Practica histeresis

HISTÉRESIS

Esta práctica tiene como objetivos:
- Obtener ciclos de histéresis de distintos materiales ferromagnéticos,
- Analizar dichos ciclos para obtener los parámetros característicos de los mismos,
- Obtener ciclos de Rayleigh para estimar la susceptibilidad magnética,
- Observar el ensanchamiento de los ciclos en función de la frecuencia por corrientes deFoucault.






Aspectos teóricos


Medios no lineales. Histéresis.
Para describir microscópicamente el comportamiento de los materiales frente a los campos magnéticos se lleva a cabo mediante la denominada ecuación constitutiva, que relaciona la magnetización del material (M) con el campo magnético aplicado (H), o bien la inducción magnética (B) con el campo aplicado (H), demanera que:


donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío y su valor: 4·π·10-7 N/A2


Hay materiales en los que el comportamiento de la magnetización es lineal con el campo magnético aplicado y podemos escribir que:





donde:
- (: es la susceptibilidad magnética del medio,
- μ: es la permeabilidad del medio.


Sin embargo, la mayoría de los mediosmateriales que tienen interés no tienen una respuesta lineal frente al campo aplicado, como es el caso de los materiales ferromagnéticos. Si a uno de estos materiales le aplicamos un campo por primera vez, la representación de su imanación no es una línea recta con respecto al campo; en el dibujo su representación es la línea verde. Pero si a continuación disminuimos el campo, no se dan los valores queobtuvimos mientras aumentaba el campo, de manera que la función no es ni lineal ni univaluada; a este comportamiento se denomina histéresis, y a la curva que se obtiene de la imanación al ir variando el campo: ciclo de histéresis.




Ciclos de histéresis. Parámetros característicos.
En función del campo magnético aplicado hay dos regiones de especial interés. Si el campo máximo eslo bastante pequeño nos encontramos en la denominada región de Rayleigh, donde la relación entre la magnetización y el campo es cuadrática; los ciclos que se obtiene son en forma lenticular y se denominan ciclos de Rayleigh. Calculando la pendiente de la recta que une los extremos del ciclo podemos calcular la susceptibilidad magnética inicial del material.
Una representación tipo de losciclos de Rayleigh es la siguiente:

Si aumentamos el campo, aparecen distintos ciclos denominados ciclos menores; cuando el campo magnético es muy intenso, entonces todos los dipolos magnéticos del material se han alineado con el campo y se dice que el material se ha saturado; este comportamiento se caracteriza porque la magnetización tiende asintóticamente a una recta de pendiente nula. Unarepresentación tipo del ciclo de histéresis:
[pic]


Sus parámetros característicos:
- MS: Imanación de saturación, que es la imanación a la que tiende el material cuando el campo es muy intenso,
- MR: Imanación remanente, que es la imanación del material cuando una vez que ha sido imanado totalmente, el campo magnético vuelve a ser nulo,
- HC: Campo coercitivo, que es elcampo necesario para que una vez imanado por completo el material, su magnetización vuelva a ser la inicial.
También se demuestra que la pérdida energética de un material por histéresis es directamente proporcional al área encerrada por su ciclo (A) y a la frecuencia (f) del campo magnético, de manera que:


Sin embargo, en los materiales ferromagnéticos, las pérdidas debido a lafrecuencia aparecen más acusadamente a causa de las corrientes de Foucault. Al estar en el seno de un campo magnético variable con el tiempo, se produce una inducción magnética en el material lo que produce una serie de corrientes, de circuitos cerrados, que producen calor debido al efecto Joule. Éste fenómeno se da claramente en los materiales que son buenos conductores, siendo prácticamente nulas...