pdf de electronica

Laboratorio de Física del Estado Sólido. Ciclo de histéresis de materiales ferromagnéticos

CICLO DE HISTÉRESIS DE MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

INTRODUCCIÓN
Es un hecho experimental que, al aplicar un campo magnético sobre un material, éste se
perturba. Se dice que el material se imana. Si no existen interacciones magnéticas entre
los momentos atómicos individuales, en ausencia de campoaplicado dichos momentos se
encontrarán desordenados a temperaturas distintas de 0 K. En estas condiciones, el
momento magnético total, promedio de los momentos individuales, será siempre nulo. Sin
embargo, debido a la presencia de interacciones entre los momentos individuales
(interacción de canje), algunos materiales presentan orden magnético a largo alcance por
debajo de una ciertatemperatura crítica. Si la naturaleza de la interacción es tal que los
momentos individuales ordenados se suman unos a otros para dar lugar a un momento
macroscópico no nulo, incluso en ausencia de campo magnético aplicado, se dice que el
material es ferromagnético. A la densidad de momento magnético en ausencia de campo
aplicado se le llama imanación espontánea y a la temperatura por encima de la cualla
agitación térmica destruye el ordenamiento magnético se conoce como temperatura de
Curie (consultar por ejemplo referencia 1).
A pesar de la existencia de una imanación espontánea local, un bloque de una sustancia
ferromagnética se encuentra normalmente en un estado desimanado. La razón de esto es
que el interior del bloque se divide en dominios magnéticos, cada uno de ellos imanadosespontáneamente a lo largo de direcciones diferentes. De esta manera, la imanación total
puede ser nula, de forma que se minimiza la energía magnetostática del sistema. Cuando se
aplica un campo externo, la imanación macroscópica del bloque del material cambia, tal y
como muestra la figura 1. Finalmente, cuando se aplica un campo lo suficientemente
intenso, alcanza la imanación de saturación Ms,que es igual a la imanación espontánea.

1

Laboratorio de Física del Estado Sólido. Ciclo de histéresis de materiales ferromagnéticos

Figura 1. Representación esquemática del ciclo de histéresis de un material ferromagnético

Si en este punto se reduce el campo aplicado, la imanación macroscópica se reduce, pero
en general no regresa por el camino original. Este comportamientoirreversible de la
imanación se denomina histéresis. Supongamos que después de alcanzar el estado de
saturación, se disminuye el campo aplicado hasta cero. La imanación disminuye pero no
alcanza un valor nulo cuando H=0. La muestra queda con una imanación Mr denominada
imanación remanente. Si se aumenta el valor del campo magnético en sentido negativo,
la imanación sigue disminuyendo hasta que seanula. El valor de campo necesario para
anular la imanación es el campo coercitivo intrínseco, Hc. Si se sigue aumentando el
campo en sentido negativo, se alcanza el estado de saturación en sentido contrario al
inicial. Realizando la variación de H en sentido inverso se obtiene el llamado ciclo de
histéresis del material. El área encerrada por el ciclo es la energía disipada por el material
enforma de calor en el proceso cíclico de imanación al que se le ha sometido.
El ciclo de histéresis no es la única forma de caracterizar el proceso de imanación de un
material ferromagnético. Si se parte de un estado desimanado y se va aplicando campo
magnético al tiempo que se registra el valor de la imanación, se obtiene la curva de
primera saturación. En esta curva, la derivada de la imanaciónrespecto al campo es la
susceptibilidad magnética (para distintas definiciones de susceptibilidad consultar por
ejemplo referencia 2).

2

Laboratorio de Física del Estado Sólido. Ciclo de histéresis de materiales ferromagnéticos

Otra forma de caracterizar un material ferromagnético es, partiendo de un estado
desimanado, realizar ciclos de histéresis con amplitudes crecientes. La...