Magnet Frequently Asked Questions
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- Historia
- Lo básico
- Fuerza magnética
- Campo magnético
- Polos magnéticos
- Flujo magnético
- Orientación magnética
- Características magnéticas
- Propiedades magnéticas
- Temperaturas de funcionamiento del imán
- Mecanizado de imanes
- Fabricación de imanes
- Manejo y almacenamiento
UNA BREVE HISTORIA
Los antiguos griegos y chinos descubrieron que ciertas piedras, llamadas 'piedra de imán' estaban naturalmente magnetizadas. Estas piedras podían atraer pequeñas pieza de hierro de
manera aparentemente mágica, y además, siempre apuntaban en la misma dirección cuando se las permitía balancearse libremente, suspendidas por una cuerda o flotando en el agua. Los
primeros navegadores utilizaron estos imanes como brújulas rudimentarias para ayudarles a determinar la dirección cuando estaban en el mar.
La palabra imán viene de Magnesia, un distrito de Tesalia, Grecia, donde se cree que se extrajo la primera piedra imán.
Con los años, los imanes se han convertido en los materiales de alta resistencia que tenemos hoy. Se descubrió que al crear aleaciones de diversos materiales se podían
crear efectos similares a los encontrados en las rocas naturales y aumentar el nivel de magnetismo.
Sin embargo, no fue hasta el siglo XVIII que el hombre creó el primer imán. El progreso en la creación de las aleaciones magnéticas mas fuertes fue muy lento hasta la década de 1920,
cuando se formularon materiales como el álnico (una aleación de níquel, aluminio y cobalto). Los imanes de ferrita se desarrollaron en la década de 1950 y los imanes de piedras raras,
en la década de 1970. Desde entonces, la ciencia del magnetismo ha crecido exponencialmente, y los materiales magnéticos extremadamente potentes han hecho posible la creación de
dispositivos de gran potencia, así como miniaturas.
Lo básico
¿Qué es un imán?
Los imanes se pueden crear colocando un material magnético, como el hierro o el acero, en un campo magnético fuerte. Se pueden producir electroimanes permanentes y temporales de
esta manera. Los átomos que forman los materiales se pueden magnetizar fácilmente, como el hierro, el acero, el níquel o el cobalto, ya que están dispuestos en pequeñas unidades
llamadas dominios. Cada dominio, aunque microscópico, contiene millones de billones de átomos, y cada dominio actúa como un imán pequeño. Si se coloca un material magnético en un
campo magnético fuerte, los dominios individuales, que normalmente apuntan hacia todas direcciones, se moverán gradualmente en la dirección del campo. También atraerán a los dominios
vecinos. Cuando la mayoría de los dominios se alinean con el campo, el material se convierte en un imán.
Dominios antes de la manetización
Dominios después de la magnetización
¿Qué hace un imán?
Los imanes hacen lo siguiente:
- Atraen ciertos materiales, como hierro, níquel, cobalto, ciertos aceros y otras aleaciones.
- Ejercen una fuerza de atracción o repulsión sobre otros imanes (los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen).
- Tienen un efecto sobre los conductores eléctricos cuando el imán y el conductor se mueven uno con respecto al otro.
- Tienen un efecto en el camino tomado por las partículas cargadas eléctricamente que viajan en el espacio libre.
En base a estos efectos, los imanes transforman la energía de una forma en otra, sin ninguna pérdida permanente en su propia energía. Ejemplos de las funciones magnéticas:
- Mecánico a mecánico, como atracción y repulsión.
- Mecánico a eléctrico, como generadores y micrófonos.
- Eléctrico a mecánico, como motores, altavoces y deflexión de partículas cargadas.
- Mecánico a calor, como la corriente parásita y los dispositivos de par de histéresis.
- Efectos especiales como magnetoresistencia, dispositivos de efecto Hall y resonancia magnética.
¿Cómo se hacen los imanes?
Los materiales de los imanes modernos se fabrican mediante procesos de fundición, prensado y sinterización, unión por compresión, moldeo por inyección, extrusión o calendario.
Una vez fabricados, los imanes necesitan procesarse mediante rectificado u otros procesos de mecanizado, y luego ensamblarse en el siguiente nivel.
¿Hay diferentes tipos de imanes disponibles?
Hay tres tipos de imanes: permanentes, temporales y electroimanes.
- Los imanes permanentes emiten un campo magnético sin necesidad de ninguna fuente externa de magnetismo o corriente eléctrica.
- Los imanes temporales se comportan como imanes cuando están unidos o cerca de algo que emite un campo magnético, pero pierden esta característica cuando se elimina la fuente del campo magnético.
- Los electroimanes necesitan electricidad para comportarse como imanes.
Existen muchos tipos diferentes de materiales de imanes permanentes y cada uno tiene sus propias características únicas. Cada material tiene una familia de grados con propiedades ligeramente diferentes entre sí, aunque basadas en la misma composición.
¿De qué están hechos los imanes permanentes?
Los imanes permanentes modernos están fabricados con aleaciones especiales encontradas a través de la investigación para crear imanes cada vez mejores. Las familias más comunes
de materiales utilizados para crear imanes permanentes son el aluminio-níquel--cobalto (álnico), ferritas de estroncio-hierro también conocidas como cerámicas, neodimio-hierro-boro
(o solo imanes de neodimio o superimanes) y samario-cobalto. (Las familias de samario-cobalto y neodimio-hierro-boro se conocen colectivamente como piedras raras).
¿Qué son los imanes de piedras raras?
Los imanes de piedras raras están fabricados con elementos raros de la Tierra. Los imanes más comunes fabricados con piedras raras son los de neodimio-hierro-boro (imanes de neodimio)
y samario-cobalto (imanes SmCo).
¿Qué es un imán temporal?
El hierro blando y ciertas aleaciones de hierro, como el permalloy (una mezcla de hierro y níquel) se pueden magnetizar muy fácilmente, incluso en un campo débil. Sin embargo,
tan pronto como se elimina el campo, se pierde el magnetismo. Estos materiales son excelentes imanes temporales, y se utilizan en teléfonos y motores eléctricos.
¿Qué son los electroimanes?
Los electroimanes se utilizan cuando se requieren imanes muy fuertes. Los electroimanes se producen colocando un núcleo de metal (generalmente una aleación de hierro) dentro de
una bobina de alambre que transporta una corriente eléctrica. La electricidad de la bobina produce un campo magnético. La fuerza del electroimán depende de la fuerza de la
corriente eléctrica y del número de vueltas de la bobina. Su polaridad depende de la dirección de la corriente eléctrica. Mientras la corriente fluye, el núcleo se comporta
como un imán, pero cuando la corriente se detiene, se pierden las propiedades magnéticas. Los motores eléctricos, televisores, trenes maglev, teléfonos, ordenadores y muchos
otros dispositivos modernos utilizan electroimanes.
¿Qué son las corrientes parásitas?
Estas corrientes eléctricas se inducen cuando un campo magnético se mueve en relación con un conductor eléctrico colocado al alcance del campo magnético. A su vez, estas
corrientes parásitas crean un campo magnético que actúa para detener el movimiento relativo del campo magnético original y del conductor eléctrico.
¿Existen normativas industriales para los imanes?
Sí. Las normas han sido establecidas por la Asociación de Productores de Materiales Magnéticos (MMPA, por su sigas en inglés) y la Asociación de Fabricantes y Distribuidores
de Imanes (MDFA, por sus siglas en inglés). Ambas asociaciones forman parte de la Asociación Internacional de Magnética.
¿Cómo pido imanes?
Para hacer su pedido de manera eficiente, tiene que tener claro cuál es su objetivo. Estos son algunos elementos a considerar:
- Naturaleza general de la aplicación: sujeción, movimiento, elevación, etc.
- Forma del imán: disco, anillo, rectángulo, etc.
- Tamaño del imán: diámetro, longitud, anchura, altura, etc.
- Tolerancias: qué variaciones en las dimensiones se permiten.
- Condiciones en las que se utilizarán los imanes: temperaturas elevadas, humedad, intemperie, interiores, etc.
- Fuerza del imán: en libras (o kg) de fuerza de sujeción, Gauss, etc.
- Coste: esto eliminará ciertos materiales en consideración.
- Cantidad necesaria.
Fuerza magnética
¿En qué medida es permanente la fuerza de un imán?
Si se almacena alejado de efectos adversos para los imanes como las líneas de tensión, otros imanes o altas temperaturas, el imán retendrá su magnetismo para
siempre.
¿Qué puede afectar a la fuerza del imán?
Los factores que pueden afectar a la fuerza de un imán incluyen:
- Calor
- Radiación
- Corrientes eléctricas fuertes en proximidad al imán
- Otros imanes cerca del imán
- Los imanes de neodimio se oxidarán en ambientes húmedos a menos que tengan una capa protectora.
Los golpes y las vibraciones no afectan a los materiales modernos de los imanes, a menos que puedan dañar físicamente al material.
¿Los imanes perderán su fuerza con el tiempo?
Los imanes de materiales modernos sí pierden una pequeña fracción de su magnetismo con el tiempo. Con los imanes de samario-cobalto, por ejemplo, se ha
observado una pérdida de menos de un 1 % en un período de 10 años.
¿Cuáles son los imanes más fuertes?
Los imanes más potentes disponibles hoyo en día son los fabricados con piedras raras. De estos, los más potentes son los imanes de neodimio. Sin embargo, a
elevadas temperaturas (aproximadamente 150 ºC y más), los imanes de samario-cobalto pueden ser más fuertes que los imanes de neodimio, en función del circuito
magnético.
¿Qué son los superconductores?
Son los imanes más potentes. No necesitan un núcleo metálico, sino que se fabrican con bobinas de alambre fabricadas con aleaciones especiales para convertirse
en superconductores cuando se enfrían a temperaturas muy bajas.
¿Puedo hacer más fuerte un imán que ya tengo?
Una vez que el imán está completamente magnetizado, está 'saturado' y no se puede hacer más fuerte. En ese sentido, los imanes son como cubos los agua, cuando
están llenos, no pueden llenarse más.
¿Se puede volver a magnetizar un imán?
Siempre que el material no haya sido dañado por calor extremo, la mayoría de imanes pueden volver a magnetizarse para conseguir su fuerza original.
¿Cómo se mide la fuerza o poder de un imán?
Generalmente se utilizan gaussímeros, magnetometros o sistemas de tracción para medir la fuerza de un imán. Los gaussímetros miden la fuerza en Gauss;
los magnetómetros miden la fuerza en Gauss o unidades arbitrarias (para facilitar la comparación entre imanes) y los sistemas de tracción miden la fuerza
en libras, kilogramos u otras unidades de fuerza. Las bobinas Helmholtz, bobinas de búsqueda y permeámetros también se pueden utilizar para realizar
mediciones más sofisticadas.
Si tengo un imán de neodimio con un Br de 12 300 Gauss, ¿podré medir 12 300 Gauss en su superficie?
No. El valor Br se mide en condiciones de circuito cerrado. Un imán en un circuito cerrado no es de mucha utilidad. En la práctica, medirá un campo inferior
a 12 300 Gauss cerca de la superficie de imán. La medición real dependerá de si el imán tiene algún acero adherido, la distancia de la superficie a la hora
de hacer la medición y el tamaño del imán (suponiendo que la medición se realice a temperatura ambiente). Por ejemplo, un imán de neodimio de 1" de diámetro
de grado 35 con 1/4" de longitud, medirá aproximadamente 2500 Gauss cuando esté a 1/6"de la superficie, y 2200 Guss cuando esté a 1/8" de la superficie.
Campo magnético
¿Cuál es la fuerza del campo magnético de la Tierra?
La intensidad del campo superficial de la Tierra es de aproximadamente 0,5 Gauss, pero varía en un 10 % en función de la fuerza de la corteza terrestre.
Se pueden encontrar variaciones de 0,85 a 0,45 Gauss en el planeta. Las tormentas geomagnéticas pueden causar cambios entre el 1-5 % que duran unas pocas
horas hasta días enteros.
¿Cómo disminuye la fuerza de un imán con la distancia?
La fuerza de un campo magnético disminuye más o menos exponencialmente con la distancia.
¿Cuál es la ecuación para medir la fuerza en función de la distancia?
Para un imán circular con radio R y longitud L, el campo Bx en el centro del imán a una distancia X de la superficie puede calcularse mediante la siguiente
fórmula, donde Br es la inducción residual del material):
Existen fórmulas adicionales para calcular el campo en imanes rectangulares y con otras configuraciones. Utilice nuestras calculadoras en línea para determinar los niveles de sus campos.
¿Qué puedo utilizar para bloquear un campo magnético?
Solo los materiales que se ven atraídos por un imán pueden 'bloquear' un campo magnético. Dependiendo del grosor de la pieza utilizada para bloquear el campo,
puede bloquearlo parcial o completamente.
Polos magnéticos
¿Qué son los polos magnéticos?
Los polos magnéticos son las superficies desde donde las líneas invisibles de flujo magnético emanan y se conectan al regresar al imán.
¿Cuáles son las definiciones estándar de 'polo norte' y 'polo sur'?
El polo norte se define como el polo de un imán que, sin rotación, busca el polo norte de la Tierra. En otras palabras, el polo porte de un imán, busca
el polo norte de la Tierra. Del mismo modo, el polo sur de un imán, busca el polo sur de la Tierra.
¿Se puede identificar un polo en particular?
Sí, el polo norte y sur se pueden marcar si así se desea.
¿Cómo puedo saber cuál es el polo norte y sur si no están marcados?
No se puede saber solo con mirarlo. Puede saberlo colocando una brújula cerca de un imán. El extremo de la aguja que normalmente apunta hacia el polo norte
de la Tierra apuntará hacia el polo sur del imán.
Flujo magnético
¿Cómo se comportan las líneas de flujo magnético?
Las líneas de fuerza son tridimensionales, rodean al imán en todas direcciones.
Los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen. Cuando los polos opuestos de un imán se colocan juntos, las líneas de fuerza se unen y los imanes se juntan.
Cuando los polos iguales se colocan juntos, las líneas de fuerza se repelen y los imanes se empuan.
Orientación magnética
¿Qué significa la 'dirección de orientación'?
La mayoría de imanes modernos tienen un 'grano', ya que solo pueden magnetizarse para obtener el efecto máximo en una dirección. Esta es la 'dirección de
orientación', también conocida como 'eje fácil' o 'eje'.
Los imanes no orientados (también conocidos como 'imanes isotrópicos') son mucho más débiles que los imanes orientados, y pueden magnetizarse en cualquier
dirección. Los imanes orientados, conocidos como 'imanes anisotrópicos', no son iguales en la misma dirección, tienen una dirección preferida para ser
magnetizados.
Características magnéticas
¿Cómo se califican los imanes?
Los imanes se caracterizan por tres características principales:
Inducción residual: dado el símbolo Br y medido en Gauss, es una indicación de la fuerza del imán.
Fuerza coercitiva: dado el símbolo Hc y medido en Oersteds,es una indicación de la dificultad de desmagnetizar el imán.
Producto de energía máxima: dado el símbolo BHmáx y medido en Gauss-Oersteds, es una indicación del volumen de material magnético es necesario para proyectar
un nivel dado de flujo magnético.
Propiedades magnéticas
¿Cuáles son las propiedades de los materiales utilizados en los imanes?
- Materiales de los imanes de neodimio-hierro-boro
- Materiales de los imanes SmCo
- Materiales de los imanes álnico
- Materiales de los imanes cerámicos
- Materiales de los imanes flexibles
¿Cómo puedo utilizar esta información?
Dado un tamaño de imán, puede estimar qué flujo magnético proyectarán los diferentes materiales dada la distancia. También puede utilizar esta información
para comparar los materiales entre sí.
Ejemplo: ¿Qué cantidad de flujo proyectará un imán de neodimio de grado 35 en comparación con un imán cerámico de grado 5 con la misma dimensión y distancia? Simplemente divida el Br del imán de neodimio de grado 35 entre el Br del imán cerámico de grado 5 (12 300 / 3950) para obtener 3,1. Esto significa que el imán de neodimio de grado 35 proyectará 3,1 veces más el flujo que un imán cerámico de grado 5.
Dado el flujo requerido a una distancia fija del imán, puede utilizar esta información para estimar qué volumen magnético será necesario para los diferentes materiales de los imanes.
Ejemplo: ¿Qué volumen de imán cerámico de grado 5 dará el mismo flujo que un imán de neodimio de grado 35 a la misma distancia? Simplemente divida el BHmáx del imán de neodimio de grado 35 entre el BHmáx del imán cerámico de grado 5 (35 / 3,6) para obtener 9,7. Esto significa que el volumen del imán cerámico de grado 5 tendrá que ser 9,7 veces superior que el del imán de neodimio de grado 35 para obtener el mismo flujo.
Temperaturas de funcionamiento del imán
¿Cuáles son las temperaturas máximas recomendadas para trabajar con los distintos materiales magnéticos?
La temperatura máxima a la que un imán es efectivo depende del coeficiente de permeancia o 'Pc' del material. El Pc es una función del circuito magnético
en la que el imán opera. Cuanto mayor sea el Pc (más cerrado el circuito), mayor será la temperatura a la que el imán pueda trabaja sin desmagnetizarse
severamente.
¿Cuál es la temperatura a la que un imán puede operar sin un valor establecido?
Los imanes funciones a diferentes niveles de eficiencia dados los diferentes circuitos a los que operan. Cuanto más cerrado sea el circuito en el que
opera el imán, más estable será, y menos efecto tendrá la temperatura sobre él.
Mecanizado de imanes
¿Se pueden mecanizar los imanes?
YSí, los imanes se pueden mecanizar. Sin embargo, los materiales magnéticos duros son muy difíciles de magnetizar, a diferencia de los materiales flexibles
o tipo goma. Los imanes deben mecanizarse, en la medida de lo posible, antes de ser magnetizados, utilizando herramientas de diamante y/o muelas suaves.
En general, es mejor no tratar de mecanizar los materiales magnéticos duros a menos que esté familiarizado con las técnicas de mecanizado especiales.
¿Cuanto cuesta mecanizar imanes?
Los factores que determinan el coste del mecanizado incluyen:
- Cantidad: cuanto mayor sea la cantidad, menor será el coste, ya que los cargos de la instalación deben amortizarse por la cantidad, y tal vez haya que crear herramientas especiales.
- Material: los imanes SmCo son más costosos de mecanizar, ya que son muy frágiles, los materiales flexibles son más económicos debido a sus características físicas.
- Forma: las formas complejas son más costosas que las simples.
- Tolerancias: cuanto menor sea la tolerancia, más caro será el mecanizado.
Fabricación de imanes
¿Qué es una fabricación de imanes?
Una fabricación de imanes consiste en uno o más imanes, junto con otros componentes, como acero, que generalmente afectan a la funcionalidad del imán.
¿Cómo se deben montar los imanes en mi dispositivo?
Si un imán debe anclarse a un dispositivo, puede utilizar medios mecánicos o adhesivos para ello. A menudo se utilizan adhesivos para fijar los imanes. Si
los imanes deben adherirse a superficies irregulares, se requiere un adhesivo con mucho 'cuerpo' para que iguale la superficie. Se ha encontrado que los
pegamentos calientes funcionan bien a la hora de adherir imanes a cerámica, madera, tela y otros materiales. Para los imanes que deben adherirse a metales,
puede utilizar 'super glue'.
Magnosphere puede suministrar imanes flexibles con adhesivos incorporados; donde solo tendrá que retirar la capa de protección y pegar los imanes a su producto.
Manejo y almacenamiento
Consejos para manipular y almacenar imanes
- ¡Tenga siempre cuidado a la hora de manipular imanes! Los imanes pueden unirse y dañar al personal.
- Mantenga los imanes alejados de medios magnéticos como disquetes, tarjetas de crédito y monitores.
- Almacene los imanes en recipientes cerrados para que no atraigan partículas.
- Si se almacenan varios imanes juntos, deben guardarse en posición de atracción.
- Debido a que pueden desmagnetizarse, los imanes álnico deben almacenarse en lugares especiales, placas de hierro o acero magnético que se conectan a los polos del imán.
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