Coercitividad
Resistencia de un material ferromagnético a la desmagnetización por un campo magnético externo
Una familia de bucles de histéresis para acero eléctrico de grano orientado , un material magnético blando. B R denota retentividad y H C es la coercitividad . Cuanto más ancho sea el bucle exterior, mayor será la coercitividad. El movimiento en 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 soportar un campo magnético externo sin desmagnetizarse . La coercitividad se mide generalmente en unidades de oerstedios o amperios /metros y se denota H C.

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

Los materiales ferromagnéticos con alta coercitividad se denominan magnéticamente duros y se utilizan para fabricar imanes permanentes . Los materiales con baja coercitividad se denominan magnéticamente blandos . Estos últimos se utilizan en núcleos de transformadores e inductores , cabezales de grabación , dispositivos de microondas y blindaje magnético .

Definiciones

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

La coercitividad en un material ferromagnético es la intensidad del campo magnético aplicado ( campo H ) necesario para desmagnetizar ese material, después de que la magnetización de la muestra haya sido impulsada hasta la saturación por un campo fuerte. Este campo desmagnetizador se aplica en sentido opuesto al campo de saturación original. Sin embargo, existen diferentes definiciones de coercitividad, según lo que se considere "desmagnetizado", por lo que el término "coercitividad" puede ser ambiguo:

  • La coercitividad normal , H Cn , es el campo H necesario para reducir el flujo magnético ( campo B promedio dentro del material) a cero.
  • La coercitividad intrínseca , H Ci , es el campo H necesario para reducir la magnetización ( campo M promedio dentro del material) a cero.
  • La coercitividad de remanencia , H Cr , es el campo H necesario para reducir la remanencia a cero, lo que significa que cuando el campo H finalmente vuelve a cero, entonces tanto B como M también caen a cero (el material alcanza el origen en la curva de histéresis). [1]

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

Coercitividades de algunos materiales magnéticos
MaterialCoercitividad
(kA/m)
Supermalloy
(16 Fe :79 Ni :5 Mo )		0,0002 [2] : 131, 133 
Permalloy ( Fe :4 Ni )0,0008–0,08 [3]
Limaduras de hierro (0,9995 % en peso )0,004–37,4 [4] [5]
Acero eléctrico (11Fe:Si)0,032–0,072 [6]
Hierro crudo (1896)0,16 [7]
Níquel (0,99 % en peso)0,056–23 [5] [8]
Imán de ferrita
(Zn x FeNi 1−x O 3 )		1.2–16 [9]
2Fe:Co, [10] poste de hierro19 [5]
Cobalto (0,99 % en peso)0,8–72 [11]
Álnico30–150 [12]
Medio de grabación de la unidad de disco
( Cr : Co : Pt )		140 [13]
Imán de neodimio (NdFeB)800–950 [14] [15]
12 Fe : 13 Pt ( Fe 48 Pt 52 )≥980 [16]
?( Dy , Nb , Ga ( Co ):2 Nd :14 Fe : B )2040–2090 [17] [18]
Imán de samario-cobalto
(2 Sm :17 Fe :3 N ; 10 K ) 		<40–2800 [19] [20]
Imán de samario-cobalto3200 [21]

Por lo general, 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 es, por lo general, un magnetómetro de muestra vibrante o de gradiente alterno . El campo aplicado donde la línea de datos cruza el 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 requerida ]

La coercitividad de un material depende de la escala de tiempo en la que se mide una curva de magnetización. La magnetización de un material medida en un campo invertido aplicado que es nominalmente menor que la coercitividad puede, en 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 a altas frecuencias es un obstáculo serio para el aumento de las velocidades de datos en la grabación magnética de alto ancho de banda , agravado por el hecho de que una mayor densidad de almacenamiento generalmente requiere una coercitividad más alta en los medios. [ cita requerida ]

Teoría

En el campo coercitivo, el componente vectorial de la magnetización de un ferroimán medido a lo largo de la dirección del campo aplicado es cero. Hay dos modos principales de inversión de 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 por el movimiento de pared de dominio, la magnetización neta es pequeña en cada dirección vectorial 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 pared de dominio es un mecanismo de inversión más importante en materiales de ingeniería reales ya que los defectos como los límites de grano y las impurezas sirven como sitios de nucleación para dominios de magnetización invertida. El papel de las paredes de dominio en la determinación de la coercitividad es complicado ya que los defectos pueden fijar las paredes de dominio además de nuclearlas. La dinámica de las paredes de dominio en los ferroimanes 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 requerida ]

Significado

Como en cualquier proceso histéresis , 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 magnetostricción y el movimiento de la pared del dominio. La coercitividad es una medida del grado de histéresis magnética y, por lo tanto, caracteriza la capacidad de pérdida de los materiales magnéticos blandos para sus aplicaciones comunes.

La remanencia de saturación y la coercitividad son valores 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 temperaturas de Curie indeseablemente bajas . Desde la década de 1990 se han desarrollado nuevos imanes de intercambio duros con coercitividades altas. [24]

Véase también

Referencias

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  • Subprograma de inversión de magnetización (rotación coherente)
  • Para ver una tabla de coercividades de varios medios de grabación magnética, consulte "Desmagnetización de medios magnéticos de cinta de almacenamiento de datos" ( PDF ), en fujifilmusa.com.
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