Qué es la histéresis magnética: la curva B-H y sus aplicaciones

El término histéresis se introdujo a partir de una antigua palabra griega cuyo significado se refiere a «retraso» o «insuficiencia». El término histéresis magnética fue introducido en 1890 por el científico James Alfred Ewing para conocer el rendimiento y la conductividad de las sustancias magnéticas. Antes de 1890, los trabajos sobre el concepto de histéresis en las redes mecánicas habían sido realizados por James Maxwell. Como resultado, los modelos desarrollados a partir de la histéresis ganaron importancia en los trabajos sobre absorción y magnetismo. Posteriormente, el análisis matemático de la histéresis magnética se dio a conocer en los años 70 por Mark Krasnosel y su equipo. Nuestro artículo explica la histéresis magnética, la curva B-H, su comportamiento y sus aplicaciones.


¿Qué es la histéresis magnética?

El fenómeno de la densidad de magnetización «B» que sigue a la fuerza magnética «H» que se produce en una sustancia magnética se denomina «histéresis magnética». Para ser claros, se puede explicar como cuando una sustancia magnética se magnetiza por primera vez y luego de otra manera, que completa un ciclo completo de magnetización, se desarrolla una densidad de flujo que va por detrás de la fuerza de magnetización.

Material magnético

En el caso de las sustancias magnéticas, como el hierro, incluso cuando no están sometidas al campo magnético, se mantiene parte de la alineación. Para hacerlos no magnéticos, hay que aplicar calor o un campo magnético en sentido contrario. Existen diferentes tipos de sustancias magnéticas, como los materiales para, dia, hierro y antiferromagnéticos. Con las sustancias ferromagnéticas, el bucle de histéresis puede desarrollarse fácilmente.

Bucle de histéresis magnética

El bucle de histéresis define la relación que existe entre el campo magnetizante y la cantidad de efecto magnetizante. Cuando el campo magnético externo de un material ferromagnético cambia, se desarrolla el bucle de histéresis. El siguiente diagrama describe las posiciones y el análisis detallado.

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Bucle de histéresis
Bucle de histéresis

Se forma un bucle durante la medición de B para varios valores de H, y si estos valores se delinean gráficamente, entonces se forma un bucle. Aquí,

  • El valor de «B» aumenta cuando el valor de «H» aumenta simultáneamente.
  • A medida que aumenta el impacto del campo magnético, el valor del magnetismo aumenta y acaba por alcanzar el punto «A», denominado punto de saturación, donde «B» permanece constante.
  • Al disminuir la cantidad de campo magnético, también disminuye el impacto del magnetismo. Si los valores de «B» y «H» son similares y el valor es «0», la sustancia magnética conserva pocas propiedades magnéticas, lo que se denomina magnetismo residual o retentividad.
  • Cuando el efecto de un campo magnético disminuye, las propiedades magnéticas también disminuyen. En «C», el material se desmagnetiza completamente y tiene cero propiedades magnéticas.
  • Ambos procedimientos, el de avance y el de retroceso, completan un ciclo completo y forman un ciclo que se denomina «ciclo de histéresis».

Curva de magnetización o B-H

Con la teoría básica anterior, está claro que las curvas de histéresis magnética son diferentes para los distintos tipos de materiales. En la imagen siguiente se observa que la densidad de flujo aumenta de forma correspondiente a la intensidad de campo hasta que se alcanza un valor determinado, y después de este punto la densidad de flujo permanece constante aunque la intensidad de campo siga aumentando.

Esto ocurre porque hay una limitación en la densidad de flujo que puede desarrollar el núcleo, ya que todos los dominios de la sustancia ferrosa están exactamente alineados. Posteriormente, no hay impacto en «M» y en el gráfico, el punto en el que la densidad de flujo alcanza su valor máximo se denomina «saturación magnética».

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La saturación se desarrolla debido a la alineación aleatoria de la disposición de las moléculas dentro del núcleo de la sustancia y esto cambia las pequeñas partículas dentro de la sustancia para lograr una alineación exacta. Cuando el valor de «H» aumenta, las partículas moleculares se disponen más perfectamente para desarrollar una mayor densidad de flujo. Además, el aumento de la intensidad del campo magnético debido al aumento del valor de la corriente eléctrica a través de la bobina no tendrá ningún efecto

Bucles de histéresis magnéticos para materiales blandos y duros

El resultado de la histéresis magnética es la disipación de la energía no utilizada en forma de calor, donde la energía disipada es linealmente proporcional a la extensión del bucle de histéresis. Las pérdidas desarrolladas debido a la histéresis magnética también se producen en los transformadores de tipo alterno, en los que hay frecuentes cambios de dirección de la corriente. Por esta razón, los polos magnéticos del material del núcleo crean pérdidas al invertir continuamente su dirección. Las siguientes imágenes muestran el ciclo de histéresis en materiales blandos y duros.

En el imán blando

Bucle en un imán suave
Bucle en un imán suave

En un imán duro

Curva de histéresis en un imán duro
Curva de histéresis en un imán duro

Las bobinas giratorias de los sistemas de corriente continua también desarrollan pérdidas por histéresis, ya que pasan continuamente por el polo sur y el polo norte. Como ya se ha dicho, el gráfico de la curva de histéresis se basa en el comportamiento del material magnético utilizado.

Magnetismo residual

A partir del ciclo de histéresis magnética, la cantidad de densidad de flujo que retiene la sustancia magnética se llama magnetismo residual. Y la cantidad de retención se llama retentividad de la sustancia.

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Fuerza coercitiva

La cantidad de fuerza de magnetización necesaria para eliminar la propiedad magnética residual del material se llama fuerza coercitiva. Para concluir el ciclo de histéresis, la fuerza magnética «H» aumenta en sentido contrario hasta alcanzar un punto de saturación. El valor de ‘H’ llegará a cero y el bucle llegará a la trayectoria ‘de’, donde la trayectoria ‘oe’ es la propiedad magnética residual cuando la trayectoria es en sentido contrario.

La histéresis magnética conduce a la intemperancia de la energía desperdiciada en forma de calor. La energía que se disipa es relativa a la extensión del bucle de histéresis. En particular, hay dos tipos de materiales magnéticos, que son material magnético blando e material magnético duro.

Aplicaciones

Algunos de los aplicaciones de la histéresis magnética son:

Como las sustancias magnéticas tienen un amplio rango de histéresis, se implementan en dispositivos como

  • Discos duros
  • Dispositivos de grabación de audio
  • Cintas magnéticas
  • Tarjetas de crédito

Además, existen sustancias de histéresis magnética constrictiva que se utilizan en

Se utiliza para amortiguar el movimiento angular de los satélites en la órbita terrestre mínima debido a la llegada de la era espacial.

Por último, se trata del concepto de histéresis magnética. En este artículo, hemos aprendido sobre el ciclo de histéresis, la curva B-H, el magnetismo residual, la fuerza coercitiva, las diferencias entre sustancias magnéticas blandas y duras y sus aplicaciones. También es importante saber qué es lo que importancia de un bucle de histéresis?

Javired
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