Curva de magnetización y procesos en los dominios relacionados con ella

Se analizan a continuación los procesos en los dominios así como la magnetización resultante en un espécimen ferromagnético sometido a un campo exterior H. El campo aplicado comienza desde un valor cero hasta un valor Hm tal que lleva al espécimen a la saturación

técnica.

Los mecanismos que se producen en el proceso de magnetización se pueden agrupar en varias zonas o rangos [Chikazumi, 1964], tal y como se muestra en la figura 2-16:

• Estado desmagnetizado

• Rango de permeabilidad inicial

• Rango de magnetización irreversible

• Rango de magnetización por rotación coherente

• Rango de saturación técnica [Kaganov y Tsukérnik, 1985] o de aproximación a la saturación

Figura 2-16. Proceso de magnetización. Curva de magnetización.

2.6.1.1 Estado desmagnetizado

El espécimen no ha sido previamente expuesto a un campo exterior, se encuentra en su estado natural. En tal estado los dominios presentan una orientación aleatoria y por tanto una magnetización resultante nula.

2.6.1.2 Rango de permeabilidad in icial

La magnetización cambia reversiblemente. La magnetización en cada dominio rota reversiblemente partie ndo de las direcciones estables. Simultáneamente las paredes de los dominios se desplazan reversiblemente desde sus posiciones estables en los ejes cristalográficos favorables hacia la dirección del campo.

El proceso de magnetización reversible de esta zona se produce por desplazamientos así mismo reversibles de las paredes de los dominios. Se produce un crecimiento de los dominios alineados favorablemente con el campo siguiendo los criterios de minimización energética. Como quiera que el desplazamiento de las paredes está determinado por la homogeneidad del material, la contribución de dichos desplazamientos a la permeabilidad inicial depende enteramente del tipo de material estudiado.

2.6.1.3 Rango de magnetización irreversible

Si se incrementa el campo aplicado H por encima a los valores de campo correspondientes al rango de permeabilidad inicial, la magnetización experimentará un aumento drástico siguiendo un proceso irreversible. La magnetización aumenta por desplazamientos irreversibles de las paredes de una posición estable a otra.

En materiales muy heterogéneos, con gran cantidad de inclusiones magnéticas, la magnetización es irreversible. Esto es debido a los desplazamientos irreversibles de las paredes y a la rotación irreversible de la magnetización de los momentos. Los dominios rotan de su dirección original a una de las direcciones de los ejes cristalográficos favorables que están cercanos a la dirección del campo aplicado.

En este rango se producen los saltos de Barkhausen, de los cuales hablaremos más adelante. Los saltos de Barkhausen son pequeños cambios discontinuos en la magnetización, inducidos por el desplazamiento irreversible de las paredes y por la rotación irreversible de la magnetización local de los dominios.

También se produce el efecto magneto-térmico, que consiste en la generación de calor en el proceso de magnetización. Parte del trabajo realizado por el campo en el proceso de magnetización discontinua se disipa en calor. Está disipación de calor es la que se denomina pérdidas por histéresis.

2.6.1.4 Rango de magnetización por rotación coherente

Si el campo aplicado sigue aumentado de valor, la curva de magnetización se vuelve menos empinada y el proceso se torna reversible una vez más. El desplazamiento de los dominios ya se ha completado y la magnetización se produce por rotación coherente. Los dominios que estaban orientados en los ejes cristalográficos favorables más cercanos a la dirección del campo han ocupado todo el espécimen y ahora rotan a la dirección del campo a medida que éste aumenta de valor.

2.6.1.5 Rango de saturación técnica

En esta zona la magnetización se aproxima gradualmente a la saturación. En la saturación técnica la magnetización se incrementa gradualmente en proporción al campo magnético. Este efecto se produce por el perfecto alineamiento de los espines con el campo.

No obstante, el alineamiento de los espines se ve afectado por la agitación térmica, con lo que en la práctica no se logra la saturación total, de ahí la denominación de saturación técnica. Generalmente este efecto es muy pequeño incluso bajo campos considerablemente altos.

2.6.1.6 Ciclo de histéresis

Supongamos que en un punto determinado del proceso relatado, por ejemplo en la saturación técnica, el campo aplicado comenzara a disminuir. En principio lo esperado sería que la inducción siguiese la misma curva pero en sentido descendente. No obstante no es así, la inducción B=B(H) desciende por un camino diferente, esto es lo que denominamos fenómeno de histéresis.

A la curva trazada desde que el material se encuentra en su estado natural desmagnetizado (la curva de la figura 2-16) se la denomina curva de primera inducción, característica normal o característica magnética.

Figura 2-17. Ciclo de histéresis

Centrémonos en el ciclo de histéresis. Sean Hm y Bm el campo y la inducción respectivamente

para los cuales se produce el cambio de campo aplicado ascendente a descendente. Continuando con la reducción de la intensidad de campo, supongamos que llegamos a

eliminar totalmente la intensidad de campo H=0, pero si observamos la figura 2-17 ello no quiere decir que la inducción también se haya eliminado, al contrario, queda una inducción, Br,, que se denomina remanente.

Pero aún no hemos finalizado, ahora con H=0 cambiamos la polaridad del campo aplicado, esto es, aplicamos un campo negativo H<0. Seguimos con nuestro análisis, pero esta vez con campos cada vez más negativos. La inducción disminuye siguiendo la curva (2) hasta que llega a desaparecer B=0. Al campo necesario para que la inducción desaparezca se le denomina campo coercitivo. Si seguimos disminuyendo la intensidad de campo, la inducción pasará a ser negativa, cada vez más negativa y, al igual que ocurría con la curva de primera inducción, llega un momento en el cual la curva entra en saturación. Si en el punto (-Hm,-Bm)

comenzamos a hacer el campo cada vez menos negativo, la inducción seguirá la curva (3), similar a la (2).

Las curvas (2) y (3) forman el ciclo o curva de histéresis, si la señal de excitación es periódica, la inducción seguirá dichas curva alternativamente, trazando siempre el mismo ciclo de histéresis. Pero si en un momento determinado la excitación cambia de historial, la inducción adoptará otra curva diferente a este ciclo.

2.6.1.7 Mecanismos en el ciclo de histéresis

Los mecanismos en el ciclo de histéresis son similares a los discutidos anteriormente. Sea por ejemplo la rama ascendente, el mecanismo de magnetización desde la saturación hasta la remanencia es debido a la rotación coherente, y desde la remanencia hasta la mitad de la curva es debido a la magnetización irreversible, el tramo restante de curva es debido a la magnetización por rotación.

El calor total generado durante un ciclo de histéresis está determinado por el área trazada y es igual a la energía total disipada por los procesos de magnetización discontinua (saltos de Barkhausen).

2.6.1.8 Consideraciones sobre la magnetización y los procesos en los dominios relacionados con ella.

Esta descripción es válida para materiales blandos, en los cuales el desplazamiento de las paredes tiene lugar fácilmente pero la magnetización por rotación necesita un campo bastante alto. En los materiales claramente duros no se puede realizar una distribución tan clara de

zonas en las que acontecen unos mecanismos de magnetización determinados. El desplazamiento de las paredes y la rotación de la magnetización tienen lugar de forma casi simultánea.

La magnetización depende de la frecuencia del campo. El desplazamiento de las paredes se ve favorecido si el campo aplicado H cuasiestático (frecuencia que tiende a cero), pero su movimiento es más fácilmente retardado que la rotación para un campo aplicado de frecuencia alta.

En un espécimen magnético determinado la estructura de los dominios depende de su tamaño y forma, por lo que sus propiedades magnéticas también. Las curvas obtenidas no representan las propiedades magnéticas inherentes a la sustancia sino las inherentes al espécimen. Por ejemplo, las propiedades magnéticas de láminas de material ferromagnético, cuyos granos tienen un diámetro mayor que el grosor de la lámina comúnmente dependen de su grosor.