El ciclo de histéresis de las sustancia ferromagnética y la Teoría de Dominios.

Las sustancias se clasifican, desde el punto de vista magnético, en diamagnéticas, paramagnética y ferromagnéticas.Las ferromagnéticas son aquellas sustancias que experimentan una fuerte atracción por el polo de un imán. El hierro y muchas de sus aleaciones son ferromagnéticas. Hay otras sustancias en las que no aparece el hierro y sin embargo exhiben ferromagnetismo.

Las sustancias ferromagnéticas tienen además un comportamiento muy curioso: una vez que se les aplica un campo externo son capaces de conservar esta magnetización. Los imanes se construyen con sustancias ferromagnéticas. Para entender este proceso es necesario trazar la curva de magnetización que se conoce, cuando se hace de forma cíclica, como ciclo de histéresis.

La palabra histéresis proviene del griego hysteresis que significa “con memoria” En física se entiende por histéresis magnética la tendencia de la sustancia a conservarse propiedad magnética, en ausencia del campo magnético que la estimuló. Existen manifestaciones de este tipo en otras ramas de la física.

Por razones cuánticas, los momentos magnéticos de todos los átomos de regiones casi macroscópicas se alinean formando micro imanes perfectos que se denominan dominios. Las orientaciones de estas regiones son aleatorias y es por eso que generalmente aparecen desmagnetizados. Cuando la sustancia se somete a un campo magnético externo, los dominios tienden a rotar alineándose con el campo externo. Con un campo suficientemente grande todos los dominios se alinean y se alcanza una magnetización máxima que se denomina magnetización de saturación (Ms). Al disminuir el campo, la magnetización disminuye en la medida que la mayoría de los dominios va recobrando su posición inicial. Sin embargo, otros no llegan a alcanzar el desorden completo debido a las fuerzas que aparecen entre los dominios, haciendo que persista una magnetización remanente (Mr) cuando el campo externo es nulo. Para eliminar esta magnetización remanente es preciso aplicar un campo magnético en sentido contrario que recibe el nombre de campo coercitivo (Bc). (por razones históricas a veces se le llama fuerza coercitiva).

Estos puntos se ilustran mejor en el ciclo de histéresis.

Fig1. Ciclo de histéresis mostrando la magnetización de saturación Ms en 2, la magnetización remanente Mr en 3 y el campo coercitivo Bc en 4

Fig 2. Alineación de los dominios magnéticos. A medida que aumenta B los dominios con orientación preferencial crecen a expensas de sus vecinos

Al someter una sustancia ferromagnética a ciclos de magnetización y desmagnetización, se disipa energía en forma de calor. Esta es una de las razones que hace que los motores y transformadores con núcleo de hierro se calienten. Las pérdidas de energía al realizar un ciclo de histéresis son directamente proporcionales al área de la curva del lazo. A mayor valor de Mr , más ancho es el ciclo, mayor energía se requiere para desmagnetizar el material, mayores las pérdidas energéticas si fuera a ser empleado en un transformador pero mejor su comportamiento si se desea como imán permanente. A menor Mr el ciclo se hace más estrecho, son menores las pérdidas por ciclo y sería bueno para núcleo pero malo para almacenar información en una tarjeta de crédito. A las sustancia con ciclos anchos se les denomina ferromagnéticamente duras y a las de ciclo estrecho ferromagnéticamente blandas. La composición química y el estado estructural son las dos principales factores que determinan si una sustancia es blanda o dura.Las duras se emplean para fabricar imanes permanentes, discos duros para computadoras o para trajeras bancarias (ferrita blandas).Las blandas se emplean para núcleos de transformadores y motores o para núcleos de dispositivos electrónicos (ferritas blandas para frecuencias intermedias, equiparadores de impedancias…)