Temperatura máxima de funcionamiento

Los materiales ferromagnéticos se magnetizan en un campo magnético externo. Si este último se desconecta, permanece una remanencia. Por tanto, el material sigue siendo magnético y puede emplearse como imán. Sin embargo, la remanencia disminuye a altas temperaturas y la magnetización desaparece. Cada imán presenta una temperatura máxima de funcionamiento que se establece para evitar la desmagnetización. Por encima de esta temperatura, que depende del material del imán, puede producirse la desmagnetización. En ese caso, el material debe enfriarse y volver a magnetizarse.

Principios físicos

Para comprender este efecto, es necesario analizar los principios físicos de la remanencia, la cual puede comprenderse fácilmente observando la magnetización a escala microscópica de cada átomo.

En los materiales ferromagnéticos, existe un momento magnético en cada átomo, causado por el espín de un electrón no pareado. Este momento magnético actúa como un pequeño imán con un polo norte y un polo sur. Un campo magnético externo ejerce a continuación una fuerza sobre los momentos magnéticos de todos los espines de los electrones, lo que los hace girar y los alinea en paralelo al campo magnético externo. Una vez alineados los momentos magnéticos, esta alineación se estabiliza en los materiales ferromagnéticos gracias a la interacción de intercambio entre los espines de los electrones.

La interacción de intercambio lleva a que sea energéticamente más favorable que todos los espines de los electrones estén en paralelo. Sin embargo, esta interacción solo posee una fuerza limitada. Los propios electrones son móviles y la alineación de sus espines puede verse alterada por influencias externas.

Desmagnetización de imanes

Del mismo modo que todos los espines de los electrones se alinean mediante un campo magnético externo, es concebible volver a mezclar los espines de los electrones si el sistema se ve alterado hasta tal punto que se supere la interacción de intercambio entre los espines de los electrones. Esto puede conseguirse mediante un campo magnético externo dirigido en sentido opuesto al campo magnético de los espines de los electrones. El material también puede desmagnetizarse mediante impactos mecánicos fuertes, ya que la alineación de los espines de los electrones se altera mecánicamente.

Una tercera forma de anular la remanencia es calentar material magnetizado. La temperatura de un sólido viene determinada por la energía cinética de cada átomo. Cuando un ferromagneto se calienta, el movimiento de los espines de los electrones también aumenta. A medida que aumenta la energía cinética (energía térmica), aumenta la probabilidad de que un espín electrónico se desvíe de su alineación paralela a pesar de la interacción de intercambio. Si la energía térmica es mayor que la interacción de intercambio, se produce una rápida desorganización de los espines electrónicos originalmente alineados.

Temperatura máxima de funcionamiento de los imanes: no superior a la temperatura de Curie

La temperatura a la que un ferromagneto se transforma en un paramagneto es la denominada «temperatura de Curie». Por encima de esta, un material magnetizado se desmagnetiza por completo. Por tanto, la remanencia desciende a cero. Como la interacción de intercambio es característica de cada material, los distintos materiales también presentan distintas temperaturas de Curie: es de 769 °C para el hierro, 1127 °C para el cobalto y 358 °C para el níquel.

Por tanto, la temperatura máxima de funcionamiento no puede superar la temperatura de Curie del material. Para evitar una desmagnetización parcial, la temperatura máxima de funcionamiento suele ser bastante inferior a la temperatura de Curie. El desorden de los espines de los electrones va aumentando con la temperatura. También pueden producirse distorsiones del material o inestabilidades generales del material a temperaturas muy inferiores a la temperatura de Curie. Por tanto, la temperatura máxima de funcionamiento se define de tal manera que la desmagnetización del imán debida al calor no se produzca en ningún caso por debajo de la temperatura máxima de funcionamiento. El fabricante caracteriza la temperatura máxima de funcionamiento de sus imanes con una letra en el grado; p. ej., un grado de 50M caracteriza un imán con un producto energético de 50 megagaussoersted y una temperatura máxima de funcionamiento de 100 °C (M). Otras abreviaturas son «N» para 80 °C, «H» para 120 °C, «SH» para 150 °C, «UH» para 180 °C y «EH» para 200 °C.

Imanes para altas temperaturas

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