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Saturacion magnetica

La magnetización máxima de un material se llama magnetización de saturación. El fondo es inicialmente proporcional a la fuerza magnética del campo magnético que aumenta la fuerza magnética en el caso de la magnetización de un cuerpo ferromagnético. Sin embargo, desde un cierto punto de tiempo, esta magnetización aumenta cada vez más lentamente hasta que finalmente alcanza un punto final, la llamada saturación magnética. Es la razón por la que los imanes permanentes tienen una intensidad de campo magnético limitada, por lo que no hay imanes que sean arbitrariamente fuertes.

Explicación física de la magnetización y la saturación del campo magnético

El intento de aumentar la magnetización después de alcanzar la saturación magnética da como resultado el siguiente comportamiento: El material se comporta como si el campo magnético externo aumentara en el vacío. La magnetización se puede observar en este contexto, especialmente en materiales ferromagnéticos: la densidad de flujo magnético aumenta muy fuerte tan pronto como el material ferromagnético se introduce en un campo magnético externo. La explicación física de esto son los giros de electrones. Estos se alinean en el ferromagneto después del campo magnético aplicado externamente. Con el aumento de la magnetización, más y más de estos llamados momentos magnéticos (efecto del giro del electrón) se alinean en paralelo al campo magnético. Este proceso también se llama polarización magnética. Debido a la alineación en sí, el campo exterior se fortalece. Se trata en este caso de un fuerte aumento de la densidad del flujo magnético y del campo magnético en las proximidades del ferromagneto. Lógicamente, este proceso solo tiene lugar hasta que todos los momentos magnéticos existentes estén alineados.

Una vez hecho esto, se alcanza la saturación magnética. A partir de ahora, el campo magnético externo del ferromagneto no se puede amplificar aún más, incluso si se aumenta más desde el exterior. La densidad de flujo de este campo se comporta a partir de ahora como si el campo magnético se amplificara en vacío. Así que no hay amplificación por el ferromagneto en su lugar, después de todo, no se puede alinear más el giro de los electrones.

el experimento muestra saturación magnética

Este experimento requiere una bobina con un núcleo de hierro y un medidor de densidad de flujo magnético (como una sonda Hall) y una fuente de voltaje ajustable. En el experimento, uno siempre mide la densidad del flujo magnético directamente en el núcleo de hierro con corrientes cambiantes. Resulta que la densidad de flujo magnético inicialmente aumenta muy significativamente con un aumento de la corriente eléctrica a través de la bobina de hierro. Si la corriente o la corriente se duplica, la densidad del flujo magnético también se duplica aproximadamente. Sin embargo, en algún momento, hay un aumento más lento. Finalmente, se alcanza la saturación magnética del núcleo de hierro (para el hierro a una densidad de flujo máxima de 2 Tesla). La permeabilidad magnética del material ferromagnético disminuye durante el efecto de saturación hasta que se acerca a la unidad. Esto significa que la conductividad magnética del material ferromagnético es igual a la del vacío, lo que confirma las afirmaciones anteriores de que el campo magnético del ferromagneto se comporta como un campo magnético en un vacío después de la saturación.

Remanencia y saturación magnética

Como ya se explicó, la saturación máxima se alcanza cuando todos los espines atómicos están alineados con el campo magnético. La magnetización del material no puede seguir aumentando a partir de ahora, por lo que, después de desconectar el campo magnético externo, este es el estado de la máxima magnetización restante posible. La magnetización restante se llama básicamente remanencia.

Significado en tecnología

La saturación magnética conlleva muchas desventajas en las aplicaciones técnicas. Un ejemplo son los transformadores. Estos convierten la tensión en función de un campo magnético cambiante a través de dos bobinas que tienen el mismo núcleo de hierro. Mientras la corriente en el circuito primario del transformador sea muy baja, el transformador opera con alta eficiencia porque la magnetización con la corriente está en el rango proporcional. Sin embargo, si la corriente llega a ser demasiado alta, la eficiencia disminuirá a medida que se alcance el rango de magnetización de saturación. La eficiencia del transformador también cae. Uno puede contrarrestar este efecto cortando un espacio de aire en el núcleo de hierro. La saturación magnética se produce más tarde, porque la densidad del flujo magnético aumenta más lentamente; después de todo, la resistencia magnética del espacio de aire es mucho mayor que la del núcleo de hierro. Esto a su vez aumenta la eficiencia. En la mayoría de los transformadores, sin embargo, se puede prescindir de dicho espacio de aire. Un contra-ejemplo sería los llamados transformadores de alta corriente. Estos pueden ser conocidos a partir de las lecciones de física: el maestro generalmente trata de hacer que una uña u otro objeto metálico similar a una vara brille con una corriente alta.