Ciclo de histéresis de un material magnético

7/23/2019 Ciclo de histéresis de un material magnético

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Vu Pham

CICLO DE HISTÉRESIS DE UNMATERIAL MAGNÉTICO

MAGNETÓMETRO DE AGUJA



Índice

CICLO DE HISTÉRESIS DE UN MATERIAL MAGNÉTICO

1. Objetivos

2. Fundamento teórico

1. Ciclos de histéresis2. Dominios magnéticos3. Remanencia magnética4. Coercitividad magnética

5. Tipos de materiales magnéticos

3. Desarrollo experimental

1. Desimanación2. Muestra 13. 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 deimanación remanente, campo coercitivo, área encerrada por dicho ciclo yenergía 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 uncampo magnético creciente Bap su imantación crecedesde O hasta la saturación M s, ya que todos losdominios magnéticos están alineados.

2. Posteriormente si Bap se hace decrecer gradualmentehasta anularlo, la imantación no decrece del mismo

modo. Veremos por qué ocurre así.

3. Si invertimos Bap, conseguiremos anular la imantacióncon un campo magnético coercitivoBc.

4. El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo elcampo magnético aplicado. Este efecto de noreversibilidadse denomina ciclo de histéresis.




Fundamento teórico: Dominios magnéticos

Dominio magnético

Regiones, microscópicamente grandes y

macroscópicamente pequeñas, generadasdebido a la fuerte interacción de los

dipolos magnéticos entre átomos vecinosen 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, sedesordenan por efecto de la entropía y danlugar a un material paramagnético.



Fundamento teórico: Remanencia magnética

Remanencia magnética: Capacidad de un material para retener el

magnetismo que le ha sido inducido, es decir, la magnetización que persisteen un imán permanente después de que se retire el campo magnético externo.

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 haconvertido 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 lamuestra haya sido magnetizada hasta saturación. Es decir, mide la resistenciade un material ferromagnético a ser desmagnetizado.

Bajo el efecto de un campo coercitivo, la componente vectorial demagnetización de un ferromagneto medida a lo largo de la dirección del campoaplicado es cero. Existen dos modos principales de magnetización inversa: larotación de dominio simple y el desplazamiento de la frontera de dominio.

•Si se invierte por rotación, la componente de la magnetización a lolargo del campo aplicado es cero.•Si se invierte por el desplazamiento de la frontera de dominio, lamagnetización neta es pequeña (la suma de momentos de los dominioses 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 sobreel material por el campo externo, en este caso, durante el proceso de inversiónmagnética. El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a laenergía disipada en forma de calor en el proceso irreversible de imantacióny desimantación.

•Si el área es pequeña, las pérdidas de energía en cadaciclo será pequeña, y el material se denominamagnéticamente blando.

•Si el área es grande, las pérdidas de energía en cadaciclo serán grandes y el material se denominamagnéticamente duro.



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Desarrollo experimental





Campo creado por un dipolo magnético




•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 interiordel solenoide; 2 A; deflexión máxima ~ 40°

•Compensación final

AJUSTE

•Colocar la varilla dentro del solenoide.•2 A; reducir lentamente hasta anularla.

•Cambiar el conmutador. Intensidad: 80%, 60%, 40% y 20%

•Alfa ~ 0°

DESIMANACIÓN

•0.2 A; lectura de los extremos de la brújula. Sentido de lacorriente y el de la deflexión de M

•Realizar el ciclo de histéresis en intervalos de 0.05 A. NO

OLVIDAR INVERTIR EL CONMUTADOR CUANDO SEANECESARIO.

OBTENCIÓN DEL CICLO




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 laimanación que habíamos conseguido en el ciclo anterior.

¿Cómo lo abordamos? Evitamos no sobrepasar la intensidad máxima.

¿Qué conseguimos? Desimanamos el material, el campo coercitivo serámenor en el ciclo siguiente. Se obtiene una imanación nula en pocos ciclos.






M a g n e t i z a c i ó

n ( A / m )

Intensidad de campo magnético aplicado H (A/m)

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

4000000

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

Imanación remanente: (29±1)·10⁵ A/mCampo coercitivo: (77±2) A/m Área ~172,49· 10⁶ (A/m)² ~217 J/m³Energía necesaria: (55±5) µJ

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



-2500000

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

2000000

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

Imanación remanente: (94±4)·10⁴ A/m

Campo coercitivo: (29±2) A/m Área ~276,170·10⁵ (A/m)² ~35 J/m³Energía necesaria: (8,76±0,13) µJ

M a g n e t i z a c i ó n ( A / m )

Intensidad de campo magnético aplicado H (A/m)


Desarrollo experimentalA1=(19+57)(7.6+13.8) 10⁵ (A/m)²

At1=(1/2)·(147-129)·380·10⁵ (A/m)²

At2= (1/2)·19·285·10⁵ (A/m)²A2=76·(129-94)·10⁵ (A/m)²

A3=95·(-138+175) ·10⁵ (A/m)²



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 aser desmagnetizado; es decir, el campo coercitivo.



Un imán permanente se caracteriza por una gran dificultad paradesimanarlo, por lo que es conveniente usar un material con un campo

coercitivo alto. También interesa una imanación remanente alta, esdecir, en ausencia de campos externos puede proporcionar un campointenso. Nos interesa un material magnético duro.

Un transformador trabaja con corriente alterna, por lo que recorremuchos ciclos por segundo. Así pues, a fin de minimizar la energíaperdida en el transformador, el ciclo de histéresis debe ser estrecho.Nos interesa un material magnético blando.

Conclusiones: Resolviendo cuestiones




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 histéresishttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpferromagnetismo.htm

•Ferromagnetismo, dominios magnéticos:http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpferromagnetismo.htm

https://www.dropbox.com/s/f9e0qrmmhvvzszo/hoja%20varilla.xlsx?dl=0

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/magperm.html

http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpferromagnetismo.htm











https://www.dropbox.com/s/f9e0qrmmhvvzszo/hoja%20varilla.xlsx?dl=0

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