Diferencias entre materiales ferromagnéticos, paramagnéticos y diamagnéticos

Los materiales magnéticos se pueden clasificar según las propiedades magnéticas a causa de estímulos del campo de atracción que tengan los diferentes materiales, ante varios tipos de respuestas que den. Estos materiales tienen la capacidad de atracción o repulsión sobre otros.
Los materiales magnéticos tienen diferentes tipos de propiedades y estructuras dependiendo del tipo de material magnético. Existen dos tipos de materiales magnéticos:

• Los materiales blandos: se caracterizan por su capacidad a magnetizarse y desmagnetizarse fácilmente.

• Los materiales duros: se caracterizan por su alta resistencia a la desmagnetización, por lo que, a pesar de retirar su campo magnético, este no se desmagnetizará.

Los materiales magnéticos se pueden clasificar en materiales: diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos, ferrimagnéticos, supermagnéticos y ferritas. Sin embargo, los más empleados son: ferromagnetismo, paramagnetismo, diamagnetismo.

Ferromagnetismo

El ferromagnetismo es una propiedad que poseen algunos materiales en los cuales los espines de los electrones que se conoce como dominio magnético se colocan paralelamente. En este caso la temperatura le afecta directamente ya que puede alterar el desorden si la temperatura se va incrementando, todos los materiales ferromagnéticos tienen una temperatura característica que se conoce como temperatura Curie Tc.

Paramagnetismo

El paramagnetismo es el fenómeno que se da en el momento que las moléculas que se encuentran en una sustancia tiene un magnetismo estable. De la misma manera, aparece cuando los materiales se magnetizan cuando están en contacto con un campo magnético externo. Este fenómeno aparece cuando algunos electrones no están emparejados.

Propiedades de los materiales paramagnéticos:

• A diferencia de los materiales ferromagnéticos, estos si el campo magnético desaparece, las propiedades magnéticas que tenga el imán desaparecerá con él.

• Su magnetización es débil y temporal. Además, como los ferromagnéticos se magnetizan en el mismo sentido

• Tienen una permeabilidad magnética >1.

Diamagnetismo

El diamagnetismo es la propiedad que poseen algunos materiales que consiste en repeler los campos magnéticos.

El diamagnetismo fue develado por Sebald Justinus Brugmans que se dedicó a estudiar los elementos de la tabla periódica, más específicamente: el bismuto y el antimonio. Al poco tiempo se dio cuenta que estos se producían un rechazo mutuo como consecuencia de los campos magnéticos.

Las características que han de tener los materiales diamagnéticos son:

-         Tener todos los electrones aparejados

-          Conservar una permeabilidad relativa mayor a 1

-          Poseer una inducción y susceptibilidad magnética negativa

-         Magnetización débil y en el sentido opuesto al campo magnético.

Los materiales diamagnéticos: Agua, el helio, el cobre, el oro, el silicio, el bronce.

Búsqueda de tesoros con imanes

En el siglo XVIII varios profesionales del sector de la minería y científicos de varias ramas, se introdujeron en la investigación de hallar metales por debajo de la superficie, con ayuda de una máquina.

El primer detector de metales fue patentado en 1925, pero antes se utilizó para salvar la vida del presidente James Garfield de ser baleado, con la ayuda de este artilugio intentaron sacar la bala, a pesar de que no pudieron dar con la bala y falleció. Más tarde se fueron actualizando y mejorando hasta llegar al sensor de metales actual. Los detectores de metales más relevantes se emplearon en localizar bombas que quedaron de la primera y segunda guerra mundial y para ubicar minas terrestres.

¿Qué es y cómo funcionan los detectores de metales?

Los detectores de metales son instrumentos que nos ayudan a detectar el magnetismo y la conductividad a través de un campo electromagnético qué es generado por el mismo detector de metales. El campo necesita las ondas electromagnéticas para conectarse con las propiedades magnéticas que poseen dicho material metálico, cuando es atraído adecuadamente por el instrumento.

El imán que se encuentra en el campo magnético es el electroimán, el cual nos permite atraer objetos ferromagnéticos. Este tipo de imán tiene la habilidad de activar o de desactivar el magnetismo, en su contra no podrá ser utilizado con la ausencia de una corriente eléctrica. Por lo que se encarga de localizar partículas metálicas en un espacio en concreto. Por ejemplo, podemos encontrar desde detectores de metales acuáticos o sumergibles para utilizarlos en la playa y poder detectar metales bajo del agua, hasta detectores de metales en diferentes sectores como en la industria alimenticia o en el sector industrial.

¿Qué tipos de detectores de metales existen?

Existen diferentes tipos de detectores de imanes dependiendo de la aplicación que hagamos, emplearemos detectores de baja frecuencia VLF, de inducción de pulsos PI. Además de estos, podemos encontrar de multifrecuencias, de caja, y los más conocidos los detectores de oro.  Este último tipo destinado a la obtención de oro se requiere un estudio previo ya que son más complejos. Los detectores de oro tienen un circuito de baja frecuencia con inducción de pulso, ignorando todas las condiciones del suelo mineral y con la capacidad de hallar grandes cantidades de oro. Actualmente, existen detectores de metales modernos de todas las medidas; grandes o pequeños dependiendo la franja de espacio en la que se quiere trabajar, permitiendo identificar oro.

Hay diferentes sensores de metales dependiendo el conocimiento que tengamos sobre este instrumento, existen detectores de iniciación y detectores profesionales. Los detectores de metales como su propio nombre indica están destinados a encontrar todo tipo de imanes metálicos.

¿Qué son los materiales ferromagnéticos?

Los materiales ferromagnéticos son sustancias que poseen un gran magnetismo en el mismo sentido del campo magnético a causa de él. Este tipo de magnetismo destaca por su gran sensibilidad a los campos magnéticos.

Estos materiales están formados con iones de metales los cuales forman dominios. El dominio es el espacio en el que se encuentra una magnetización uniforme, dicho de otra manera, cuando todos los átomos están alineados y en la misma dirección.

Los materiales ferromagnéticos ya se empezaban a usar desde que los empezaron a usar para la navegación.

Los elementos con ferromagnetismo se destinan a varias aplicaciones, unas de las más empleadas son: imanes permanentes, núcleo del transformador, cintas magnéticas y almacenamiento de memoria. Además, se utilizan para motores, sensores y transformadores.

Tipos de materiales ferromagnéticos

Las características primordiales que han de tener los materiales son: una mayor facilidad de imantación y una gran permeabilidad. Además, en el caso de que el campo magnético quede suprimido, la imantación perdurará. Las propiedades de los materiales ferromagnéticos son varias, pero las más importantes son: su gran inducción magnética y su sencillez de reunir las líneas del campo magnético, que posteriormente desciende a una gran acumulación de la densidad del flujo.

Los materiales ferromagnéticos más habituales son:

• El hierro: El hierro y sus aleaciones, tienen una gran permeabilidad, y consecuentemente con esto aumenta el campo b.

• El cobalto: El cobalto igual que sus aleaciones son muy resistentes a la corrosión, por lo que pueden trabajar bajo elevadas temperaturas.

• El níquel: El níquel del mismo modo que sus aleaciones tienen una gran durabilidad y son buenos conductores, junto al cobalto, este también es muy resistente a la corrosión.

Además de estos podemos encontrar: Gadolinio, disprosio, permalloy, awaruite y wairakite.

La clasificación de estos materiales depende de la coercitividad que poseen, es decir, la intensidad del campo magnético que necesita para ser desmagnetizado. Estos materiales pueden ser blandos o duros:

• Los materiales ferromagnéticos blandos: se magnetizan y se desmagnetizan con facilidad. También, tienen la capacidad de aumentar la inducción magnética. Este tipo de materiales se destinan a la construcción de máquinas eléctricas, así como para generadores y motores.

• Los materiales ferromagnéticos duros: una vez magnetizados se convierten en imanes permanentes, estos disponen de una elevada coercitividad, por lo que se suelen emplear a imanes permanentes. Este tipo de imanes se utilizan para timbres de teléfonos y altavoces.

¿Cuánto duran los imanes?

Hay muchos factores que pueden influir en el tiempo que tarda en perder sus propiedades magnéticas. Sin embargo, los imanes mantienen su magnetización durante cientos de años, por ejemplo, un imán permanente, más específicamente de samario tarda 700 años en perder la mitad de su fuerza magnética. Si nos vamos a los imanes de neodimio y de ferrita, estos tienen un magnetismo casi permanente.

Los factores que afectan a la duración de un imán son:

• El tiempo de vida: el tiempo de vida de un imán no es eterno, con el paso del tiempo los imanes van perdiendo su magnetización inevitablemente, un mal cuidado puede provocar una aceleración del desmagnetización.

• Cambio de temperatura: dependiendo del tipo de imán permanente, podremos emplear un imán a una temperatura u otra, ya que no es lo mismo un imán de neodimio y un imán de alnico.
  El imán de neodimio tiene una temperatura de trabajo de 80ºC a 200ºC, mientras que el imán de alnico puede resistir temperaturas de -250ºC a 425ºC.

A la hora de elegir el imán permanente que queremos utilizar, tendremos que tener en cuenta a qué aplicación lo queremos destinar. No es lo mismo destinarlo a sujeción en el interior de hornos, que en separadores magnéticos.

• Contacto con otros elementos magnéticos: a la hora de almacenar un imán debemos tener en cuenta que haya algún tipo de aislante magnético, como por ejemplo algún separador de plástico. Como ya conocemos el plástico es uno de los aislantes magnéticos más conocidos y utilizados hoy en día; de esta forma evitaremos que la presencia de elementos ferromagnéticos que se encuentren alrededor no perjudique la magnetización del imán.

De la misma forma tenemos que tener en cuenta que no haya ningún otro tipo de imán permanente cerca, ya que el imán permanente con mayor fuerza magnética le quita fuerza al menor. También guardar imanes cerca con cargas opuestas puede afectar y acelerar la pérdida de la carga del imán.

• Daño y choque físico: un imán que se ha caído al suelo o se ha visto golpeado en varias ocasiones tendrá su potencia magnética dañada. Dependiendo del imán algunos tienen una resistencia a la corrosión mayor que otros, un ejemplo claro es el imán de neodimio que a pesar de ser el imán más potente este tiene una tolerancia a la corrosión menor, por lo que se suele emplear con un revestimiento niquelado, que hace la función de protección a rozaduras y a agentes químicos externos.

Para alargar la duración de los imanes tenemos que tener en cuenta estos factores y tratar los imanes correctamente con sus cuidados pertinentes.

¿Qué es un imán electropermanente?

El primer imán electropermanente, fue creado en 1824 por el físico William Sturgeon. Este físico conectó un alambre a los dos extremos de una batería, este alambre estaba enrollado a una barra de hierro como podemos ver en la foto.

Más tarde con el paso del tiempo el imán electropermanente fue evolucionando hasta el imán que conocemos hoy en día.

¿Qué es un imán electropermanente?     

Un imán electropermanente o también conocido como los electroimanes de corriente continua son un tipo de imán hecho de aleaciones férricas que produce una que ofrecen un campo y una intensidad constante, en otras palabras, la corriente se da debido a la circulación de electrones que se mueven desde el polo (-), al polo (+), estos mantienen la misma polaridad.

Los electroimanes de corriente continua son los encargados de convertir la corriente eléctrica en corriente mecánica.

El imán electropermanente se utiliza por las siguientes características:

• Como su propio nombre indica tiene una corriente continua, es decir, tiene una alimentación ininterrumpida.

• Tiene una pieza plana F1112 y un espesor de 3µ.

• Tienen la capacidad de mantener 35ºC de temperatura.

• El espacio de aire que se encuentra entre el centro del extractor y del rotor es nulo.

En el caso de que el imán sea de neodimio, cómo este tipo de imán permanente ya dispone de una gran fuerza magnética, no requerirá de una corriente eléctrica. Sin embargo, en el caso de que haya una corriente eléctrica, hará la función de neutralizar la fuerza que ya posee desde un principio el imán de neodimio.

¿Cómo funciona un imán electropermanente?

El funcionamiento de los electroimanes de corriente continua se debe a su fuente de alimentación de 24V, en el momento en el cual activamos la corriente, se produce un campo magnético, donde se concentra en una armadura de hierro ayudando a fijar cualquier tipo de sujeción.

Los electroimanes se activan directamente al entrar en contacto con la pieza metálica. Este tipo de electroimanes está predestinado a ofrecer un funcionamiento permanente y cómodo.

Usos y aplicaciones del imán electropermanente

Las aplicaciones que necesitan una corriente continua para funcionar son las televisiones, ordenadores, teléfonos móviles…. Por otro lado, como todos los electroimanes se destinan para frenos y embragues electromagnéticos, así como de motores eléctricos. Los electroimanes de corriente continua se emplean para aplicaciones que requieran una manipulación de objetos metálicos con en la robótica industrial, ya que se requieren para el posicionamiento de piezas.