Imán permanente

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¿Qué es un imán permanente?

Los imanes permanentes presentan fuerzas magnéticas constantes. Pueden atraer materiales ferromagnéticos (p. ej., hierro) o repelerse en polos iguales (polo norte con polo norte, polo sur con polo sur). Un imán permanente puede desmagnetizarse por influencia del calor, golpes mecánicos fuertes o campos magnéticos externos intensos. Además de los imanes permanentes, también existen los electroimanes.

Índice

El polo norte de un imán permanente atrae al polo sur de otro imán permanente y viceversa. Las fuerzas magnéticas de repulsión, por su parte, actúan entre polos del mismo tipo (polo norte con polo norte, polo sur con polo sur). Los materiales ferromagnéticos (hierro, cobalto, níquel y algunas aleaciones) se ven atraídos generalmente por los imanes permanentes.

Los imanes permanentes son materiales magnéticos que, a diferencia de los electroimanes, no requieren de una corriente para su campo magnético. Los imanes permanentes siempre constan de materiales ferromagnéticos cuyos imanes elementales, los espines atómicos, se han alineado en paralelo mediante un proceso de magnetización.

Esto puede darse cuando se enfrían rocas ferromagnéticas fundidas. Los antiguos griegos hallaron este tipo de piedras cerca de la ciudad de Magnesia. Por ello, esta ciudad da nombre al magnetismo.

Por otro lado, los imanes permanentes también pueden producirse de manera artificial. Los metales fuertemente ferromagnéticos, normalmente aleaciones como el samario-cobalto, se magnetizan a través de campos magnéticos externos e intensos. Este proceso de magnetización muestra la denominada «histéresis», es decir, un comportamiento no simétrico del material cuando el campo magnético externo aumenta para, a continuación, disminuir. La histéresis se produce porque la alineación de los imanes elementales en el ferromagneto queda estabilizada por la interacción de intercambio y, en consecuencia, un material ya magnetizado presenta propiedades diferentes a las de un ferromagneto aún no magnetizado.

Debido a la histéresis, en el ferromagneto permanece un campo magnético incluso cuando se retira el campo magnético externo. El material magnetizado se convierte así en un imán permanente. La densidad de flujo magnético restante se denomina «remanencia».

Desmagnetización de imanes permanentes

Mientras que un electroimán puede desactivarse con tal solo retirarlo de la corriente y la polaridad puede invertirse invirtiendo el sentido de la corriente, no es fácil desactivar un imán permanente; de ahí el término «permanente». Un imán permanente sigue siendo magnético hasta que la alineación de los espines atómicos vuelve a verse perturbada por influencias externas (calor, golpes fuertes, campos magnéticos). En ese momento, las fuerzas magnéticas desaparecen y el material debe magnetizarse de nuevo. En casos extremos, el material puede incluso verse dañado. Por ello, todo imán permanente presenta una temperatura máxima de funcionamiento; por encima de esta temperatura pueden producirse daños. Por encima de la temperatura de Curie específica del material, el imán se desmagnetiza completamente en cualquier caso.

Fuerza de los imanes permanentes

La fuerza de un imán permanente no solo depende del material utilizado, sino también de la precisión con la que se magnetiza el material. La magnetización solo conduce a una alta remanencia si todos los espines atómicos están completamente alineados. Esto requiere un material adecuado y conocimientos técnicos.

Tal y como describen las ecuaciones de Maxwell, los campos magnéticos siempre se originan a partir de cargas en movimiento. Los campos magnéticos solo existen a través del movimiento de cargas, el cual siempre genera un campo magnético con un polo norte y un polo sur.

Las fuerzas magnéticas de los imanes permanentes se explican por el movimiento microscópico de las cargas en la materia. Los electrones de los átomos se mueven a gran velocidad. Los electrones tienen un electroespín característico. Del estado general de movimiento de los electrones surge un momento magnético y, por tanto, una fuerza magnética.
Las fuerzas magnéticas actúan siempre a lo largo del campo magnético. Esto puede representarse mediante líneas de campo, que indican también la dirección y magnitud de las fuerzas magnéticas.

Una espira portadora de corriente (diagrama de la izquierda) genera un campo magnético cuya intensidad se mide por el momento magnético. En un material ferromagnético (centro), se encuentran numerosos momentos magnéticos. Si se alinean todos en paralelo, se crea un imán permanente, el cual presenta un campo magnético idéntico al de una bobina. En la imagen solo se indican esquemáticamente unas pocas líneas de campo. Los imanes permanentes se pueden fabricar con las formas más diversas. A la derecha se muestra un imán con forma de herradura. Los polos norte y sur de una herradura magnética son opuestos. Dado que las líneas de campo magnético siempre están cerradas en su conjunto, discurren del polo norte al polo sur y, a continuación, regresan al polo norte en el material. El resultado es un campo magnético homogéneo con líneas de campo paralelas entre los polos en el espacio abierto del imán de herradura.

Las fuerzas magnéticas de un imán permanente dependen principalmente de la magnitud de los momentos magnéticos atómicos y de la integridad de la alineación, así como de la magnitud de la interacción de intercambio. Estas variables también influyen en la energía magnética total almacenada en un imán permanente. La energía magnética se mide por el producto energético, el cual determina la calidad de un imán. Cuanto mayor sea el producto energético y, por tanto, la energía magnética del imán permanente, mayor será la calidad.

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Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt

El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.

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