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Coercitividad

Familia de bucles de histéresis para acero eléctrico de grano orientado , un material magnético blando. BR representa la retentividad y HC la coercitividad . Cuanto más ancho se...

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Familia de bucles de histéresis para acero eléctrico de grano orientado , un material magnético blando. BR representa la retentividad y HC la coercitividad . Cuanto más ancho sea el bucle exterior, mayor será la coercitividad. El movimiento en los bucles es en sentido antihorario .

La coercitividad , también llamada coercitividad magnética , campo coercitivo o fuerza coercitiva , es una medida de la capacidad de un material ferromagnético para resistir un campo magnético externo sin desmagnetizarse . La coercitividad se suele medir en unidades de oersted o amperio /metro y se denota como H C.

Una propiedad análoga en ingeniería eléctrica y ciencia de los materiales , la coercitividad eléctrica , es la capacidad de un material ferroeléctrico para soportar un campo eléctrico externo sin despolarizarse .

Los materiales ferromagnéticos con alta coercitividad se denominan magnéticamente duros y se utilizan para fabricar imanes permanentes . Los materiales con baja coercitividad se denominan magnéticamente blandos . Estos últimos se utilizan en núcleos de transformadores e inductores , cabezales de grabación , dispositivos de microondas y blindaje magnético .

Definiciones

Definición gráfica de diferentes coercitividades en la curva de histéresis flujo-campo (curva BH), para un material magnético duro hipotético.
Definiciones equivalentes de coercividad en términos de la curva de magnetización frente al campo (MH), para el mismo imán.

La coercitividad en un material ferromagnético es la intensidad del campo magnético aplicado ( campo H ) necesaria para desmagnetizar dicho material, una vez que la magnetización de la muestra ha alcanzado la saturación mediante un campo intenso. Este campo desmagnetizante se aplica en sentido opuesto al campo de saturación original. Sin embargo, existen diferentes definiciones de coercitividad, dependiendo de lo que se considere "desmagnetizado", por lo que el término "coercitividad" en sí mismo puede resultar ambiguo.

  • La coercitividad normal , H Cn , es el campo H necesario para reducir el flujo magnético ( campo B promedio dentro del material) a cero.
  • La coercitividad intrínseca , H Ci , es el campo H necesario para reducir la magnetización ( campo M promedio dentro del material) a cero.
  • La coercitividad remanente , H Cr , es el campo H necesario para reducir la remanencia a cero, lo que significa que cuando el campo H finalmente vuelve a cero, tanto B como M también caen a cero (el material alcanza el origen en la curva de histéresis). [ 1 ]

La distinción entre la coercitividad normal e intrínseca es insignificante en materiales magnéticos blandos, sin embargo, puede ser significativa en materiales magnéticos duros. [ 1 ] Los imanes de tierras raras más fuertes casi no pierden magnetización en H Cn .

Determinación experimental

La coercitividad de un material magnético se determina generalmente midiendo el ciclo de histéresis magnética , también llamado curva de magnetización , como se ilustra en la figura anterior. El aparato utilizado para obtener los datos suele ser un magnetómetro de muestra vibrante o de gradiente alterno . El campo aplicado en el que la línea de datos cruza el cero corresponde a la coercitividad. Si la muestra contiene un antiferromagneto , las coercitividades medidas en campos crecientes y decrecientes pueden ser diferentes debido al efecto de polarización de intercambio .

La coercitividad de un material depende de la escala de tiempo en la que se mide una curva de magnetización. La magnetización de un material medida en un campo inverso aplicado que es nominalmente menor que la coercitividad puede, en una escala de tiempo larga, relajarse lentamente hasta cero. La relajación ocurre cuando la inversión de la magnetización por el movimiento de la pared de dominio se activa térmicamente y está dominada por la viscosidad magnética . [ 22 ] El valor creciente de la coercitividad a altas frecuencias es un obstáculo serio para el aumento de las tasas de datos en la grabación magnética de alto ancho de banda , agravado por el hecho de que una mayor densidad de almacenamiento generalmente requiere una mayor coercitividad en el medio.

Teoría

En el campo coercitivo, la componente vectorial de la magnetización de un ferromagneto medida a lo largo de la dirección del campo aplicado es cero. Hay dos modos principales de inversión de la magnetización : rotación de un solo dominio y movimiento de pared de dominio . Cuando la magnetización de un material se invierte por rotación, la componente de magnetización a lo largo del campo aplicado es cero porque el vector apunta en una dirección ortogonal al campo aplicado. Cuando la magnetización se invierte por movimiento de pared de dominio, la magnetización neta es pequeña en cada dirección vectorial porque los momentos de todos los dominios individuales suman cero. Las curvas de magnetización dominadas por la rotación y la anisotropía magnetocristalina se encuentran en materiales magnéticos relativamente perfectos utilizados en la investigación fundamental. [ 23 ] El movimiento de pared de dominio es un mecanismo de inversión más importante en materiales de ingeniería reales ya que defectos como límites de grano e impurezas sirven como sitios de nucleación para dominios de magnetización invertida. El papel de las paredes de dominio en la determinación de la coercitividad es complejo ya que los defectos pueden fijar las paredes de dominio además de nuclearlas. La dinámica de las paredes de dominio en los materiales ferromagnéticos es similar a la de los límites de grano y la plasticidad en metalurgia, ya que tanto las paredes de dominio como los límites de grano son defectos planares.

Significado

Como en cualquier proceso histerético , el área dentro de la curva de magnetización durante un ciclo representa el trabajo realizado sobre el material por el campo externo al invertir la magnetización, el cual se disipa en forma de calor. Los procesos disipativos comunes en materiales magnéticos incluyen la magnetostricción y el movimiento de las paredes de dominio. La coercitividad es una medida del grado de histéresis magnética y, por lo tanto, caracteriza las pérdidas de los materiales magnéticos blandos para sus aplicaciones comunes.

La remanencia de saturación y la coercitividad son parámetros de calidad para los imanes duros, aunque también se suele citar el producto energético máximo . En la década de 1980 se desarrollaron imanes de tierras raras con altos productos energéticos, pero con temperaturas de Curie indeseablemente bajas . Desde la década de 1990 se han desarrollado nuevos imanes duros de resorte de intercambio con altas coercitividades. [ 24 ]

Véase también

Referencias

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  • Aplicación de inversión de magnetización (rotación coherente)
  • Para consultar una tabla de coercitividades de diversos soportes de grabación magnética, véase " Desmagnetización de soportes magnéticos de cintas de almacenamiento de datos " ( PDF ), en fujifilmusa.com.