• Gauss
• Imán de anillo

Histéresis

¿Qué es exactamente la histéresis? - El efecto de la histéresis simplemente se explica

Como una propiedad de los materiales ferromagnéticos, la histéresis (de la histéresis: el retraso de un efecto detrás de la fuerza variable que lo causa) es una ilustración gráfica de la magnetización y la remanencia. De este modo, la magnetización de un material aumenta con la aplicación de un campo magnético externo y disminuye después de su eliminación nuevamente. Sin embargo, en el caso de los materiales ferromagnéticos, esto no ocurre tan rápidamente: la desmagnetización en el curso de la histéresis se produce aquí más lentamente tan pronto como se desconecta el campo magnético. Cuando el campo magnético externo está completamente apagado, la llamada remanencia permanece con materiales ferromagnéticos, esto no es más que una magnetización residual. Se dirige en contra del campo magnético externo una vez aplicado.

La histéresis es, por lo tanto, un fenómeno físico que describe la no proporcionalidad entre el curso del campo magnético externo y el curso de la magnetización en el material ferromagnético. De esto se deduce que la magnetización de un imán con dos veces el campo magnético no hace que se doble automáticamente.

¿Cómo visualizar la histéresis gráficamente?

Como ya se mencionó, uno tiene que visualizar la histéresis gráficamente mediante un sistema de coordenadas:

• El eje x representa el campo magnético H
• El eje y representa la densidad de flujo magnético B

Inicialmente, la magnetización del material ferromagnético aumenta con el campo magnético externo; mientras el campo magnético externo se fortalece, también lo hace. Pero tan pronto como se debilita, la magnetización vuelve a bajar, pero no tan rápido como el campo magnético, que está regulado hacia abajo.

Este efecto de histéresis es responsable del hecho de que al final, es decir, cuando el campo magnético externo se ha apagado completamente, la magnetización residual permanece en el material: la remanencia. La densidad del flujo magnético siempre depende de la intensidad del campo de magnetización. Al final, hay dos curvas que son simétricas en el punto de origen. Se reúnen en el primer y tercer cuadrante del sistema de coordenadas y forman dos valores límite, que explicaremos con más detalle más adelante.

¿Qué describe la curva de histéresis en el campo del magnetismo?

La llamada curva de histéresis depende del material respectivo. Solo existe con materiales ferromagnéticos:

• Si la distancia entre las dos curvas es grande, indica un material magnético duro.
• Una distancia más pequeña se llama material magnético blando.

Por supuesto, si un material no está magnetizado y expuesto a un campo magnético externo, la curva de densidad de flujo magnético comenzará naturalmente en el origen. Sube a uno de los puntos de esquina mencionados y es considerado por los profesionales como una nueva curva. Esto tiene una propiedad especial: se aproxima a una línea recta. Esto significa que la densidad del flujo magnético y la magnetización del material al campo magnético externo son aproximadamente lineales.

De este contexto, se puede derivar la siguiente fórmula (con μ para la permeabilidad magnética) para calcular la histéresis:

Dentro del material ferromagnético, el campo magnético es la suma de la magnetización M y el campo magnético externo H. Si un cuerpo ferromagnético ya magnetizado está expuesto a un campo magnético opuesto, su magnetización se debilita inicialmente, pero aún existe. Solo en una cierta intensidad de campo del campo magnético externo, el material ferromagnético se desmagnetiza, por lo que ya no es magnético en este límite determinado, también llamado intensidad de campo coercitivo. A medida que el campo magnético externo continúa aumentando en fuerza, la magnetización del material eventualmente se revierte; en efecto, todo el proceso de magnetización, ya explicado anteriormente, comienza nuevamente. Esta vez solo en la otra dirección.

Otra cantidad interesante que se puede tomar de la curva de histéresis: la energía que se encuentra en el imán por unidad de volumen. Se toma del área encerrada por la curva de histéresis. Esta energía se convierte en calor durante el proceso de magnetización. Para materiales magnéticamente blandos, la energía es más pequeña que para materiales magnéticamente duros. Por lo tanto, los materiales magnéticamente duros son menos sensibles a las influencias externas. Estos incluyen, por ejemplo:

• magnético
• calor
• Choques mecánicos

Los materiales magnéticos duros son, por lo tanto, perfectamente adecuados para su uso como un imán permanente. Los transformadores, por otro lado, están hechos de materiales magnéticos suaves. En un transformador, el campo magnético se invierte constantemente. Finalmente, este cambio de magnetización del material debería consumir la menor cantidad de energía posible.

Antecedentes físicos de la histéresis

Uno puede imaginar un material ferromagnético una vez en el nivel atómico. Cada átomo tiene electrones y tienen un giro de electrones. Estos giros, a su vez, explican los momentos magnéticos elementales de cada sustancia ferromagnética (por ejemplo, el hierro). Básicamente, son equivalentes al conocido imán elemental, que siempre se dibujaron en la clase de física como flechas pequeñas. Por medio de un campo magnético externo, se alinean de acuerdo con esto y se estabilizan mediante la llamada interacción de intercambio.

Finalmente, se entiende el significado de los dos puntos de la esquina (límites) de la curva de histéresis. En estos dos puntos, los imanes elementales están todos alineados en paralelo. Por lo tanto, también se les llama densidad de flujo de saturación. Para destruir la alineación de los imanes elementales, la interacción de intercambio debe ser superada. Esto significa que para desmagnetizar de nuevo el material magnetizado, se requiere una cierta cantidad de energía, por ejemplo, en forma de un impacto fuerte, calor elevado o un campo magnético correspondiente.