El ferromagnetismo

El ferromagnetismo es una propiedad que poseen algunos materiales los cuales son atraídos en el interior del campo magnético. Un material ferromagnético es el material que tiene ferromagnetismo los cuales son atraídos a los imanes. Los elementos ferromagnéticos son característicos a causa de su magnetización la cual ayuda de campos magnéticos y se mantienen magnetizados a pesar de que el campo quede anulado.

De la misma manera, los minerales ferromagnéticos son atraídos por un imán, estos minerales pueden ser imantados y convertirse en un imán (natural o artificial). Estos pueden magnetizarse rápidamente y conservarla durante un periodo largo de tiempo. Además, una de las ventajas que tienen es la facilidad de la alteración de los dipolos.

En 1907, Wess obtuvo ese conocimiento cuando examinaron los momentos magnéticos de los átomos. Según la teoría del francés Pierre-Ernest Weiss un sólido ferromagnético consta de una gran cantidad de pequeñas regiones, o dominios, en cada uno de los cuales se alinean todos los momentos magnéticos atómicos o iónicos.  En una dirección de magnetización uniforme dentro de un dominio.

¿Cómo funciona el ferromagnetismo?

El ferromagnetismo funciona al presentar este tipo de material a un campo magnético intenso. Consecuentemente con esto conseguimos una alineación en la misma dirección que el núcleo del ferromagnetismo.

Los materiales con esta características son el hierro, el cobalto y el níquel. Dentro de estos tres el que más peso tiene es el hierro, el cual responde al campo magnético que al mismo tiempo aplicándolo de la misma forma que a su configuración interna.

Al ferromagnetismo se le denomina como a la propiedad de permeabilidad magnética relativa superior a 1. La permeabilidad relativa se puede conocer gracias a la siguiente fracción:

μ = coeficiente de permeabilidad absoluta de un medio en concreto

μ0 = permeabilidad del vacío

Los materiales tienen una temperatura límite, la cual si se sobrepasa podrían perder las propiedades ferromagnéticas. La temperatura de estos elementos magnéticos se llama temperatura Curie.

¿Qué usos y aplicaciones tiene el ferromagnetismo?

Las aplicaciones de los materiales compuestos con partículas ferromagnéticas en la actualidad como:

• Electrodomésticos: se encuentran en electrodomésticos destinados a la cocina, ya sean placas de inducción o sartenes.

• Campo medicinal: se dedica para fabricar marcapasos, implantes y desfibriladores.

• Campo tecnológico: los encontramos en los auriculares para teléfonos móviles que emplean electroimanes.

• Campo industrial: los emplea en motores eléctricos y en transformadores.

Cuáles son las partes de un imán

El imán es un cuerpo creado por varios materiales (dependiendo el tipo de imán) que produce un campo magnético en torno a los polos (el polo norte y el polo sur) que hace la función de atracción o rechazo hacia otros imanes elaborados con materiales ferromagnéticos. El imán no está hecho de una sola pieza como pueda parecer, sino que está compuesto por 3 partes las cuales tienen diferentes funciones.

Los imanes están compuestos de 3 partes:

• Eje magnético:  es una línea recta que hace la función de unión entre el polo norte y el polo sur del imán.

• Línea neutral: los límites de los dos polos donde se separan la zona polarizada: positivo y negativo. En esta parte del imán al ser la encargada de desasociar los polos, es donde se encuentra la mínima atracción del imán.

• Polos: Existen dos polos, el positivo y el negativo, estos se encuentran en los extremos del imán.  El polo norte tiene una carga positiva y el polo sur tiene una carga negativa, a diferencia de las cargas eléctricas los polos si se pueden separar. Si la aproximación de los polos es igual se repelen, en cambio si los polos son opuestos se atraen. En esta parte del imán, es donde se centraliza la mayor fuerza de atracción.

¿Los imanes se pueden dividir?

Los polos de un imán son inseparables, es decir, no se pueden dividir, en el caso de que se corte un imán por la mitad y se consigan 2 trozos independientes, las diferentes partes obtendrán su polo norte y polo sur correspondiente. Sin embargo, la fuerza de atracción del imán se ve afectada disminuyendo su fuerza de atracción.

Los polos se encuentran con gran frecuencia de color rojo el polo norte y de color azul el polo sur.

El planeta Tierra se comporta como un gran imán, el cual tiene un campo magnético con dos polos que se encuentran próximos a los polos geográficos. El polo norte de un imán, lo podemos encontrar con una gran fuerza de atracción al sur magnético geográfico, por lo que el polo sur se encuentra atraído por el polo norte geográfico.

Los polos del imán pueden verse modificados, ya que varios investigadores han observado una debilitación en el campo magnético de la Tierra por lo que, los polos norte y sur están intercambiando la posición.

IMA participa en el Proyecto PASSENGER, ayudando a hacer posible una Europa más sostenible y ecológica

Disponer de materias primas de forma sostenible en Europa es uno de los desafíos más importantes. En concreto, las tierras raras son elementos muy contaminantes y escasos, pero necesarios para poder fabricar los imanes permanentes que permiten aplicaciones magnéticas de gran relevancia en muchos sectores.

Debido a la prioridad que actualmente Europa está otorgando a esta cuestión, surge el Proyecto PASSENGER que invierte en la investigación y desarrollo tecnológico de alternativas posibles a las tierras raras, utilizando el know-how y talento europeo, así como las tecnologías más innovadoras.

El Proyecto permitirá obtener conocimiento sobre el reciclado de estos imanes, investigando procesos y aleaciones posibles que nos permitan reciclar y generar nuevas posibilidades de materia prima. Para ello se han creado 8 actividades innovadoras con diferentes materiales, que cubrirán la cadena de valor e introducirán la electromovilidad, sector clave de la conducción con estas áreas: e-scooter, bicicletas eléctricas, motos y coches eléctricos.

El programa cuya duración será de 4 años (2021-2025) ha sido fundado y financiado por el Programa Marco Horizonte 2020 de la Comisión Europea y será coordinado por el instituto de Madrid IMDEA Nanociencia (Advance Studies in Nanoscience).

El proyecto PASSENGER se desarrolla con un total de 20 partners, entre ellos líderes de investigación, asociaciones europeas e industrias que se dedican a la fabricación de imanes permanentes, como Ingeniería Magnética Aplicada.

Nuestro rol en el proyecto es la participación en varios paquetes de trabajo y también el liderazgo de uno de ellos gracias a nuestros conocimientos y experiencia en la inyección magnética. Se utilizarán nuestras máquinas de inyección para la creación de nuevas calidades de imanes inyectados con el “nuevo polvo creado” y la reutilización de polvo de imanes sin uso.

IMA, como las demás empresas, obtendrán una contribución a las intenciones del pacto verde de cero emisiones y transporte urbano limpio.

Otras de las actividades que se incluyen en este proyecto son la estandarización, análisis del ciclo de vida (LCA) y análisis del costo del ciclo de vida (LCC). También la reciclabilidad y evaluación del ciclo de vida en el entorno social de los productos y las tecnologías que usa este proyecto.

¿Cuántos tipos de electromagnetismo existen?

El electromagnetismo estudia las interacciones que se encuentran en las cargas eléctricas que se expresan mediante campos eléctricos y de campos magnéticos conectados entre sí. Tanto los campos eléctricos como los magnéticos tienen cargas eléctricas. 

Las interacciones del electromagnetismo se descubrieron en 1821, gracias al científico del británico Michael Faraday que con ayuda de James Clerk Maxwell completó el fenómeno en 1865.

Tipos de electromagnetismo que existen

En el momento que hablamos de campos electromagnéticos, los podemos dividir en dos tipos de electromagnetismo: campos eléctricos estáticos y campos magnéticos estáticos; con sus respectivas cargas. Además de estos dos tipos de electromagnetismos encontramos los campos electromagnéticos variables en la radiación y en el tiempo, donde las cargas y los campos están en constante movimiento.

Las cargas eléctricas son primordiales para las fuerzas magnéticas y electromagnéticas. La diferencia entre los dos tipos de electromagnetismos que existen son las fuerzas magnéticas y las electromagnéticas es la dinámica de cargas que tienen cada una. La fuerza eléctrica y la fuerza magnética se producen con cargas en movimiento, la diferencia está en que la fuerza estática además de esta forma de obtener esas cargas, también las pueden obtener con cargas estáticas. Por otro lado, la fuerza eléctrica tiene la capacidad de condicionar a partículas con carga en movimientos o paradas, entre tanto la fuerza magnética solo crea influencia en cargas en movimiento.

Los fenómenos eléctricos no sólo permanecen en fenómenos naturales ni en fenómenos antrópicos, sino que también se encuentran en los átomos. Estas partículas subatómicas dan estabilidad a las distintas propiedades de un material, que posteriormente afectan a los distintos tipos de electromagnetismo que existen.

Cabe destacar que la fuerza magnética también está presente en todos los átomos (diamagnetismo), con la fuerza eléctrica es inferior. Cuando aparece la presencia de electrones desapareados, encontramos el paramagnetismo que es una fuerza superior. El paramagnetismo depende de interacciones entre algunos átomos y moléculas, en otras palabras, no ocurre en átomos individuales. Las moléculas que generan estas interacciones son los componentes básicos de los imanes.

Usos y aplicaciones de los distintos tipos de electromagnetismo que existen

El electromagnetismo los encontramos en varios sectores como, por ejemplo: ingeniería, electrónica, aeronáutica, medicina… También podemos encontrar aplicaciones de electromagnetismo en la vida diaria en:

• Timbres: El timbre a través de un electroimán le llega una carga eléctrica que produce un campo magnético atrayendo a una especie de martillo con un metal. Posteriormente se produce el ruido a causa del choque. El funcionamiento de estos timbres se basa en fenómenos electromagnéticos.

• Microondas: Este electrodoméstico produce radiaciones electromagnéticas que hacen vibrar las moléculas de agua que se encuentran en los alimentos, lo que genera calor para la cocción de la comida.

• Micrófono: Este instrumento a través de una membrana es atraído por un imán que se encuentra en el interior de un campo magnético produciendo el sonido de forma amplificada. El micrófono es una de las aplicaciones electromagnéticas más usuales.

¿Qué es la magnetorrecepción?

La magnetorrecepción es la habilidad de notar los campos magnéticos para percibir una posición determinada, la dirección del campo magnético. Asimismo, como conocer la latitud en la cual se encuentran.

La magnetización en animales

La magnetización se descubrió hace años, los primeros animales que lo utilizan eran las palomas mensajeras, ya que, le ayudaban a orientarse a la hora de desplazarse de un lugar a otro para hacer llegar el mensaje de esta manera no había margen de perdían y volver correctamente a su lugar de origen y de destino. Con el paso del tiempo se fueron averiguando que el abanico de animales el cual utilizaban la magnetorrecepción, donde se encuentran: otras aves, abejas, hongos, algunas bacterias…También las podemos encontrar en moscas de la fruta, rayas, langostas… Además, encontramos los tiburones los cuales utilizan la electrorrecepción, por lo que tienen la habilidad de orientarse gracias al campo magnético terrestre, empleando su campo eléctrico combinado con las corrientes marinas.

¿Cómo funciona la magnetorrecepción?

No se tiene un conocimiento exacto del funcionamiento de la magnetorrecepción, de lo que sí se tiene conocimiento es que la Tierra funciona mediante un gran imán. Esto produce campos magnéticos y los animales anteriormente mencionados son capaces de percibirlos, por el fin de tenerlos como base para guiarse en la dirección correcta.

Existen tres teorías sobre cómo funciona el mecanismo de la magnetorrecepción:

1. Primero abarca minerales magnéticos de óxido de hierro que se halla en los cristales de magnética biológica que les da la posibilidad de percibir el campo magnético de la tierra. Estos cristales magnéticos los podemos encontrar en el pico de las aves.

2. Más tarde encontramos una alteración del campo magnético del ESPÍN o del criptocromo, un tipo de fotorreceptores de luz azul que se encuentran en las plantas y en animales, que nos permite ubicar la dirección del campo magnético. Estos criptocromos también son unas proteínas la cual una vez es activada por la absorción de la energía, forman “pares radicales”.

3. La inducción electromagnética es la última teoría que se ha descubierto de la magnetorrecepción esta involucra a animales sensibles y acuáticos, que poseen un mecanismo neuronal o celular, el cual permite convertir la electro-receptividad (recibir y utilizar los impulsos eléctricos) en sensibilidad magnética.

¿Cuántos polos puede tener un imán?

Un imán es un mineral que tiene la capacidad de atraer partículas metálicas, debido a su campo magnético. Existen dos tipos de imanes: los imanes naturales como la magnetita e imanes artificiales como los imanes permanentes.

Independientemente del tipo de imán, estos tienen la capacidad de atraer fragmentos metálicos debido a sus dos polos: el polo norte (con una carga positiva) y el polo sur (con una carga negativa).  El polo con carga positiva posee una mayor potencia y fuerza magnética que el polo con carga negativa.

Los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen. A diferencia de los polos, las cargas eléctricas no se pueden separar de los polos.

La Tierra es como un gran imán, los polos magnéticos y los polos geográficos de su eje, no son los mismos. El polo norte de un imán se encuentra en la misma dirección y atraído por el polo sur magnético geográfico, de la misma forma que el polo sur de la tierra se encuentra conectado con el polo norte geográfico. Los ejes del polo norte tanto geográfico como magnético hacen un ángulo llamado como: declinación magnética.

En 1831 varios científicos se dieron cuenta que el norte magnético que se encuentra en la tierra se desplaza con el paso del tiempo. Esto se debe al hierro que se encuentra en el centro terrestre que por su movimiento de rotación produce corrientes eléctricas que posteriormente generan el campo magnético.

¿Cómo encontrar los polos de los imanes?

Dependiendo del tipo de imán encontramos los polos en un lugar o en otro, si el imán tiene una forma rectangular los polos los encontramos en los extremos. En el caso que tenga una forma circular, los diferentes polos los encontramos en las bases. Para conocer los diferentes polos, los podemos conocer con los medidores de polos. Además de los detectores de polos, también se pueden conocer empleando otro imán o usando una brújula.

La brújula a diferencia del medidor de polos se alinea con el campo magnético de la tierra, en otras palabras, nos ayudará a encontrar el polo norte y el polo sur magnético, gracias a la dirección que marque la aguja de la brújula.

Otra manera visual de reconocer los diferentes polos es debido a los colores que se le otorga; el polo sur se le suele otorgar el color azul, mientras al polo norte, se le suele otorgar el color rojo.

¿Qué es y cómo funciona la energía electromagnética?

La energía electromagnética es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos apropiarle la existencia de un campo electromagnético. En otras palabras, un campo magnético y un campo eléctrico que se muestra en función de la intensidad según los campos.

El electromagnetismo se responsabiliza de la interacción de las diferentes partículas cargadas de una forma eléctrica.

¿Cómo se producen estas ondas electromagnéticas?

La energía electromagnética se produce con la fricción de los diferentes materiales induciendo la corriente eléctrica provocada por el giro de la tierra provocando la magnetización de los materiales. Si queremos conocer el flujo de energía electromagnética por unidad de área, se puede encontrar gracias a la fórmula que mostramos a continuación:

El flujo de energía electromagnética se denomina S, la permeabilidad al vacío μ₀, la E sería el campo eléctrico y la B simboliza el campo magnético.

La energía electromagnética depende del tipo de radiación: ya sea ondas electromagnéticas de radio, energía lumínica, rayos gamma, rayos x, rayos infrarrojos o ultravioleta; se pueden emplear para diferentes aplicaciones. Por ejemplo: los rayos x se emplean en el sector de la medicina.

Usos y aplicaciones que tiene la energía electromagnética

Esta energía se basa en unas ondas electromagnéticas que se encuentran en los campos mencionados anteriormente propagándose mediante el espacio, trasladándose a la velocidad de la luz. Estas ondas electromagnéticas tienen diversas aplicaciones como:

• Las ondas de radio se extienden en una clase de frecuencia que engloba desde las frecuencias más altas a las más bajas. También se pueden producir naturalmente a través de sucesos naturales como relámpagos.

• Las radiaciones infrarrojas se emplean en varios sectores como por ejemplo el sector militar, industrial, construcción, científico...

• Las ondas de los microondas se aplican en la radioastronomía que estudia los elementos astronómicos mediante la percepción de ondas de radio que se encuentran en el universo.

• Los rayos X se utilizan en el ámbito de la medicina, para obtener el diagnóstico del tratamiento de una enfermedad, así como de prever la enfermedad en sí.

La fuente principal de la energía electromagnética es la energía solar, en el caso que busquemos una gran cantidad de radiación electromagnética utilizamos fuentes artificiales, es decir, creadas por el hombre.