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LibreTexts Español

21.2: Imanes

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    objetivos de aprendizaje

    • Identificar dos tipos de imanes

    Ferroimanes y Electroimanes

    En lenguaje común a menudo se entiende que 'imán' se refiere a un imán permanente, como uno que podría adornar el refrigerador de una familia, o funcionar como la aguja en la brújula de un excursionista. Tales imanes se llaman ferroimanes. En la segunda clase de imanes, conocidos como electroimanes, el campo magnético se genera mediante el uso de corriente eléctrica. Estos imanes se pueden encontrar en todo tipo de dispositivos electrónicos. Exploraremos estos dos tipos de imanes a continuación.

    Ferroimanes

    Solo ciertos materiales (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y gadolinio) exhiben fuertes efectos magnéticos. Estos materiales se denominan ferromagnéticos, después del vocablo latino ferrum (hierro). Un grupo de materiales hechos de las aleaciones de los elementos de tierras raras también se utilizan como imanes fuertes y permanentes (el neodimio es común). Otros materiales presentan efectos magnéticos débiles detectables solo con instrumentos sensibles. Los materiales ferromagnéticos no solo responden fuertemente a los imanes (la forma en que el hierro es atraído por los imanes), también pueden magnetizarse ellos mismos, es decir, pueden ser inducidos para que se conviertan en magnéticos o se conviertan en imanes permanentes.

    Cuando un imán se acerca a un material ferromagnético previamente no magnetizado, provoca la magnetización local del material con polos diferentes más cercanos, como en. Esto da como resultado la atracción del material previamente no magnetizado hacia el imán tal como se esquematiza en. Cuando la corriente produce un campo magnético a escala microscópica, como se ilustra en, las regiones dentro del material llamadas dominios magnéticos actúan como pequeños imanes de barra. Dentro de los dominios, los polos de los átomos individuales están alineados, y cada átomo actúa como una pequeña barra magnética. En un objeto ferromagnético no magnetizado, los dominios son pequeños y están orientados aleatoriamente. En respuesta a un campo magnético externo, los dominios pueden crecer a tamaño milimétrico, alineándose como se muestra en la parte (b) de la segunda figura. Esta magnetización inducida puede volverse permanente si el material se calienta y luego se enfría, o simplemente se toca en presencia de otros imanes.

    imagen

    La corriente produce un campo magnético: La corriente (I) a través de un cable produce un campo magnético (B). El campo se orienta de acuerdo con la regla de la derecha.

    imagen

    Hierro no magnetizado a magnetizado: (a) Una pieza de hierro no magnetizada (u otro material ferromagnético) tiene dominios orientados aleatoriamente. b) Cuando son magnetizados por un campo externo, los dominios muestran una mayor alineación, y algunos crecen a expensas de otros. Los átomos individuales están alineados dentro de los dominios; cada átomo actúa como una pequeña barra magnética.

    Por el contrario, un imán permanente puede ser desmagnetizado por golpes duros o calentándolo en ausencia de otro imán. El aumento del movimiento térmico a mayor temperatura puede alterar y aleatorizar la orientación y el tamaño de los dominios. Hay una temperatura bien definida para los materiales ferromagnéticos llamada temperatura de Curie, por encima de la cual no se pueden magnetizar. La temperatura de Curie para el hierro está muy por encima de la temperatura ambiente a 1043 K (770ºC). Varios elementos y aleaciones tienen temperaturas Curie muy inferiores a la temperatura ambiente, y son ferromagnéticos solo por debajo de esas temperaturas.

    Electroimanes

    En un electroimán el campo magnético es producido por el flujo de corriente eléctrica. Si la corriente desaparece, el campo magnético se apaga. Los electroimanes son ampliamente utilizados como componentes de dispositivos eléctricos, como motores, generadores, relés, altavoces, discos duros, máquinas de resonancia magnética, instrumentos científicos y equipos de separación magnética; también se emplean como electroimanes industriales de elevación para recoger y mover objetos pesados de hierro como chatarra de hierro.

    Una corriente eléctrica que fluye en un cable crea un campo magnético alrededor del cable. Para concentrar el campo magnético, el cable se enrolla en una bobina con muchas vueltas de alambre dispuestas una al lado de la otra. El campo magnético de todas las vueltas de alambre pasa por el centro de la bobina creando allí un campo magnético fuerte. La bobina que forma la forma de un tubo recto (una hélice) se llama solenoide, como se muestra en. Se pueden producir campos magnéticos mucho más fuertes si se coloca un “núcleo” de material ferromagnético (como hierro blando) dentro de la bobina. Debido a la alta permeabilidad magnética μ del material ferromagnético, el núcleo ferromagnético aumenta el campo magnético a miles de veces la fuerza del campo de la bobina sola. Esto se llama electroimán de núcleo ferromagnético o de núcleo de hierro.

    imagen

    Electroimán (Solenoide): Un simple electroimán que consiste en una bobina de alambre aislado envuelto alrededor de un núcleo de hierro. La intensidad del campo magnético generado es proporcional a la cantidad de corriente.

    La dirección del campo magnético a través de una bobina de alambre puede ser similar a una forma de la regla de la derecha. Si los dedos de la mano derecha están curvados alrededor de la bobina en la dirección del flujo de corriente (corriente convencional, flujo de carga positiva) a través de los devanados, el pulgar apunta en la dirección del campo dentro de la bobina. El lado del imán del que emergen las líneas de campo se define como el polo norte. La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo magnético puede manipularse rápidamente en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica; un suministro continuo de energía eléctrica es necesarios para mantener el campo.

    Puntos Clave

    • Solo ciertos materiales, como hierro, cobalto, níquel y gadolinio, exhiben fuertes efectos magnéticos. Estos materiales se llaman ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos responderán fuertemente a los imanes y también pueden magnetizarse ellos mismos.
    • Las regiones de dominios uniformes llamados magnéticos están orientadas aleatoriamente en material ferromagnético no magnetizado, pero pueden alinearse bajo la influencia de un campo magnético externo. Este proceso puede volverse permanente si se calienta y enfría en presencia de un campo magnético.
    • Un ferroimán perderá su magnetismo si se calienta alrededor de su temperatura de Curie.
    • Los electroimanes son un tipo de imán en el que el campo magnético es producido por el flujo de corriente.
    • Un electroimán fuerte llamado solenoide se puede producir envolviendo los cables en una bobina y pasando una corriente a través de ellos. El campo magnético de todas las vueltas de alambre pasa por el centro de la bobina, creando allí un campo magnético fuerte.

    Términos Clave

    • dominio magnético: Una región dentro de un material magnético que tiene magnetización uniforme. Esto significa que los momentos magnéticos individuales de los átomos están alineados entre sí y apuntan en la misma dirección.
    • Temperatura de Curie: La temperatura por encima de la cual un material perderá su magnetismo.
    • solenoide: Una bobina de alambre que actúa como imán cuando una corriente eléctrica fluye a través de él.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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