicio, dependiendo este porcentaje
del fin a que se destine el material. Dando a esta aleacin un
tratamiento trmico adecuado, se obtiene un material que comparado
con el hierro, tiene mejores propiedades magnticas para campos
magnticos dbiles, una resistividad mayor y sufren perdidas totales
menores en el ncleo. Esta aleacin se lamina en chapas y flejes,
principalmente de espesores comprendidos entre 0,35 y 0,635 mm
recocidos; en el lenguaje corriente se le conoce con el nombre de
acero al silicio o Chapa magntica.
Las chapas de mejor calidad presentan mayor contenido en
silicio, entre el 4 y el 5. El silicio eleva la dureza del
material, por lo que su porcentaje se determina segn el empleo al
que se designa la chapa. Para maquinas rotatorias el limite
superior es aproximadamente del 4%, teniendo en cuenta el peligro
de la fragilidad. Tambin se prefieren chapas de menor contenido de
silicio cuando las densidades de funcionamiento son elevadas o
cuando se desea una elevada conductividad calorfica. Las perdidas
en el ncleo y el coeficiente de envejecimiento aumentan al
disminuir el contenido de silicio.
La fabricacin de la chapa magntica ha llegado a estar
normalizada en considerable extensin por lo que los datos magnticos
publicados por diversos fabricantes no se diferencian, calidad por
calidad, excesivamente.
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