Clasificación y características básicas de los materiales magnéticos
Todas las sustancias en la naturaleza son magnéticas en el sentido de que tienen ciertas propiedades magnéticas e interactúan de cierta manera con un campo magnético externo.
Los materiales utilizados en la tecnología se denominan magnéticos, teniendo en cuenta sus propiedades magnéticas. Las propiedades magnéticas de la sustancia dependen de las propiedades magnéticas de las micropartículas, la estructura de los átomos y las moléculas.
Clasificación de materiales magnéticos
Los materiales magnéticos se dividen en débilmente magnéticos y fuertemente magnéticos.
Al ser débilmente magnéticos, se incluyen diamagnetos y paramagnetos.
Magnético fuerte: ferroimanes, que a su vez pueden ser magnéticamente blandos y magnéticamente duros. Formalmente, la diferencia en las propiedades magnéticas de los materiales se puede caracterizar por la permeabilidad magnética relativa.
Los diamagnetos se refieren a materiales cuyos átomos (iones) no tienen un momento magnético resultante. Externamente, los diamagnetos se manifiestan al ser repelidos por el campo magnético. Estos incluyen zinc, cobre, oro, mercurio y otros materiales.
Los paramagnetos se denominan materiales, cuyos átomos (iones) dan como resultado un momento magnético independiente del campo magnético externo. Externamente, los paramagnetos se manifiestan a través de la atracción. campo magnético no homogéneo… Estos incluyen aluminio, platino, níquel y otros materiales.
Los ferroimanes se denominan materiales en los que su propio campo magnético (interno) puede ser cientos y miles de veces mayor que el campo magnético externo que lo provocó.
Cada cuerpo ferromagnético se divide en regiones: pequeñas áreas de magnetización espontánea (espontánea). En ausencia de un campo magnético externo, las direcciones de los vectores de magnetización de diferentes regiones no coinciden y la magnetización resultante de todo el cuerpo puede ser cero.
Hay tres tipos de procesos de magnetización ferromagnética:
1. El proceso de desplazamiento reversible de dominios magnéticos. En este caso, hay un desplazamiento de los límites de las regiones orientadas más cerca de la dirección del campo externo. Cuando se elimina el campo, los dominios se desplazan en la dirección opuesta. La región de desplazamiento de dominio reversible se encuentra en la parte inicial de la curva de magnetización.
2. El proceso de desplazamiento irreversible de dominios magnéticos. En este caso, el desplazamiento de los límites entre los dominios magnéticos no desaparece con la disminución del campo magnético. Las posiciones iniciales de los dominios se pueden lograr en el proceso de inversión de magnetización.
El desplazamiento irreversible de los límites del dominio conduce a la aparición histéresis magnética — el retraso de la inducción magnética desde campo de fuerza.
3. Procesos de rotación de dominios. En este caso, la finalización de los procesos de desplazamiento de los límites del dominio conduce a la saturación técnica del material.En la región de saturación, todas las regiones giran en la dirección del campo. El bucle de histéresis que llega a la región de saturación se denomina límite.
El circuito de histéresis límite tiene las siguientes características: Bmax — inducción de saturación; Br — inducción residual; Hc — fuerza retardadora (coercitiva).
Materiales con valores bajos de Hc (ciclo de histéresis estrecho) y altos permeabilidad magnética se denominan magnéticos blandos.
Los materiales con altos valores de Hc (amplio ciclo de histéresis) y baja permeabilidad magnética se denominan materiales magnéticamente duros.
Durante la magnetización de un ferromagneto en campos magnéticos alternos, siempre se observan pérdidas de energía térmica, es decir, el material se calienta. Estas pérdidas se deben a la histéresis y pérdidas por corrientes de Foucault… La pérdida por histéresis es proporcional al área del bucle de histéresis. Las pérdidas por corrientes de Foucault dependen de la resistencia eléctrica del ferromagneto. Cuanto mayor sea la resistencia, menores serán las pérdidas por corrientes de Foucault.
Materiales magnéticamente blandos y magnéticamente duros
Los materiales magnéticos blandos incluyen:
1. Hierro técnicamente puro (acero eléctrico de bajo carbono).
2. Aceros electrotécnicos al silicio.
3. Aleaciones de hierro-níquel y hierro-cobalto.
4. Ferritas magnéticas blandas.
Las propiedades magnéticas del acero con bajo contenido de carbono (técnicamente hierro puro) dependen del contenido de impurezas, la distorsión de la red cristalina debido a la deformación, el tamaño del grano y el tratamiento térmico. Debido a su baja resistividad, el hierro comercialmente puro se usa muy raramente en ingeniería eléctrica, principalmente para circuitos de flujo magnético de CC.
El acero al silicio electrotécnico es el principal material magnético de consumo masivo. Es una aleación de hierro-silicio. La aleación con silicio le permite reducir la fuerza coercitiva y aumentar la resistencia, es decir, reducir las pérdidas por corrientes de Foucault.
Las chapas de acero eléctrico, suministradas en hojas o bobinas individuales, y las bandas de acero, suministradas únicamente en bobinas, son productos semiacabados destinados a la fabricación de circuitos magnéticos (núcleo).
Los núcleos magnéticos se forman a partir de placas individuales obtenidas por estampado o corte, o por bobinado de tiras.
Se llaman aleaciones permaloides de níquel-hierro... Tienen una gran permeabilidad magnética inicial en la región de campos magnéticos débiles. Permalloy se utiliza para núcleos de pequeños transformadores de potencia, estranguladores y relés.
Las ferritas son cerámicas magnéticas con una alta resistencia, 1010 veces superior a la del hierro. Las ferritas se utilizan en circuitos de alta frecuencia porque su permeabilidad magnética prácticamente no disminuye al aumentar la frecuencia.
Las desventajas de las ferritas son su baja inducción de saturación y su baja resistencia mecánica. Por lo tanto, las ferritas se usan comúnmente en la electrónica de bajo voltaje.
Los materiales magnéticamente duros incluyen:
1. Fundir materiales magnéticamente duros basados en aleaciones de Fe-Ni-Al.
2. Materiales magnéticos sólidos en polvo obtenidos por prensado de polvos con tratamiento térmico posterior.
3. Ferritas magnéticas duras. Los materiales magnéticamente duros son materiales para imanes permanentesutilizado en motores eléctricos y otros dispositivos eléctricos que requieren un campo magnético permanente.