¿Qué es el Ferromagnetismo? Definición y ejemplos

Ferromagnetismo definición

¿Alguna vez has notado cómo un clavo de hierro se ve atraído fácilmente por un imán en comparación con una moneda de cobre? Ambos están hechos de metales, pero ¿por qué un material se ve más fácilmente influenciado por un imán en comparación con el otro? El hierro y el cobre se diferencian en términos de susceptibilidad magnética o su capacidad de ser influenciados por un campo magnético externo.

El hierro, el níquel, el cobalto y el gadolinio, junto con aleaciones como el acero, son ejemplos de materiales ferromagnéticos. ¿Qué significa ferromagnético? ¿Qué es el ferromagnetismo? El ferromagnetismo se caracteriza por la alta susceptibilidad magnética de los materiales. Se refiere a la capacidad de un material para producir un campo magnético. Según la definición de ferromagnético, se ven fácilmente influenciados por un campo magnético externo y pueden conservar su magnetismo durante un tiempo relativamente largo incluso después de que se elimine el campo magnético externo. Estas propiedades son la razón por la que se utilizan materiales ferromagnéticos para crear imanes permanentes.

Papel de los dominios magnéticos en el ferromagnetismo

Los dominios magnéticos son regiones donde se alinean los campos magnéticos producidos por los átomos. Estas regiones tienen un tamaño inferior a 1 mm y actúan como pequeños imanes. Un material ferromagnético contiene una gran cantidad de estos dominios magnéticos y, en su estado no magnetizado, estos dominios están dispuestos de forma aleatoria. Para que actúe como un imán permanente, se somete a un fuerte campo magnético externo de modo que la mayoría de los dominios magnéticos se vuelven paralelos y crean un imán con dos polos magnéticos.

La presencia de dominios magnéticos explica por qué un clavo de hierro atraído por un imán también puede atraer otros clavos de hierro. Cuando se une a un imán, el dominio magnético de un clavo de hierro se vuelve casi paralelo y actúa como un imán temporal. Una vez que se elimina el fuerte campo magnético, solo puede permanecer magnetizado durante unos minutos y finalmente pierde su magnetismo. Algunos materiales (por ejemplo, aleaciones de hierro) cuando se someten a campos magnéticos potentes, se calientan a una cierta temperatura y luego se enfrían en presencia de otros imanes, pueden producir imanes «permanentes». Su magnetismo puede no ser técnicamente permanente, pero pueden pasar cientos de años antes de que pierda su magnetismo.

Para desmagnetizar los imanes permanentes, se pueden golpear con un martillo o dejarlos caer para que sus dominios magnéticos vuelvan a ser aleatorios. Calentarlos sin la presencia de un campo externo también pueden hacer que pierdan su magnetismo. El aumento de temperatura aumenta la energía cinética promedio de los átomos del material, lo que altera la alineación de los dominios magnéticos y da como resultado un material no magnetizado. Cuando un imán se calienta más allá de su temperatura de Curie (una temperatura en la que las propiedades magnéticas de un material cambian rápidamente), pierde su magnetismo. Cada material tiene una temperatura de Curie diferente, por ejemplo, el hierro a 770{eq}^{\circ} {/eq}C, el níquel a 354{eq}^{\circ} {/eq}C y el cobalto a 1120{eq}^{\circ} {/eq}C.

Histéresis y bucle de histéresis

Considere el cambio en el campo magnético (B) producido por un material a medida que varía el campo magnético externo (B{eq}_0 {/eq}). A medida que el campo magnético externo aumenta desde el punto a, los dominios magnéticos se alinean hasta que alcanza la saturación magnética ( b ). Cuando el campo magnético externo se reduce a cero, el imán no pierde todo su magnetismo ( c ). A medida que B{eq}_0 {/eq} continúa disminuyendo, el imán alcanza otra saturación magnética ( e ) pero en la dirección negativa. A medida que B{eq}_0 {/eq} se reduce nuevamente a cero, el imán aún retiene algo de magnetismo ( f ) y sigue una curva creciente hasta que alcanza otro punto de saturación magnética. Este ciclo se llama bucle de histéresis. Diferentes materiales también tienen variaciones de este bucle, lo que indica la diferente cantidad de energía disipada al invertir la magnetización del material. La histéresis se demuestra mediante la curva que no retrocede, mostrando la irreversibilidad de la magnetización y desmagnetización.

Antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Además del ferromagnetismo, las propiedades magnéticas de algunos materiales se describen como ferromagnetismo y antiferromagnetismo.

El antiferromagnetismo es similar al ferromagnetismo. Sin embargo, a diferencia de los materiales ferromagnéticos, el momento magnético o de espín de los electrones de los materiales antiferromagnéticos es opuesto al de sus momentos vecinos. Mantiene su alineación antiparalela incluso si se elimina el campo externo, siempre que se mantenga por debajo de su temperatura crítica. Este tipo de magnetismo se observa comúnmente a bajas temperaturas.

El ferrimagnetismo se encuentra comúnmente en óxidos cerámicos y se caracteriza por momentos magnéticos antiparalelos similares a los antiferroimanes. Pero la cantidad variable de electrones desapareados en el componente garantiza que los campos magnéticos producidos no se cancelen.

Ejemplos de materiales ferromagnéticos

Como se mencionó, el hierro, el níquel y el cobalto son los ejemplos más comunes de materiales ferromagnéticos. La ubicación de estos tres elementos en la tabla periódica se muestra en la figura. Estos tres tienen propiedades reactivas y magnéticas similares, pero aún así son únicos a su manera. En general, estos elementos son parte de los metales de transición que tienen dos electrones de valencia en sus capas externas.

Algunas de las características clave de los tres elementos incluyen:

• El hierro es un material dúctil y maleable, caracterizado por su aspecto gris plateado. Tiene un peso atómico de 55,845 y un número atómico de 26. Tiene una configuración electrónica de {eq}[Ar] {/eq} 3d{eq}^6 {/eq}4s{eq}^2 {/eq}. Es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre. La mayor parte del hierro actual se utiliza para fabricar acero, utilizado en la construcción y fabricación de otros materiales.

• El cobalto es un metal magnético que se caracteriza por su color azul plateado brillante. Al igual que el hierro, también se utiliza como material para imanes permanentes y se suele mezclar con aluminio y níquel. Tiene un peso atómico de 58,933 y un número atómico de 27. Su configuración electrónica es {eq}[Ar] {/eq} 3d{eq}^7 {/eq}4s{eq}^2 {/eq}. Además de en imanes, también se utiliza en turbinas a reacción y generadores de turbinas de gas, ya que mantiene su resistencia incluso a altas temperaturas. También se emplea en galvanoplastia debido a su apariencia y resistencia a la corrosión.
• El níquel es un metal magnético que se caracteriza por su aspecto plateado. Tiene una masa atómica de 58,693 y un número atómico de 28. Su configuración electrónica es {eq}[Ar] {/eq} 3d{eq}^8 {/eq}4s{eq}^2 {/eq}. Debido a su resistencia a la corrosión, se utiliza habitualmente como recubrimiento para otros metales. También se encuentra principalmente como aleación para el acero inoxidable. Debido a su resistencia a altas temperaturas, se utiliza en tostadoras y hornos eléctricos. Algunas de sus aleaciones también se utilizan en ejes de hélice y álabes de turbinas.

Resumen de la lección

El ferromagnetismo se refiere a la capacidad del material para producir un campo magnético. Se caracteriza por la alta susceptibilidad magnética de los materiales. ¿Qué son los materiales ferromagnéticos? Los materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel, se ven fácilmente influenciados por un campo magnético externo y pueden retener su magnetismo durante un tiempo relativamente largo incluso después de que se elimine el campo magnético externo. Se cree que el magnetismo se produce debido al giro electrónico de los electrones desapareados en los materiales ferromagnéticos. Aparte del ferromagnetismo, otras propiedades magnéticas de los materiales se describen como ferrimagnetismo y antiferromagnetismo. El antiferromagnetismo es similar al ferromagnetismo, pero el momento magnético de sus electrones es opuesto al de sus momentos vecinos. El ferrimagnetismo, por otro lado, produce un campo magnético más débil que los materiales ferromagnéticos y se caracteriza por los momentos magnéticos antiparalelos que se encuentran en varios electrones desapareados.

Además del espín del electrón, la fuente de las fuertes propiedades magnéticas de los ferroimanes reside en sus dominios magnéticos. Los dominios magnéticos son regiones donde se alinean los campos magnéticos producidos por los átomos. Cada dominio de un material actúa como un pequeño imán. En un estado no magnetizado, los dominios magnéticos de un material están dispuestos aleatoriamente. Cuando se somete a un fuerte campo magnético externo, la mayoría de los dominios magnéticos se vuelven paralelos y crean un imán con dos polos magnéticos. Un imán se puede desmagnetizar sometiéndolo a calor, lo que aumenta la energía cinética media de los átomos. Con el tiempo, el movimiento de los átomos supera la capacidad del campo para mantener los dominios alineados. Cuando el imán se calienta más allá de su temperatura de Curie, pierde su magnetismo. La irreversibilidad de la magnetización y desmagnetización de un material se denomina histéresis.

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