CICLO DE HISTÉRESIS DE UN MATERIAL MAGNÉTICO MAGNETÓMETRO DE AGUJA
Índice 1. Objetivos 2. Fundamento teórico
1. 2. 3. 4. 5.
Ciclos de histéresis Dominios magnéticos Remanencia magnética Coercitividad magnética Tipos de materiales magnéticos
3. Desarrollo experimental
1. Desimanación 2. Muestra 1 3. Muestra 2 4. Conclusiones
1. Resolviendo cuestiones 5. Enlaces de interés
Objetivos 1. Estudiar la magnetización que presentan dos varillas de materiales diferentes bajo la influencia de un campo magnético aplicado . 2. Evaluar el ciclo de histéresis obtenido. Comprender los conceptos de imanación remanente, campo coercitivo, área encerrada por dicho ciclo y energía necesaria para realizarlo. Determinar el valor de éstos. 3. En base a los resultados previos, determinar y justificar el tipo de material magnético que constituyen las varillas de nuestra práctica.
Fundamento teórico: Ciclos de histéresis 1. Cuando a un material ferromagnético se le aplica un campo magnético creciente Bap su imantación crece desde O hasta la saturación M s, ya que todos los dominios magnéticos están alineados. 2. Posteriormente si Bap se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantación no decrece del mismo modo. Veremos por qué ocurre así. 3. Si invertimos Bap, conseguiremos anular la imantación con un campo magnético coercitivo Bc. 4. El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo magnético aplicado. Este efecto de no reversibilidad se denomina ciclo de histéresis.
Fundamento teórico: Dominios magnéticos
Dominio magnético Regiones, microscópicamente grandes y macroscópicamente pequeñas, generadas debido a la fuerte interacción de los dipolos magnéticos entre átomos vecinos en materiales de orden magnético de medio alcance. •Pueden aumentar su tamaño. •Son persistentes . •Irreversibles, explican la histéresis. •Separados por las paredes de Bloch. •Por encima de la temperatura de Curie , se
desordenan por efecto de la entropía y dan lugar a un material paramagnético.
Fundamento teórico: Remanencia magnética Capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido, es decir, la magnetización que persiste en un imán permanente después de que se retire el campo magnético externo. Remanencia
magnética:
Esta característica de los materiales ferromagnéticos es de utilidad como "memoria magnética“ Ya que la reorientación de los dominios no es completamente reversible, queda una imantación remanente M R : el material ferromagnético se ha convertido en un imán permanente.
Fundamento teórico: Coercitividad magnética Coercitividad magnética: Intensidad del campo magnético que se debe
aplicar a ese material para reducir su magnetización a cero después de que la muestra haya sido magnetizada hasta saturación. Es decir, mide la resistencia de un material ferromagnético a ser desmagnetizado. Bajo el efecto de un campo coercitivo, la componente vectorial de magnetización de un ferromagneto medida a lo largo de la dirección del campo aplicado es cero. Existen dos modos principales de magnetización inversa: la rotación de dominio simple y el desplazamiento de la frontera de dominio. •Si se invierte por rotación , la componente de la magnetización a lo
largo del campo aplicado es cero. •Si se invierte por el desplazamiento de la frontera de dominio , la
magnetización neta es pequeña (la suma de momentos de los dominios es despreciable)
Fundamento teórico: Materiales magnéticos Como cualquier proceso histerético, el área dentro de la curva de magnetización durante un ciclo representa el trabajo que es desarrollado sobre el material por el campo externo, en este caso, durante el proceso de inversión magnética. El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a la energía disipada en forma de calor en el proceso irreversible de imantación y desimantación. •Si el área es pequeña, las pérdidas de energía en cada
ciclo será pequeña, y el material se denomina magnéticamente blando. •Si el área es grande, las pérdidas de energía en cada
ciclo serán grandes y el material se denomina magnéticamente duro.
Desarrollo experimental
Desarrollo experimental
Campo creado por un dipolo magnético
Desarrollo experimental AJUSTE
DESIMANACIÓN
OBTENCIÓN DEL CICLO
• Alinear el soporte • Bobina auxiliar C para anular alfa_0. • 1 A; ajuste entre 4 y 10 cm • Ajustar la deflexión máxima colocando la varilla en el interior del solenoide; 2 A; deflexión máxima ~ 40° • Compensación final
• Colocar la varilla dentro del solenoide. • 2 A; reducir lentamente hasta anularla. • Cambiar el conmutador. Intensidad: 80%, 60%, 40% y 20% • Alfa ~ 0°
• 0.2 A; lectura de los extremos de la brújula. Sentido de la corriente y el de la deflexión de M • Realizar el ciclo de histéresis en intervalos de 0.05 A. NO OLVIDAR INVERTIR EL CONMUTADOR CUANDO SEA NECESARIO.
Desarrollo experimental: Desimanación ¿Qué se pretende? Desimanar la muestra. El objetivo es sobrepasar lo
menos posible el campo coercitivo en cada nuevo ciclo. ¿Cuáles son los inconvenientes? Existe el riesgo de sobrepasar la
imanación que habíamos conseguido en el ciclo anterior. ¿Cómo lo abordamos? Evitamos no sobrepasar la intensidad máxima. ¿Qué conseguimos? Desimanamos el material, el campo coercitivo será
menor en el ciclo siguiente. Se obtiene una imanación nula en pocos ciclos.
Desarrollo experimental Imanación remanente: (29 ±1)·10⁵ A/m Campo coercitivo: (77±2) A/m Área ~172,49· 10⁶ (A/m)² ~217 J/m³ Energía necesaria: (55±5) µJ ) m / A ( n ó i c a z i t e n g a M
4000000
3000000
2000000
1000000
0 -500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-1000000
-2000000
A1=b·h=219·5,6·10⁶ (A/m)² At1=(1/2)·(190-105)(29-22)·10 ⁶ (A/m)² At2= (1/2)·(-114+181)(-21+27)·10 ⁶ (A/m)²
-3000000
Intensidad de campo magnético aplicado H (A/m)
Desarrollo experimental A1=(19+57)(7.6+13.8) 10 ⁵ (A/m)² At1=(1/2)·(147-129)·380·10⁵ (A/m)²
2000000
At2= (1/2)·19·285·10⁵ (A/m)² A2=76·(129-94)·10⁵ (A/m)² A3=95·(-138+175) ·10⁵ (A/m)²
) m / A ( n ó i c a z i t -500 e n g a M
1500000
1000000
500000
0 -400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-500000
-1000000
-1500000
-2000000
Imanación remanente: (94 ±4)·10⁴ A/m Campo coercitivo: (29±2) A/m Área ~276,170·10⁵ (A/m)² ~35 J/m³ Energía necesaria: (8,76 ±0,13) µJ
-2500000
Intensidad de campo magnético aplicado H (A/m)
Conclusiones En vista de los resultados anteriores: •La primera varilla está fabricada con un material magnéticamente mas duro que el segundo. •Profundizando más, lo que realmente determina si un material es magnéticamente duro o magnéticamente blando es su resistencia a ser desmagnetizado; es decir, el campo coercitivo.
Conclusiones: Resolviendo cuestiones Un imán permanente se caracteriza por una gran dificultad para desimanarlo, por lo que es conveniente usar un material con un campo coercitivo alto. También interesa una imanación remanente alta , es decir, en ausencia de campos externos puede proporcionar un campo intenso. Nos interesa un material magnético duro. Un transformador trabaja con corriente alterna, por lo que recorre muchos ciclos por segundo. Así pues, a fin de minimizar la energía perdida en el transformador, el ciclo de histéresis debe ser estrecho . Nos interesa un material magnético blando.
Enlaces de interés •Hoja de cálculos Excel de la práctica:
https://www.dropbox.com/s/f9e0qrmmhvvzszo/hoja%20varilla.xlsx?dl=0 •Coercitividad y Remanencia en imanes permanentes:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/magperm.html •Ciclos de histéresis
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpferromagnetism o.htm •Ferromagnetismo, dominios magnéticos:
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpferromagnetism o.htm
