2.4. Histéresis magnética

Ahora que ya sabemos que hay distintos tipos de materiales según su comportamiento ante un campo magnético, imagina que cae en nuestras manos un trozo de metal, por ejemplo la varilla de un destornillador (cualquier metal no nos serviría, pero sabemos que la varilla del destornillador es de acero y el componente principal del acero es el hierro, que es uno de los materiales ferromagnéticos) y queremos convertirlo en un imán. Para ello, lo introducimos dentro de una bobina que funcionará como un electroimán, regulando la corriente que por ella circula, y por tanto variando el campo magnético B. Si fuéramos tomando nota de los valores de intensidad de corriente y por lo tanto de excitación magnética H y por otro lado anotáramos los valores de inducción magnética obtenida, al llevarlos a una gráfica obtendríamos una curva parecida a la siguiente:

Imantación de un material

Imagen 13. Imantación de un material.
Fuente: Elaboración propia

Lo que muestra la gráfica, es como va aumentando el campo magnético B en el material según hemos ido aumentando la excitación magnética H, que depende, como ya sabemos, de entre otros factores, de la intensidad. El punto 1 representa el punto máximo de campo magnético que puede adquirir nuestra varilla, es decir, la saturación magnética. Por aclararlo un poco más, piensa que nuestra varilla fuera un vaso de agua y la excitación magnética H azúcar. Añadimos un poco de azúcar a nuestro agua y lo agitamos, si lo probamos veremos que el agua está un poco dulce (el dulzor sería el campo magnético B); añadimos una cucharada más de azúcar y observamos que aumenta el dulzor. Si repetimos la operación varias veces, llegará un momento en que, por mucho azúcar que añadamos al agua, su dulzor no aumenta y el azúcar se precipita al fondo, habremos alcanzado la saturación de la disolución agua-azúcar. Eso mismo es lo que le ocurre al material, que queda saturado magnéticamente, pues todos los momentos magnéticos ya han sido alineados y se habrá alcanzado el máximo de campo magnético.

Continuemos con nuestro experimento. Ahora vamos a ir eliminando poco a poco la corriente causante del campo para ver si la inducción magnética B desaparece totalmente. Al hacerlo observamos lo siguiente:

Imantación y Desimantación

Imagen 14. Imantación y Desimantación.
Fuente: Elaboración propia

En vez de tener un valor de B nulo, como antes de empezar el experimento, observamos que el campo magnético tiene el valor indicado con 2 en la gráfica, es decir, tiene un campo magnético remanente. Si no fuera materia inerte, podríamos pensar que es como si la varilla recordara que ha sido sometida a la acción de un campo magnético de valor 1 y aunque ahora lo eliminemos, le queda cierto valor del mismo. Este hecho, es decir, este valor de magnetismo remanente que designamos Br, es lo que se denomina histéresis, que es una palabra que proviene del griego que significa quedarse atrás.

Si quisiéramos anular este magnetismo remanente, tendríamos que invertir el sentido de la excitación magnética hasta un valor Hc, que viene representado por 3 en la siguiente imagen y que se conoce como campo coercitivo o fuerza coercitiva.

Campo coercitivo

Imagen 15. Campo coercitivo.
Fuente: Elaboración propia

Si siguiéramos aumentando la corriente para ver cuál es el valor máximo del campo magnético en sentido contrario y después quisiéramos anularlo tal y como hemos hecho anteriormente, el resultado sería como el de la imagen.

Ciclo de Histéresis

Imagen 16. Ciclo de Histéresis.
Fuente: Elaboración propia

Habría un máximo, 4, simétrico a 1 y cuando elimináramos H, el material guardaría un magnetismo remanente 5, que para anularlo, habría que incrementar H en sentido contrario a la etapa anterior, hasta 6.

La curva de histéresis va a depender del material, así habrá materiales que será fácil imantar y desimantar, a estos los llamábamos materiales magnéticos blandos y por el contrario, habrá materiales que será más difícil desimantar. Estas curvas se pueden ver en la imagen siguiente:

Histéresis de distintos materiales

Imagen 17. Histéresis de distintos materiales.
Fuente: Elaboración propia

Los ciclos de imantación y desimantación o, por simplificar, de histéresis, provocan en el material unas pérdidas de energía en forma de calor. Esto se debe a que, por lo general, a los núcleos magnéticos se les somete a corrientes alternas y estas corrientes que provocan el alineamiento de los momentos polares en las distintas regiones del material, hacen invertir la polaridad de los mismos; para que la polaridad se invierta hace falta energía, energía que es tomada de la fuente que la suministra, lo que supone que una parte de esa energía inicial no es transformada o suministrada y por lo tanto es una pérdida. También se pone de manifiesto este hecho cuando las corrientes son continuas variables. Estas pérdidas, junto con otras conocidas como corrientes parasitarias de Foucault, son denominadas pérdidas en el hierro y pueden llegar a suponer hasta un 2% de la energía disponible.

Balance de pérdidas en una máquina eléctrica

Imagen 18. Balance de pérdidas en una máquina eléctrica.
Fuente: Elaboración propia

La gráfica muestra las distintas pérdidas que se pueden producir en una máquina eléctrica: pérdidas en las bobinas de cobre por efecto Joule, pérdidas mecánicas debidas al rozamiento de los componentes móviles y las pérdidas en el hierro debido, entre otros motivos, a los ciclos de histéresis de los materiales magnéticos.

La finalidad de conocer el comportamiento magnético de la materia estriba en que podremos elegir aquel material que mejor se adecúa a los requerimientos del dispositivo donde lo vamos a instalar y así optimizar su rendimiento.

 

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Cuando en un material sometido a la acción de un campo magnético deja de aumentar la inducción magnética decimos que ha alcanzado su punto de . Al eliminar la excitación magnética observamos que una parte de la inducción se . Esta inducción se llama . Para eliminar este magnetismo hay que el sentido de la excitación magnética y a este valor de H lo llamamos . Por último, los materiales magnéticos blandos son aquellos que se imantantan con y los duros los que tienen remanencia magnética.