Imán

Las limaduras de hierro que han orientado en el campo magnético producido por un imán de barra

Las líneas de campo magnético de una solenoide que son similares a un imán de barra como se ilustra anteriormente con las limaduras de hierro

Un imán es un material o un objeto que produce una campo magnético. A baja tecnología medios para detectar un campo magnético es dispersar limaduras de hierro y observar su patrón, como en la figura adjunta. Un imán "duro" o "permanente" es uno que se queda magnetizado, tal como un imán se utiliza para mantener las notas en un puerta del refrigerador. Los imanes permanentes se producen de forma natural en algunas rocas , sobre todo magnetita, pero ahora se fabrican más comúnmente. Un imán "suave" o "no permanente" es aquel que pierde su memoria de magnetizaciones anteriores. Materiales "blandos" magnéticas que se utilizan a menudo en electroimanes para mejorar (a menudo cientos o miles de veces) el campo magnético de un cable que lleva una la corriente eléctrica y se envuelve alrededor del imán; el campo del imán "suave" aumenta con la corriente.

Dos medidas de propiedades magnéticas de un material son su momento magnético y su magnetización. Un material sin un momento magnético permanente puede, en presencia de campos magnéticos, se atrajo ( paramagnético), o repelidos ( diamagnético). Líquido de oxígeno es paramagnética; grafito es diamagnético. Paramagnetos tienden a intensificar el campo magnético en sus proximidades, mientras diamagnets tienden a debilitarla. Imanes "suaves", que son fuertemente atraídos por los campos magnéticos, pueden ser considerados como fuertemente paramagnético; superconductores , que son fuertemente repelidos por los campos magnéticos, pueden ser considerados como fuertemente diamagnético.

Antecedentes sobre la física del magnetismo y los imanes

Los efectos del magnetismo.

Campo magnético

El campo magnético (generalmente denotado B) es una campo de vector (es decir, un vector en cada punto del espacio), con una dirección y una magnitud que, en Unidades del SI es teslas. (B también puede depender del tiempo.) Su dirección se puede obtener de la orientación de una aguja de la brújula. Su magnitud (también llamada fuerza) es proporcional a la fuerza con la aguja de la brújula se orienta a lo largo de esa dirección.

Momento magnético

Momento magnético de un imán (también llamado momento dipolar magnético, y μ usualmente denotado) es un vector que caracteriza las propiedades magnéticas generales del imán. Para una barra magnética, la dirección de los puntos momento magnético desde el polo sur del imán a su polo norte, y la magnitud se relaciona con lo fuerte y lo lejos que estos polos son.

Un imán tanto produce su propio campo magnético y que responde a los campos magnéticos. La fuerza del campo magnético que produce es en cualquier punto proporcional a la magnitud de su momento magnético dado. Además, cuando el imán se coloca en un campo magnético "externo", producido por una fuente diferente, que está sujeta a una par que tiende a orientar el momento magnético paralelo al campo. La cantidad de este par es proporcional tanto al momento magnético y el campo "externo". Un imán también puede estar sujeta a una fuerza de accionamiento en una dirección o en otra, de acuerdo a las posiciones y orientaciones del imán y la fuente. Si el campo es uniforme en el espacio el imán está sujeto a ninguna fuerza neta, aunque está sujeto a un par de torsión.

Un alambre en la forma de un círculo con el área A y llevar corriente I es un imán, con un momento magnético de magnitud igual a IA.

Magnetización

La magnetización de un objeto es el valor local de su momento magnético por unidad de volumen, por lo general denota M, con unidades de A / m. Es un campo de vector, en lugar de sólo un vector (como el momento magnético), debido a las diferentes secciones de un imán de barra generalmente están magnetizados con diferentes direcciones y puntos fuertes (por ejemplo, debido a dominios, ver más abajo). Un buen imán de barra puede tener un momento magnético de magnitud 0,1 A · m² y un volumen de 1 cm³, o 0,000001 m³, y por lo tanto una magnitud media de magnetización es 100.000 A / m. El hierro puede tener una magnetización de cerca de un millón A / m.

Polos magnéticos

Aunque para muchos propósitos es conveniente pensar en un imán que tiene distinta polos magnéticos norte y sur, el concepto de polos no debe ser tomado literalmente: no es más que una forma de referirse a los dos extremos diferentes de un imán. El imán en sí puede ser homogénea; no hay "norte" distinto o partículas "sur" en lados opuestos, y no Monopolo magnético aún no se ha observado. Si un imán se rompe por la mitad, en un intento de separar los polos norte y sur, el resultado serán dos imanes de barra, cada uno de los cuales tiene tanto un polo norte y sur.

El enfoque polo magnético es utilizado por la mayoría de magneticians profesionales, de los que diseñan memoria magnética a los que diseñan los imanes de gran escala. Si se conoce la distribución de polo magnético, a continuación, fuera del imán el modelo de polo da exactamente el campo magnético. Simplemente se completa el campo del modelo poste con un término proporcional a la magnetización (véase Unidades y cálculos, a continuación) el campo magnético dentro del imán está dado exactamente. Este modelo de polo es también llamada la "Gilbert Modelo" de un dipolo magnético.

Otro modelo es el " Ampère Modelo ", donde todos magnetización es debido al efecto macroscópico de microscópico" corrientes consolidados ", también llamados" corrientes Amperianas ". Para un imán de barra magnetizada de manera uniforme en la forma de un cilindro, con polos distribuidos uniformemente en sus extremos, el efecto neto de las corrientes microscópicas unido es para hacer que el imán se comportan como si hay una hoja macroscópica de corriente que fluye alrededor del cilindro, con la dirección de flujo local normal al eje del cilindro. (Desde el raspado de la capa exterior de un imán no va a destruir sus propiedades magnéticas, hay sutilezas asociados con este modelo, así como con el polo modelo. Lo que pasa es que sólo de haber quitado un número relativamente pequeño de átomos, cuyas corrientes límite no contribuyen mucho al momento magnético neto.) A regla de la mano derecha debido a Ampère nos dice cómo fluyen las corrientes, por un momento magnético dado. Alinear el dedo pulgar de su mano derecha por el momento magnético, y con esa mano sujete el cilindro. Sus dedos luego apunte en la dirección del flujo de corriente. Como se señaló anteriormente, el campo magnético dado por el enfoque y el enfoque amperiana Gilbert son idénticos fuera de todos los imanes, y convertirse en idéntica dentro de todos los imanes después de la Gilbert "campo" se complementa. Por lo general es difícil encontrar las corrientes Amperianas en la superficie de un imán, mientras que a menudo es más fácil encontrar los polos eficaces para el mismo imán. Por un extremo (polo) de un imán permanente fuera un imán "suave", el cuadro polo del imán "suave" lo tiene responden con un poste de la imagen de signo opuesto al polo aplicada; también se pueden encontrar las corrientes Amperianas sobre la superficie del imán "suave".

Convenciones de nombres Pole

El polo norte del imán es el polo que (cuando el imán está libremente suspendida) apunta hacia el polo norte magnético (en el norte de Canadá). Desde polos opuestos (norte y sur) atraen mientras que los polos (norte y norte o sur y sur) repeler, presente norte geográfico de la Tierra es, pues, en realidad su sur magnético. Confundiendo aún más la situación, el campo magnético de la Tierra de vez en cuando invierte en sí.

Para evitar esta confusión, los términos positivos y polos negativos se utilizan a veces en lugar de norte y sur, respectivamente.

Como cuestión práctica, con el fin de decirle qué polo de un imán está al norte y al sur, que es, no es necesario utilizar el campo magnético de la tierra en absoluto. Por ejemplo, un método de calibración sería comparar a una electroimán, cuyos polos pueden ser identificados a través de la regla de la mano derecha.

Descripciones de comportamientos magnéticos

Hay muchas formas de comportamiento magnético, y todos los materiales exhiben al menos uno de ellos. Imanes varían tanto en la permanencia de su magnetización, y en la fuerza y la orientación del campo magnético que crean. En esta sección se describe, cualitativamente, los principales tipos de comportamiento magnético que los materiales pueden mostrar. La física subyacente de cada uno de estos comportamientos se describe en la siguiente sección, y también se pueden encontrar en más detalle en sus respectivos artículos.

• Lo más popular que se encuentra en los clips de papel, paramagnetismo se exhibe en sustancias que no producen campos por sí mismos, pero que, cuando se expone a un campo magnético, refuerzan ese campo por convertirse ellos mismos magnetizado, y por lo tanto son atraídos a ese campo. Un buen ejemplo de este comportamiento se puede encontrar en un cubo de uñas - si usted toma un solo clavo, usted puede esperar que otros clavos no seguirán. Sin embargo, se puede aplicar un intenso campo magnético de la cuchara, coger un clavo, y encontrar que muchos vendrán con él.

• Referido no científicamente como "no magnético, ' diamagnets realmente hacen exhibir un comportamiento magnético - sólo para muy pequeñas magnitudes. De hecho, los materiales diamagnéticos, cuando se expone a un campo magnético, se magnetizar (ligeramente) en la dirección opuesta, consiguiendo (ligeramente) repelidos desde el campo aplicado. Los superconductores son fuertemente diamagnético.

• Ferromagnético y materiales ferrimagnéticas son la percepción 'populares' de un imán. Estos materiales pueden conservar su propia magnetización; un ejemplo común es un imán de nevera tradicional. (La diferencia entre los materiales ferro y ferrimagnéticas está relacionada con su estructura microscópica, como se explica a continuación).

Física de comportamientos magnéticos

Visión de conjunto

Magnetismo, en su raíz, surge de dos fuentes:

• Las corrientes eléctricas, o más generalmente moviendo cargas eléctricas , crean campos magnéticos (ver ecuaciones de Maxwell ).
• Muchos partículas tienen distinto de cero "intrínseca" (o " spin ") momentos magnéticos. (Así como cada partícula, por su naturaleza, tiene una cierta masa y carga , cada uno tiene un cierto momento magnético, posiblemente cero.)

En los materiales magnéticos, las fuentes más importantes de magnetización son, más específicamente, los electrones de movimiento angular orbital 'alrededor de la núcleo, y el momento magnético intrínseco de los electrones (véase Electron momento dipolar magnético). Las otras fuentes potenciales de magnetismo son mucho menos importantes: Por ejemplo, el momentos magnéticos nucleares de la núcleos en el material es habitualmente miles de veces más pequeños que los momentos magnéticos de los electrones, por lo que son insignificantes en el contexto de la magnetización de los materiales. (Momentos magnéticos nucleares son importantes en otros contextos, en particular en Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y Imágenes por Resonancia Magnética (MRI)).

Por lo general, las innumerables electrones en un material están dispuestos de tal manera que sus momentos magnéticos (tanto orbitales e intrínsecos) se cancelan. Esto es debido, en cierta medida, a los electrones se combinan en pares con momentos magnéticos intrínsecos opuestos (como resultado de la Principio de exclusión de Pauli; ver Configuración electrónica), o la combinación en "llenos subcapas "con movimiento orbital neta cero, en ambos casos, la disposición de electrones es tan exactamente como para cancelar los momentos magnéticos de cada electrón Además, incluso cuando el. configuración electrónica es tal que hay electrones desapareados y / o subcapas no lleno, a menudo es el caso que los diversos electrones en el sólido contribuirán momentos magnéticos que apuntan en diferentes direcciones, al azar, de modo que el material no será magnético.

Sin embargo, a veces (ya sea espontáneamente, o debido a un campo magnético externo aplicado) cada uno de los momentos magnéticos de electrones será, en promedio, alineados. A continuación, el material se puede producir un campo magnético neto total, lo que potencialmente puede ser bastante fuerte.

El comportamiento magnético de un material depende de su estructura (en particular su configuración electrónica, por las razones mencionadas anteriormente), y también de la temperatura (a altas temperaturas, al azar movimiento térmico hace que sea más difícil para los electrones para mantener la alineación).

Física de paramagnetismo

En una paramagneto hay electrones no apareados, es decir, atómica o orbitales moleculares con exactamente un electrón en ellos. Mientras electrones apareados son requeridos por el Principio de exclusión de Pauli a tener su intrínseca ('giro') momentos magnéticos que apuntan en direcciones opuestas (de suma cero), un electrón no apareado está libre para alinear su momento magnético en cualquier dirección. Cuando se aplica un campo magnético externo, estos momentos magnéticos tenderán a alinearse en la misma dirección que el campo aplicado, por lo tanto reforzarla.

Física de diamagnetismo

En un diamagnético, no hay electrones desapareados, por lo que los momentos magnéticos de electrones intrínseca no pueden producir ningún efecto mayor. En estos casos, la magnetización surge de movimientos orbitales de los electrones, que pueden ser entendidos clásicamente como sigue:

Cuando un material es puesto en un campo magnético, los electrones que circundan el núcleo experimentarán, además de su Coulomb de atracción al núcleo, una Lorentz fuerza del campo magnético. Dependiendo de la dirección que el electrón está en órbita, esta fuerza puede aumentar la fuerza centrípeta sobre los electrones, tirando de ellos hacia el núcleo en, o puede disminuir la fuerza, tirando de ellos lejos del núcleo. Este efecto aumenta sistemáticamente los momentos magnéticos orbitales que fueron alineados frente al campo, y disminuye los alineado en paralelo al campo (de conformidad con La ley de Lenz). Esto se traduce en un pequeño momento magnético a granel, con una dirección opuesta al campo aplicado.

Tenga en cuenta que esta descripción se entiende sólo como un heurístico; una adecuada comprensión requiere un mecánico cuántico descripción.

Tenga en cuenta que todos los materiales, incluyendo paramagnetos, se someten a esta respuesta orbital. Sin embargo, en un paramagneto, esta respuesta es abrumado por la respuesta opuesta mucho más fuerte se ha descrito anteriormente (es decir, la alineación de los momentos magnéticos intrínsecos de los electrones).

Física de ferromagnetismo

Un material ferromagnético, como un paramagneto, tiene electrones no apareados. Sin embargo, además de momentos magnéticos intrínsecos de los electrones que quieren ser paralela a un campo aplicado, hay también en estas materias una tendencia a que estos momentos magnéticos a querer ser paralelos entre sí. Por lo tanto, incluso cuando se elimina el campo aplicado, los electrones en el material pueden mantener entre sí señaló continuamente en la misma dirección.

Cada ferromagneto tiene su propia temperatura individual, llamado el Temperatura de Curie, o punto de Curie, por encima del cual pierde sus propiedades ferromagnéticas. Esto es debido a la tendencia térmica para el trastorno abruma la energía para bajar debido a la orden ferromagnético.

Dominios magnéticos

Dominios magnéticos en material ferromagnético.

El momento magnético de los átomos en una material ferromagnético hacen que se comporte algo así como pequeños imanes permanentes. Ellos se unen y se alinean en pequeñas regiones de la alineación más o menos uniforme llamadas dominios magnéticos o Dominios de Weiss. Dominios magnéticos se pueden observar con Microscopio de fuerza magnética para revelar los límites de dominio magnético que se asemejan a las líneas blancas en el sketch.There muchos experimentos científicos que pueden mostrar físicamente campos magnéticos.

Efecto de un imán en los dominios.

Cuando un dominio contiene demasiadas moléculas, se vuelve inestable y se divide en dos dominios alineados en direcciones opuestas, de modo que se mantienen unidos de manera más estable como se muestra a la derecha.

Cuando se expone a un campo magnético, los límites de dominio se mueven de manera que los dominios alineados con el campo magnético crecen y dominan la estructura como se muestra a la izquierda. Cuando se elimina el campo de magnetización, los dominios no pueden volver a un estado no magnetizado. Esto resulta en la material ferromagnético ser magnetizado, formando un imán permanente.

Cuando magnetizado con suficiente fuerza que el dominio que prevalece desborda todos los otros para dar lugar a sólo un dominio único, el material está magnéticamente saturado. Cuando un material ferromagnético magnetizado se calienta a la Temperatura del punto de Curie, las moléculas se agitan hasta el punto de que los dominios magnéticos pierden la organización y las propiedades magnéticas que causan cese. Cuando se enfría el material, esta estructura de alineación de dominio devuelve espontáneamente, de una manera más o menos análoga a cómo un líquido puede congelar en un sólido cristalino.

Física de antiferromagnetismo

Ordenamiento antiferromagnético

En una antiferromagneto, a diferencia de un material ferromagnético, hay una tendencia a que los momentos magnéticos intrínsecos de la vecina electrones de valencia para apuntar en direcciones opuestas. Cuando todos los átomos están dispuestos en una sustancia de manera que cada vecino es 'anti-alineados', la sustancia es antiferromagnético. Antiferromagnéticos tienen un momento magnético neto cero, es decir, ningún campo es producido por ellos. Antiferromagnéticos son menos comunes en comparación con los otros tipos de comportamientos, y se observan sobre todo a bajas temperaturas. En diferentes temperaturas, antiferromagnéticos se pueden ver a exhibir propiedades diamagnéticos y ferrimagnéticas.

En algunos materiales, los electrones vecinos quieren señalar en direcciones opuestas, pero no hay ninguna disposición geométrica en la que cada par de vecinos es anti-alineados. Esto se llama una girar vidrio, y es un ejemplo de frustración geométrica.

Física de ferrimagnetismo

Ordenamiento ferrimagnético

Como ferromagnetismo, ferrimagnets retienen su magnetización en ausencia de un campo. Sin embargo, al igual que antiferromagnéticos, pares vecinos de electrón gira como a punto en direcciones opuestas. Estas dos propiedades no son contradictorias, debido al hecho de que en la disposición geométrica óptima, no hay momento más magnético de la subred de electrones que apuntan en una dirección, que de la subred que apunta en la dirección opuesta.

La sustancia magnética descubrió por primera vez, magnetita, se creía originalmente para ser un material ferromagnético; Louis Néel refutó esto, sin embargo, con el descubrimiento de ferrimagnetismo.

Otros tipos de magnetismo

Hay varios otros tipos de magnetismo, tales como y vidrio de espín (mencionado anteriormente), superparamagnetismo, superdiamagnetism, y metamagnetism.

Los usos más comunes de los imanes

Datos de registro discos duros en un fino recubrimiento magnético.

• Medios de grabación magnética: Común Cintas VHS contienen un carrete de cinta magnética. La información que compone el vídeo y el sonido se codifica en la capa magnética de la cinta. Común casetes de audio también se basan en cinta magnética. Del mismo modo, en las computadoras, disquetes y datos de registro discos duros en un fino recubrimiento magnético.

• Crédito, débito y ATM tarjetas: Todas estas tarjetas tienen una banda magnética en uno de sus lados. Esta tira contiene la información necesaria para ponerse en contacto con la institución financiera de un individuo y conectarse con su cuenta (s).

• Comunes televisores y monitores de ordenador: TV y pantallas de ordenador utilizando la tecnología de tubo de vacío emplear un electroimán para guiar a los electrones a la pantalla, con el fin de producir una imagen - ver el artículo sobre tubos de rayos catódicos. Las pantallas de plasma y LCDs utilizan diferentes tecnologías.

• Altavoces y Micrófonos: La mayoría de los altavoces emplean un imán permanente y una bobina conductora de corriente para convertir la energía eléctrica (la señal) en energía mecánica (movimiento que crea el sonido). La bobina se envuelve alrededor de una la bobina unida al altavoz cono, y lleva la señal como corriente cambiante que interactúa con el campo del imán permanente. La bobina de voz se siente una fuerza magnética y en respuesta mueve el cono y presuriza el aire vecino, generando así el sonido . Los micrófonos dinámicos emplean el mismo concepto, pero a la inversa. Un micrófono tiene un diafragma o membrana unida a una bobina de alambre. La bobina descansa dentro de un imán con forma especial. Cuando el sonido vibra la membrana, la bobina se hace vibrar también. A medida que la bobina se mueve a través del campo magnético, se genera una tensión en la bobina (véase Ley de Lenz). Esta tensión conduce corriente en el cable que es característica del sonido original.

Separador magnético mano de minerales pesados

• Motores eléctricos y generadores: Algunos motores eléctricos (tanto como altavoces) se basan en una combinación de un electroimán y un imán permanente, y al igual que los altavoces, que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Un generador es la inversa: se convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

• Transformers: Los transformadores son dispositivos que transfieren energía eléctrica entre dos bobinados que están aislados eléctricamente pero están vinculados magnéticamente.

• Mandriles: Mandriles se utilizan en el campo de la metalurgia para sostener objetos. Si estos objetos se pueden mantener de forma segura con un imán luego un Chuck permanente o electromagnética puede ser utilizado. Imanes también se utilizan en otros tipos de dispositivos de sujeción, tales como el base magnética, la pinza magnética y la imán del refrigerador.

• Una brújula (o el compás del marino) es un instrumento navegacional para encontrar direcciones en la tierra. Consiste en un puntero magnetizado libremente para alinearse exactamente con el campo magnético de la Tierra, que es de gran ayuda en la navegación. Los puntos cardinales son norte, sur, este y oeste. Una brújula puede ser utilizado en conjunción con un cronómetro marino y un sextante para proporcionar una capacidad de navegación muy precisa. Este dispositivo mejoró grandemente comercio marítimo haciendo el viaje más seguro y más eficiente. Una forma temprana de la brújula fue inventada en China en el siglo 11. Brújula del marinero familiarizado fue inventado en Europa en torno a 1300, al igual que más tarde la brújula líquido y la brújula giroscópica que no funciona con un campo magnético.

• Magic: Naturalmente magnética Magnetitas así como los imanes de hierro se utilizan en combinación con los granos finos de hierro (llamados "arena magnética") en la práctica de la Magia popular afroamericana llamada gafe. Las piedras son simbólicamente vinculadas a nombres de las personas y ritualmente rociados con arena magnética para revelar el campo magnético. Una piedra se puede utilizar para llevar las cosas deseadas a una persona; un par de piedras puede ser manipulado para traer a dos personas entre sí en el amor.

• Arte : 1 mm u hojas imán de vinilo más gruesos se pueden unir a las pinturas, fotografías y demás objetos de adorno, lo que les permite ser pegado a los frigoríficos y otras superficies metálicas.

• Ciencia Proyectos: Muchas de las preguntas de temas a menudo se basan en los imanes. Por ejemplo; cómo es la fuerza de un imán afectada por vidrio, plástico, cartón y?

Los imanes tienen muchos usos en los juguetes. M-tic utiliza varillas magnéticas conectados a esferas de metal para la construcción

• Juguetes : Debido a su capacidad para contrarrestar la fuerza de la gravedad a muy corta distancia, los imanes son a menudo empleados en los juguetes de los niños, tales como la Rueda Espacial imán para efecto divertido.

• Los imanes pueden ser utilizados para hacer la joyería. Collares y pulseras pueden tener un cierre magnético. Los collares y las pulseras se pueden hacer de pequeños pero fuertes, imanes cilíndricos y un poco más grandes bolas de hierro o de acero conectadas en un patrón que se repite hasta que esté lo suficientemente largo como para caber en la muñeca o el cuello. Estos accesorios pueden ser suficientes para venir accidentalmente aparte frágil, pero también pueden ser desmontado y vuelto a montar con un diseño diferente. Cuando se conecta como un collar o una pulsera, imanes pierden su atracción a otras piezas de acero de hierro, porque ya están apegados a sus propias bolas de hierro y acero.
• Los imanes pueden recoger objetos magnéticos (clavos de hierro, grapas, tachuelas, clips de papel) que son demasiado pequeños, demasiado difícil de alcanzar, o demasiado fino para los dedos para sujetar.

• Transporte de levitación magnética, o maglev, es una forma de transporte que suspende, guía y propulsa vehículos (especialmente los trenes) a través de la fuerza electromagnética. Este método puede ser más rápido que los sistemas de transporte masivo de ruedas, lo que podría llegar a velocidades comparables a turbohélice y aviones a reacción (900 km / h, 559 mph). La velocidad máxima registrada de un tren maglev es de 581 km / h (361 mph), logrado en Japón en 2003.

• Un uso recientemente desarrollado del magnetismo es conectar los cables de alimentación del ordenador portátil. Tal conexión de vez en cuando romper empujando accidentalmente contra el cable, pero la batería del equipo evita la interrupción del servicio, y la desconexión fácil protege el cable de sacudidas graves o pisarlos.

La magnetización y desmagnetización

Los materiales ferromagnéticos pueden ser magnetizados de las siguientes maneras:

• La colocación del artículo en un campo magnético externo se traducirá en el elemento que conserva algo del magnetismo en la eliminación. La vibración se ha demostrado que aumenta el efecto. Materiales ferrosos alineados con el campo magnético de la tierra y que están sujetos a la vibración (por ejemplo, marco de un transportador) se ha demostrado para adquirir el magnetismo residual significativa. Un campo magnético mucho más fuerte que el de la tierra se puede generar dentro de un solenoide mediante el paso de corriente continua a través de él.
• Stroking - Un imán existente se mueve desde un extremo del elemento a la otra repetidamente en la misma dirección.
• La colocación de una barra de acero en un campo magnético, a continuación, calentándolo a una temperatura alta y finalmente martilleo medida que se enfría. Esto se puede hacer mediante la fijación del imán en una dirección Norte-Sur en el campo magnético de la Tierra. En este caso, el imán no es muy fuerte, pero el efecto es permanente.

Los imanes permanentes se pueden desmagnetizarse de las siguientes maneras:

• Calefacción un imán más allá de su Punto de Curie va a destruir el orden de largo alcance.
• Póngase en contacto a través de acariciar un imán con otro de forma aleatoria se desmagnetizar el imán siendo acariciado, en algunos casos; algunos materiales tienen un campo coercitivo muy alta y no pueden desmagnetizarse con otros imanes permanentes.
• Martilleo o discordante destruirá el orden de largo alcance dentro del imán.
• Un imán se coloca en una solenoide que tiene una corriente alterna que se pasa a través de él tendrá su orden de largo alcance interrumpido, de la misma manera que la corriente directa puede causar el pedido.

En un electroimán que utiliza una núcleo de hierro dulce, cesando el flujo de corriente eliminará el campo magnético. Sin embargo, un ligero campo puede permanecer en el material del núcleo como resultado de histéresis.

Tipos de imanes permanentes

Una pila de imanes de ferrita

Elementos metálicos magnéticos

Muchos materiales tienen espines de los electrones no apareados, y la mayoría de estos materiales son paramagnético. Cuando los espines interactúan entre sí de tal manera que los giros se alinean de forma espontánea, los materiales se denominan ferromagnético (lo que a menudo vagamente denomina como "magnética"). Debido a la manera en que su regularidad cristalina estructura atómica hace que sus espines interactuar, algunos metales son (ferro) magnético cuando se encuentran en su estado natural, como minerales. Éstos incluyen mineral de hierro ( magnetita o magnetita), cobalto y níquel , así como la metales de tierras raras gadolinio y el disprosio (cuando a una temperatura muy baja). Tales naturales (Ferro), los imanes se usaron en los primeros experimentos con el magnetismo. Tecnología desde entonces ha ampliado la disponibilidad de los materiales magnéticos para incluir varios productos hechos por el hombre, todo se basa, sin embargo, en los elementos naturalmente magnéticas.

Composites

Cerámica o de ferrita

De cerámica, o de ferrita, los imanes están hechos de un sinterizado compuesto de óxido de hierro en polvo y bario / carbonato de estroncio cerámica. Debido al bajo coste de los materiales y métodos de fabricación, los imanes de bajo costo (o núcleos ferromagnéticos nonmagnetized, para su uso en de componentes electrónicos tales como antenas de radio, por ejemplo) de diversas formas pueden ser fácilmente producidos en masa. Los imanes resultantes se no corrosivo, pero frágil y debe ser tratado como otras cerámicas.

Alnico

Imanes Alnico son hechas por de fundición o sinterización de una combinación de aluminio , níquel y cobalto con hierro y pequeñas cantidades de otros elementos añadidos para mejorar las propiedades del imán. La sinterización ofrece características mecánicas superiores, mientras que la fundición ofrece campos magnéticos superior y permite el diseño de formas intrincadas. Imanes Alnico resistir la corrosión y tienen propiedades físicas más tolerante que la ferrita, pero no tan deseables como un metal.

Ticonal

Imanes Ticonal son una aleación de titanio, cobalto, níquel y aluminio, con hierro y pequeñas cantidades de otros elementos. Fue desarrollado por Philips para altavoces.

Moldeado por inyección

Moldeadas por inyección imanes son una compuesta de diversos tipos de resina y polvos magnéticos, lo que permite partes de formas complejas a ser fabricados mediante moldeo por inyección. Las propiedades físicas y magnéticas del producto dependen de las materias primas, pero son generalmente más bajos en la fuerza magnética y se asemejan a los plásticos en sus propiedades físicas.

Flexible

Imanes flexibles son similares a los imanes moldeados por inyección, utilizando una resina flexible o aglutinante tal como vinilo, y producido en tiras planas o láminas. Estos imanes son inferiores en fuerza magnética, pero pueden ser muy flexibles, dependiendo del aglutinante utilizado.

Imanes de tierras raras

'Tierras raras' ( lantánidos ) elementos han ocupado parcialmente una f capa de electrones (que puede acomodar hasta 14 electrones.) El giro de estos electrones se puede alinear, dando lugar a campos magnéticos muy fuertes, por lo que estos elementos se utilizan en compactos imanes de alta resistencia en su precio más alto no es una preocupación. Los tipos más comunes de los imanes de tierras raras son samario-cobalto y neodimio-hierro-boro (NIB) imanes.

Imanes de una sola molécula (SMM) y los imanes de una sola cadena (MEC)

En la década de 1990 se descubrió que ciertas moléculas que contienen iones metálicos paramagnéticos son capaces de almacenar un momento magnético a temperaturas muy bajas. Estos son muy diferentes de los imanes convencionales que almacenan información en un nivel "dominio" y teóricamente podría proporcionar un medio de almacenamiento mucho más densa que los imanes convencionales. En esta investigación dirección en monocapas de SMM se encuentra actualmente en curso. Muy brevemente, los dos atributos principales de un SMM son:

1. un valor de centrifugado estado fundamental grande (S), que es proporcionado por ferromagnético o ferrimagnético acoplamiento entre los centros metálicos paramagnéticos.
2. un valor negativo de la anisotropía de la división de campo cero (D)

La mayoría de SMM contienen manganeso, pero también pueden encontrarse con grupos de vanadio, hierro, níquel y cobalto. Más recientemente se ha encontrado que algunos sistemas de la cadena también pueden mostrar una magnetización que persiste durante largo tiempo a temperaturas relativamente altas. Estos sistemas han sido llamados imanes de cadena única.

Imanes nanoestructurados

Algunos materiales de exhibición de energía nanoestructurados ondas llamadas magnones que se unen en un estado un terreno común en la forma de un Condensado de Bose-Einstein.

Costos

La actuales más imanes permanentes, teniendo en cuenta las intensidades de campo, son imanes flexibles y de cerámica, sin embargo, estos también se encuentran entre los tipos más débiles. De los imanes potentes neodimio-hierro-boro (NIB) imanes. Estos imanes son más caros que la mayoría de otros materiales magnéticos por kg, pero debido a su intenso campo son más pequeños y más baratos en muchas aplicaciones.

Temperatura

Sensibilidad a la temperatura varía, pero cuando un imán se calienta a una temperatura conocida como la Punto de Curie, pierde la totalidad de su magnetismo, incluso después de enfriamiento por debajo de esa temperatura. Los imanes pueden a menudo ser remagnetised sin embargo. Además, algunos imanes son frágiles y pueden fracturarse a altas temperaturas.

Electroimanes

Un electroimán en su forma más simple, es un alambre que se ha enrollado en uno o más bucles, conocido como solenoide. Cuando la corriente eléctrica fluye a través del alambre, se genera un campo magnético. Se concentra cerca (y especialmente dentro) de la bobina, y sus líneas de campo son muy similares a los de un imán. La orientación de este imán efectiva se determina a través de la regla de la mano derecha. El momento magnético y el campo magnético del electroimán son proporcionales al número de bucles de alambre, a la sección transversal de cada bucle, y la corriente que pasa a través del alambre.

Si la bobina de alambre se enrolla alrededor de un material sin propiedades magnéticas especiales (por ejemplo, cartón), que tenderá a generar un campo muy débil. Sin embargo, si se envuelve alrededor de un "soft" material ferromagnético, tal como un clavo de hierro, entonces el campo neto producido puede resultar en un varios de cien a mil veces aumento de la intensidad de campo.

Usos de electroimanes incluyen aceleradores de partículas, motores eléctricos, grúas de chatarra y máquinas de imágenes de resonancia magnética. Algunas aplicaciones implican configuraciones más que un dipolo magnético simple, por ejemplo, imanes cuadrupolo se utilizan para enfocar los haces de partículas.

Unidades y cálculos en el magnetismo

¿Cómo escribimos las leyes del magnetismo depende del conjunto de unidades que empleamos. Para la mayoría de aplicaciones de ingeniería, MKS o SI (Sistema Internacional) es común. Otros dos conjuntos, de Gauss y CGS-emu, son los mismos para las propiedades magnéticas, y se usan comúnmente en la física.

En todas las unidades es conveniente emplear dos tipos de campo magnético,ByH, así como la magnetizaciónM, definido como el momento magnético por unidad de volumen.

1. El campo de inducción magnética B se da en unidades del SI de teslas (T). B es el campo magnético real, cuyo tiempo-variante produce, por la Ley de Faraday, que circula campos eléctricos (que las compañías eléctricas venden). B también produce una fuerza de deflexión en mover partículas cargadas (como en tubos de televisión). El tesla es equivalente a la del flujo magnético (en webers) por unidad de área (en metros al cuadrado), dando así B la unidad de una densidad de flujo. En la unidad CGS de B es el gauss (G). Una tesla es igual a 10 ⁴ G.
2. El campo magnético H se da en unidades del SI de amperios-vueltas por metro (A-turn / m). Las "vueltas" aparece porque cuando H es producido por un cable portador de corriente, su valor es proporcional al número de vueltas de ese cable. En la unidad CGS de H es la Oersted (Oe). Uno Un giro / m es igual a x 10 ^-3 Oe.
3. La magnetización M se da en unidades SI de amperios por metro (A / m). En CGS la unidad de M es el emú, o unidad electromagnética. Uno A / m es igual a 10 ^-3 emu. Un buen imán permanente puede tener una magnetización tan grande como un millón de amperios por metro. Los campos magnéticos producidos por los cables de corriente en libros requerirían comparativamente enormes corrientes por unidad de longitud, una de las razones que emplean imanes permanentes y electroimanes.
4. En unidades del SI, la relación B = μ ₀ ( H + M ) se mantiene, donde μ ₀ es la permeabilidad del espacio, que es igual a x 10 ^-7 metros tesla por amperio. En CGS se escribe como B = H + 4 πM . [El enfoque polo da μ ₀ H en unidades del SI. Una μ ₀ M término en el SI debe entonces complementar esta μ ₀ H para dar el campo correcto dentro de B imán. Se estará de acuerdo con el campo B calculado utilizando corrientes Amperianas.]

Los materiales que no son imanes permanentes generalmente satisfacen la relación M = χ H en SI, donde χ es la (adimensional) susceptibilidad magnética. La mayoría de los materiales no magnéticos tienen una relativamente pequeña χ (del orden de una millonésima), pero los imanes blandos pueden han χ del orden de cientos o miles. Para materiales que satisfacen M = χ H , también podemos escribir B = μ ₀ (1 + χ ) H = mu ₀ mu _r H = μ H , donde μ _r = 1 + χ es la (adimensional) y la permeabilidad relativa es la permeabilidad magnética. Ambos imanes duros y blandos tienen una más compleja, la historia-dependiente, la conducta descrita por lo que se denominan ciclos de histéresis, que dan ya sea B vs H o M vs H . En CGS M = χ H , pero χ _SI = 4 πχ _CGS , y .

Precaución: En parte porque no hay suficientes romano y símbolos griegos, no se acuerda nadie comúnmente al símbolo del grado polo magnético y el momento magnético. El símbolo m ha sido utilizado tanto para la fuerza polo (unidad = A · m, donde aquí el m vertical es para metros) y para el momento magnético (unidad = A · m²). El símbolo μ se ha utilizado en algunos textos de la permeabilidad magnética y en otros textos de momento magnético. Usaremos μ para la permeabilidad magnética y m de momento magnético. Para la fuerza polo emplearemos q _m . Para un imán de barra de sección transversal A con uniforme magnetización M a lo largo de su eje, la fuerza polo está dada por q _m = ' MA , de modo que M puede ser pensado como un polo fuerza por unidad de área.

Los campos de un imán

Lejos de un imán, el campo magnético creado por el imán que está casi siempre descrito (con una buena aproximación) por un campo de dipolo que se caracteriza por su momento magnético total. Esto es cierto independientemente de la forma del imán, en tanto que el momento magnético es distinto de cero. Una característica de un campo dipolar es que la fuerza del campo cae inversamente con el cubo de la distancia desde el centro del imán.

Más cerca del imán, el campo magnético se vuelve más complicado, y más dependiente de la forma detallada y la magnetización del imán. Formalmente, el campo se puede expresar como una expansión multipolar: Un campo de dipolo, además de un campo de cuadripolo, además de un campo octopolar, etc.

A corta distancia, muchos campos diferentes son posibles. Por ejemplo, durante un largo imán, bar flaco con su polo norte en un extremo y el polo sur en el otro, el campo magnético cerca de cada extremo se cae de forma inversa con el cuadrado de la distancia de ese polo.

Cálculo de la fuerza magnética

Cálculo de la fuerza de atracción o repulsión entre dos imanes es, en el caso general, una operación extremadamente compleja, ya que depende de la forma, la magnetización, la orientación y la separación de los imanes.

Fuerza entre dos polos magnéticos

La fuerza entre dos polos magnéticos está dada por:

donde

Fes la fuerza (unidad SI:newton)

q _m1yq _m2son los puntos fuertes de polos (unidad SI:amperio-metro)

μes lapermeabilidad del medio intermedio (unidad SI: tesla metro poramperio, henry por metro o newton por amperios al cuadrado)

res la separación (unidad SI: metro).

La descripción polo es útil para practicar magneticians que diseñan los imanes del mundo real, pero los imanes reales tienen una distribución de polos más complejo que un solo norte y el sur. Por lo tanto, la implementación de la idea de polo no es simple. En algunos casos, una de las fórmulas más complejas que figuran a continuación será más útil.

Fuerza entre dos superficies en las inmediaciones de la atracción de la zonaAy magnetizaciones iguales pero opuestasM

donde

Aes el área de cada superficie, en m²

Mes su magnetización, en A / m.

es la permeabilidad del espacio, que es igual ax 10^-7tesla-metros por ampere

Fuerza entre dos imanes de barra

La fuerza entre dos imanes de barra cilíndrica idénticos colocados de extremo a extremo está dado por:

donde

B₀es la densidad de flujo magnético muy cerca de cada polo, en T,

Aes el área de cada polo, en m²,

Les la longitud de cada imán, en m,

Res el radio de cada imán, en m, y

xes la separación entre los dos imanes, en m

'B ₀= Mrelaciona la densidad de flujo en el polo a la magnetización del imán.