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Histéresis

¿Qué es exactamente la histéresis? - El efecto de la histéresis explicado de forma sencilla

Como propiedad de los materiales ferromagnéticos, la histéresis (de histéresis: retardo de un efecto respecto a la fuerza variable que lo provoca) es una ilustración gráfica de la magnetización y la remanencia. La magnetización de un material aumenta cuando se aplica un campo magnético externo y vuelve a disminuir cuando se retira. Sin embargo, esto no ocurre tan rápidamente con los materiales ferromagnéticos: la desmagnetización en el curso de la histéresis se produce aquí más lentamente en cuanto se desconecta el campo magnético. Cuando el campo magnético externo se desconecta por completo, en los materiales ferromagnéticos permanece la llamada remanencia, que no es más que una magnetización residual. Se dirige en dirección opuesta al campo magnético externo que se aplicó en su día.

La histéresis es, por tanto, un fenómeno físico que describe la no proporcionalidad entre el curso del campo magnético externo y el curso de la magnetización en el material ferromagnético. De este hecho se deduce que la magnetización de un imán con un campo magnético dos veces más intenso no da lugar automáticamente a que la magnetización se duplique.

¿Cómo visualizar gráficamente la histéresis?

Como ya se ha mencionado, la histéresis debe visualizarse gráficamente utilizando un sistema de coordenadas:

• El eje x representa el campo magnético H
• El eje y representa la densidad de flujo magnético B

Al principio, la magnetización del material ferromagnético aumenta con el campo magnético externo; mientras el campo magnético externo sea más intenso, se mantiene así. Sin embargo, en cuanto se debilita, la magnetización vuelve a disminuir, pero no tan rápidamente como el campo magnético, que se reduce.

Este efecto de histéresis es el responsable de que al final -es decir, cuando el campo magnético externo se ha apagado por completo- quede una magnetización residual en el material: la remanencia. Por tanto, la densidad de flujo magnético siempre va ligeramente por detrás de la intensidad del campo de magnetización. Al final, hay dos curvas que son simétricas en el punto de origen. Se encuentran en el primer y tercer cuadrante del sistema de coordenadas y forman dos valores límite, que explicaremos con más detalle más adelante.

¿Qué describe la curva de histéresis en el campo del magnetismo?

La denominada curva de histéresis depende del material respectivo. Sólo existe para los materiales ferromagnéticos:

• Si la distancia entre las dos curvas es grande, indica un material magnético duro.
• Una distancia menor indica un material magnético blando.

Si un material aún no está magnetizado y se expone a un campo magnético externo, la curva de la densidad de flujo magnético comienza naturalmente en el origen. Se extiende hasta uno de los puntos angulares antes mencionados y los expertos también la denominan curva nueva. Ésta tiene una propiedad especial: corresponde aproximadamente a una línea recta. Esto significa que la densidad de flujo magnético y la magnetización del material en relación con el campo magnético externo son aproximadamente lineales.

A partir de esta relación (con µ para la permeabilidad magnética) se puede deducir la siguiente fórmula para calcular la histéresis:

En el interior del material ferromagnético, el campo magnético corresponde a la suma de la magnetización M y el campo magnético exterior H. Si un cuerpo ferromagnético ya magnetizado se expone a un campo magnético opuesto, su magnetización se debilita inicialmente, pero sigue existiendo. El material ferromagnético sólo se desmagnetiza por encima de una determinada intensidad de campo del campo magnético externo, de modo que deja de ser magnético en este determinado valor límite, también denominado intensidad de campo coercitivo. Si el campo magnético externo sigue aumentando en intensidad, la magnetización del material finalmente se invierte - básicamente todo el proceso de magnetización, que ya se ha explicado anteriormente, comienza de nuevo. Sólo que esta vez en la otra dirección.

Otra variable interesante que puede extraerse de la curva de histéresis: La energía que contiene el imán por unidad de volumen. Se obtiene a partir del área encerrada por la curva de histéresis. Esta energía se transforma en calor durante el proceso de magnetización. En los materiales magnéticamente blandos, la energía es menor que en los materiales magnéticamente duros. Por tanto, los materiales magnéticamente duros son menos sensibles a las influencias externas. Por ejemplo:

• Campos magnéticos
• Calor
• Choques mecánicos

Los materiales magnéticos duros son, por tanto, perfectamente adecuados para su uso como imanes permanentes. En cambio, los transformadores se fabrican con materiales magnéticos blandos. En un transformador, el campo magnético cambia constantemente de polaridad. En última instancia, esta magnetización cambiante del material debe consumir la menor cantidad de energía posible.

Antecedentes físicos de la histéresis

Un material ferromagnético puede visualizarse a nivel atómico. Cada átomo tiene electrones y éstos tienen un espín electrónico. Estos espines determinan a su vez los momentos magnéticos elementales de cada material ferromagnético (por ejemplo, el hierro). Básicamente, pueden equipararse a los conocidos imanes elementales que siempre se dibujaban como pequeñas flechas en las clases de física. Un campo magnético externo hace que se alineen según este campo y se estabilicen mediante la llamada interacción de intercambio.