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coercitividad

Una familia de bucles de histéresis para acero eléctrico de grano orientado , un material magnético blando. BR denota retentividad y H C es coercitividad . _ Cuanto más amplio sea el circuito exterior, mayor será la coercitividad. El movimiento de los bucles es en sentido antihorario.

La coercitividad , también llamada coercitividad magnética , campo coercitivo o fuerza coercitiva , es una medida de la capacidad de un material ferromagnético para resistir un campo magnético externo sin desmagnetizarse . La coercitividad generalmente se mide en unidades de oersted o amperio /metro y se denota como HC .

Una propiedad análoga en ingeniería eléctrica y ciencia de materiales , la coercitividad eléctrica , es la capacidad de un material ferroeléctrico para resistir un campo eléctrico externo sin despolarizarse .

Los materiales ferromagnéticos con alta coercitividad se denominan magnéticamente duros y se utilizan para fabricar imanes permanentes . Se dice que los materiales con baja coercitividad son magnéticamente blandos . Estos últimos se utilizan en núcleos de transformadores e inductores , cabezales de grabación , dispositivos de microondas y blindajes magnéticos .

Definiciones

Definición gráfica de diferentes coercitividades en la curva de histéresis flujo versus campo (curva BH), para un material magnético duro hipotético.
Definiciones equivalentes de coercitividades en términos de la curva de magnetización versus campo (MH), para el mismo imán.

La coercitividad en un material ferromagnético es la intensidad del campo magnético aplicado ( campo H ) requerido para desmagnetizar ese material, después de que la magnetización de la muestra ha sido llevada a la saturación por un campo fuerte. Este campo desmagnetizante se aplica opuesto al campo de saturación original. Sin embargo, existen diferentes definiciones de coercitividad, dependiendo de lo que se considera "desmagnetizado", por lo que el simple término "coercitividad" puede ser ambiguo:

La distinción entre la coercitividad normal e intrínseca es insignificante en materiales magnéticos blandos, sin embargo puede ser significativa en materiales magnéticos duros. [1] Los imanes de tierras raras más fuertes no pierden casi nada de la magnetización en H Cn .

Determinación experimental

Normalmente, la coercitividad de un material magnético se determina midiendo el bucle de histéresis magnética , también llamado curva de magnetización , como se ilustra en la figura anterior. El aparato utilizado para adquirir los datos suele ser un magnetómetro de gradiente alterno o de muestra vibratoria . El campo aplicado donde la línea de datos cruza cero es la coercitividad. Si hay un antiferroimán presente en la muestra, las coercitividades medidas en campos crecientes y decrecientes pueden ser desiguales como resultado del efecto de sesgo de intercambio . [ cita necesaria ]

La coercitividad de un material depende de la escala de tiempo en la que se mide la curva de magnetización. La magnetización de un material medida en un campo inverso aplicado que es nominalmente más pequeño que la coercitividad puede, durante una escala de tiempo larga, relajarse lentamente hasta cero. La relajación ocurre cuando la inversión de la magnetización por el movimiento de la pared del dominio se activa térmicamente y está dominada por la viscosidad magnética. [22] El valor creciente de la coercitividad en altas frecuencias es un obstáculo serio para el aumento de las velocidades de datos en la grabación magnética de gran ancho de banda , agravado por el hecho de que una mayor densidad de almacenamiento generalmente requiere una mayor coercitividad en los medios. [ cita necesaria ]

Teoría

En el campo coercitivo, la componente vectorial de la magnetización de un ferroimán medida a lo largo de la dirección del campo aplicado es cero. Hay dos modos principales de inversión de la magnetización : rotación de dominio único y movimiento de pared de dominio . Cuando la magnetización de un material se invierte por rotación, el componente de magnetización a lo largo del campo aplicado es cero porque el vector apunta en una dirección ortogonal al campo aplicado. Cuando la magnetización se invierte mediante el movimiento de la pared del dominio, la magnetización neta es pequeña en cada dirección del vector porque los momentos de todos los dominios individuales suman cero. Las curvas de magnetización dominadas por la rotación y la anisotropía magnetocristalina se encuentran en materiales magnéticos relativamente perfectos utilizados en la investigación fundamental. [23] El movimiento de la pared del dominio es un mecanismo de inversión más importante en materiales de ingeniería reales, ya que defectos como los límites de los granos y las impurezas sirven como sitios de nucleación para los dominios de magnetización invertida. El papel de los muros de dominio en la determinación de la coercitividad es complicado ya que los defectos pueden fijar los muros de dominio además de nuclearlos. La dinámica de las paredes de dominio en los ferromagnetos es similar a la de los límites de grano y la plasticidad en la metalurgia , ya que tanto las paredes de dominio como los límites de grano son defectos planos. [ cita necesaria ]

Significado

Como ocurre con cualquier proceso histerético , el área dentro de la curva de magnetización durante un ciclo representa el trabajo que el campo externo realiza sobre el material al invertir la magnetización y se disipa en forma de calor. Los procesos disipativos comunes en materiales magnéticos incluyen la magnetoestricción y el movimiento de la pared de dominio. La coercitividad es una medida del grado de histéresis magnética y, por lo tanto, caracteriza la pérdida de materiales magnéticos blandos para sus aplicaciones comunes.

La remanencia de saturación y la coercitividad son cifras de mérito para los imanes duros, aunque también se cita comúnmente el producto de energía máxima . En la década de 1980 se desarrollaron imanes de tierras raras con productos de alta energía pero con temperaturas de Curie indeseablemente bajas . Desde los años 90 se han desarrollado nuevos imanes intercambiables duros y elásticos con elevadas coercitividades. [24]

Ver también

Referencias

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enlaces externos