Tema 12 (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED)
Grado Química - 3º curso
Asignatura Materiales
Año del apunte 2015
Páginas 13
Fecha de subida 30/06/2017
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TEMA 12. PROPIEDADES ÓPTICAS Y MAGNÉTICAS 12.1 Propiedades ópticas Todo material absorbe luz hasta cierto grado debido a la interacción de fotones de luz con la estructura electrónica y de enlace de los átomos, iones o moléculas que conforman al material (absorción). La fracción de la luz transmitida por un material particular depende entonces de la cantidad de luz reflejada y absorbida por el mismo.
Para una longitud de onda particular, la suma de las fracciones de la luz incidente entrante con la reflejada, absorbida y transmitida, es igual a 1: (fracción reflejada)λ + (fracción absorbida)λ + (fracción transmitida)λ = 1 A continuación, se considerará cómo varían estas fracciones en algunos tipos de materiales.
12.1.a. Metales: Con excepción de secciones muy delgadas, los metales reflejan y/o absorben intensamente la radiación incidente desde longitudes de ondas largas (ondas de radio) hasta la mitad del intervalo ultravioleta. Puesto que la banda de conducción se traslapa con la banda de valencia en los metales, la radiación incidente eleva con facilidad los electrones hasta los niveles de energía más altos. Luego de descender hasta los niveles de energía inferiores, las energías de los fotones son bajas y sus longitudes de onda largas. Este tipo de acción produce haces luminosos intensamente reflejados desde una superficie lisa, como se observa en muchos metales como el oro y la plata. La cantidad de energía absorbida por los metales depende de la estructura electrónica de cada uno. Por ejemplo, con el cobre y el oro hay una mayor absorción onda amarilla, naranja y roja, y por ello las superficies lisas de estos metales muestran los colores reflejados. Otros metales como la plata y el aluminio reflejan de manera considerable todas las partes del espectro visible y muestran un color “plateado” blanco.
12.1.b. Vidrios de silicato: Se estudian tres procesos: • Reflexión de la luz en una superficie de placa de vidrio: La proporción de la luz incidente reflejada por una superficie de una placa de vidrio pulida es muy pequeña. Esta cantidad depende principalmente del índice de refracción n del vidrio y del ángulo de incidencia de la luz en el vidrio. Para incidencia de luz normal (esto es, θi = 90°), la fracción de luz reflejada R (denominada la reflectividad) por una superficie puede determinarse con la relación: D−1 G F B= C D+1 Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 163 donde n es el índice de refracción del medio óptico reflejante. También es posible utilizar esta fórmula con buena aproximación para ángulos de luz incidentes hasta alrededor de 20º.
• Absorción de la luz en una placa de vidrio: El vidrio absorbe energía de la luz que transmite de manera que la intensidad luminosa disminuye cuando se incrementa la trayectoria de la luz. La relación entre la fracción de luz que entra, I0, y la fracción de luz que sale, I, de una lámina o placa de vidrio de espesor t que no tiene centros de dispersión, es: I = K LMN IJ La constante α en esta relación se denomina el coeficiente de absorción lineal y tiene las unidades de cm−1 si el espesor se mide en centímetros.
• Reflexión, absorción y transmitancia de luz en una placa de vidrio: La cantidad de luz incidente que se transmite a través de una placa de vidrio se determina por medio de la cantidad de luz reflejada en las superficies tanto superior como inferior, así como por la cantidad que se absorbe dentro de la placa. La fracción de la luz incidente que llega a la superficie inferior del vidrio es (1 − R)(I0 e−αt). Por otra parte, la fracción de la luz incidente reflejada en la superficie inferior será entonces (R)(1 − R)(I0 e−αt). De este modo, la diferencia entre la luz que llega a la superficie inferior de la placa de vidrio y la que se refleja en la superficie inferior es la fracción de la luz transmitida I, que es: I = (1 − R)(I0 e−αt)] – [(R)(1 − R)(I0 e−αt)] = (1 – R)2(I0 e−αt) Por ejemplo, casi el 90 % de la luz incidente se transmite en vidrio de sílice si la longitud de onda de la luz incidente es mayor que 300 nm, aproximadamente. En el caso de luz ultravioleta de longitud de onda más corta, se produce mucha más absorción y la transmitancia disminuye de manera considerable.
12.1.c. Plásticos: Muchos plásticos no cristalinos como el poliestireno, el polimetil metacrilato y el policarbonato, tienen excelente transparencia. Sin embargo, en algunos materiales plásticos hay regiones cristalinas que tienen índices de refracción Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 164 superiores a los de su matriz no cristalina. Si estas regiones son de mayor tamaño que la longitud de onda de la luz incidente, las ondas luminosas se dispersarán por reflexión y refracción, y, en consecuencia, disminuye la transparencia del material. Por ejemplo, el polietileno de lámina delgada, que tiene una estructura de cadena ramificada y por ello un bajo grado de cristalinidad, tiene mayor transparencia que el polietileno de cadena lineal más cristalino y de densidad más alta.
12.1.d. Semiconductores: En los semiconductores los fotones de luz pueden absorberse de varias maneras: • En semiconductores intrínsecos (puros) como el Si, Ge y GaAs: Los fotones pueden absorberse para crear pares electrón-hueco y causar que los electrones salten la brecha de bandas de energía desde la banda de valencia hasta la de conducción.
Para que ocurra lo anterior, el fotón de luz entrante debe tener un valor de energía igual o mayor que el de la brecha de energía Eg. Si la energía del fotón es mayor que Eg, el exceso de energía se disipa como calor.
• En semiconductores extrínsecos: Se absorben fotones de mucho menor energía (y, en consecuencia, mucho mayor longitud de onda) causando que los electrones salten desde la banda de valencia en niveles de aceptor o desde niveles de donador a la banda de conducción. Por tanto, los semiconductores son opacos a fotones de luz de energía alta e intermedia (longitud de onda corta e intermedia) y transparentes a fotones de longitud de onda muy larga y baja energía.
12.2. Fibras ópticas Las fibras ópticas delgadas como un cabello que se elaboran principalmente de vidrio de sílice (SiO2), se utilizan en modernos sistemas de comunicación por fibras ópticas. Estos sistemas consisten esencialmente en un transmisor (esto es, un láser semiconductor) para codificar las señales eléctricas en señales luminosas, una fibra Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 165 óptica para transmitir las señales de luz y un fotodiodo para convertir estas últimas de nuevo en señales eléctricas.
12.2.a. Pérdidas de luz en fibras ópticas: Las fibras ópticas que se usan en sistemas de comunicación deben tener una pérdida de luz (atenuación) extremadamente baja, de manera que la señal luminosa codificada entrante pueda transmitirse a una distancia larga y seguir detectándose de manera satisfactoria. Para las fibras ópticas de vidrio de pérdidas de luz extremadamente bajas, las impurezas (en particular iones Fe2+ en el vidrio de SiO2) deben ser muy bajas. La pérdida de luz (atenuación) de una fibra óptica de vidrio suele medirse en decibeles por kilómetro (dB/km). La pérdida de luz en un material transmisor de luz en dB/km para transmisión de luz en una longitud l, está relacionada con la intensidad entrante I0 y la intensidad de la luz saliente I mediante: − Zé[\]\^ C \_ 10 I F= log `a b (ca) Id 12.2.b. Fibras ópticas unimodo y multinodo: Las fibras ópticas para transmisión de luz sirven como guías de onda ópticas para dar señales luminosas en las comunicaciones ópticas. La retención de la luz dentro de la fibra óptica es posible haciendo que la luz atraviese el vidrio del núcleo central, el cual tiene un índice de refracción mayor que el vidrio del forro exterior.
• En el tipo unimodo, el cual tiene un diámetro del núcleo de casi 8 μm y un diámetro del forro exterior de aproximadamente 125 μm, sólo hay una trayectoria aceptable del rayo luminoso guiado.
• En el tipo multimodo, la cual tiene un núcleo de índice de refracción graduado, muchos modos de onda pasan simultáneamente a través de la fibra, lo que causa una señal existente más dispersa que la producida por la fibra unimodo.
La mayoría de los nuevos sistemas de comunicación por fibra óptica usan las fibras unimodo porque éstas tienen pérdidas luminosas inferiores y son más baratas y fáciles de fabricar.
Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 166 12.2.c. Sistemas modernos de comunicación de fibra óptica: Los más modernos sistemas de comunicación por fibra óptica utilizan fibra unimodo con un transmisor de diodo láser de heterounión doble de InGaAsP operado a la longitud de onda infrarroja de 1.3 μm, donde las pérdidas luminosas son mínimas. Suele utilizarse un fotodiodo PIN de InGaAs/InP para el detector. Con este sistema óptico las señales pueden enviarse a casi 40 km antes de que tengan que repetirse.
Otra ventaja de los sistemas de comunicación por fibra óptica ha sido la introducción de los amplificadores por fibra óptica impurificados con erbio (erbiumdoped optical fiber amplifiers) (EDFA). Un EDFA es una longitud (por lo común alrededor de 20 a 30 m) de fibra de silicio óptica impurificada con el elemento de erbio de tierras raras para proporcionar ganancia a la fibra. Cuando se bombea en forma óptica con luz de un láser semiconductor exterior, la fibra impurificada con erbio aumenta la potencia de todas las señales que pasan a través de ella con longitudes de onda centradas en 1.55 μm. De este modo, la fibra óptica impurificada con erbio sirve tanto como un medio de operación láser (lasing) como una guía de luz. Los EDFA pueden utilizarse en sistemas de transmisión ópticos para aumentar la potencia de la señal luminosa en la fuente (amplificador de potencia), en el receptor (preamplificador) y a lo largo del enlace de comunicación de la fibra (repetidor en línea).
12.3. Materiales superconductores La resistividad eléctrica de un metal normal como el cobre disminuye de manera uniforme cuando se reduce la temperatura y se alcanza un valor residual bajo cercano a 0 K. En contraste, cuando la temperatura disminuye la resistividad eléctrica de mercurio puro decrece repentinamente a 4.2 K hasta un valor pequeño. Este fenómeno recibe el nombre de superconductividad, y el material que muestra este comportamiento se denomina material superconductor. Alrededor de 26 metales son superconductores, así como cientos de aleaciones y compuestos.
Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 167 La temperatura por debajo de la cual la resistividad eléctrica de un material tiende a cero recibe el nombre de temperatura crítica Tc. Arriba de esta temperatura el material se denomina normal, y debajo de Tc se dice que es superconductivo o superconductor. Además de la temperatura, el estado superconductor depende también de muchas otras variables, de las cuales las más importantes son el campo magnético B y la densidad de corriente J. De este modo, para que un material sea superconductor, la temperatura crítica del material, el campo magnético y la densidad de corriente no deben excederse, y para cada material superconductor existe una superficie crítica en el espacio T, B, J.
Si un campo magnético suficientemente intenso se aplica a un superconductor a cualquier temperatura por debajo de su temperatura crítica Tc, el superconductor regresará a su estado normal. El campo magnético aplicado necesario para restaurar la conductividad eléctrica normal en el superconductor se denomina campo crítico Hc. En la figura se presenta esquemáticamente la relación entre el campo magnético crítico Hc y la temperatura (K) a corriente cero. Debe señalarse que a una densidad de corriente (crítica) Jc eléctrica suficientemente alta también se destruiría la superconductividad en materiales. La curva de Hc en función de T (K) puede aproximarse por medio de: q G no = nJ p1 − C F r qo De acuerdo con su comportamiento en un campo magnético aplicado, los superconductores metálicos e intermetálicos se clasifican en superconductores tipo I y tipo II.
12.3.a. Superconductores tipo I: Si un cilindro largo de un superconductor de tipo I tal como Pb o Sn se coloca en un campo magnético a temperatura ambiente, el campo magnético penetrará normalmente a través del metal. Sin embargo, si la temperatura de un superconductor de tipo I disminuye por debajo de su Tc (7.19 K para Pb) y su campo magnético está por debajo de Hc, el campo magnético será expulsado del espécimen excepto por una muy delgada capa de penetración de alrededor de 10−5 en la superficie. Esta propiedad de una Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 168 exclusión de campo magnético en el estado superconductor se conoce como efecto Meissner.
12.3.b. Superconductores tipo II: Los superconductores de tipo II se comportan de manera diferente en un campo magnético a temperaturas por debajo de Tc. Son altamente diamagnéticos como los superconductores tipo I hasta un campo magnético aplicado crítico, el cual recibe el nombre de campo crítico inferior Hc1, y de este modo el flujo magnético se excluye del material. Arriba de Hc1 el campo magnético empieza a penetrar al superconductor de tipo II y continúa haciéndolo hasta que se alcanza el campo crítico superior Hc2. Entre Hc1 y Hc2 el superconductor está en el estado mezclado, y arriba de Hc2 regresa al estado normal. En la región Hc1 y Hc2 el superconductor puede conducir corriente eléctrica dentro del material, y, en consecuencia, esta región de campo magnético puede utilizarse para superconductores de alto campo y alta corriente tales como NiTi y Ni3Sb, los cuales son superconductores de tipo II.
En los superconductores tipo II, cuando se aplica un campo magnético entre Hc1 y Hc2, el campo penetra la masa del superconductor en la forma de paquetes de flujo cuantizados individuales denominados fluxoides. Un vórtice de supercorriente cilíndrica rodea a cada fluxoide. Con el aumento de la intensidad del campo magnético, más y más fluxoides entran en el superconductor y forman un arreglo periódico. A Hc2 la estructura del vórtice de supercorriente se colapsa y el material regresa a su estado conductor normal.
12.4. Tipos de magnetismo Los campos magnéticos y las fuerzas se originan a partir del movimiento de la carga eléctrica fundamental, el electrón. Cuando los electrones se mueven en un alambre Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 169 conductor, se produce un campo magnético alrededor del alambre. El magnetismo en materiales se debe también al movimiento de electrones, pero en este caso los campos magnéticos y las fuerzas son resultado del espín intrínseco de los electrones y su movimiento orbital alrededor de sus núcleos.
12.4.a. Diamagnetismo: Un campo magnético externo que actúa sobre los átomos de un material desequilibra ligeramente sus electrones orbitales y crea pequeños dipolos magnéticos dentro de los átomos que se oponen al campo aplicado. Esta acción produce un efecto magnético negativo conocido como diamagnetismo. El efecto diamagnético produce una susceptibilidad magnética negativa muy pequeña. El diamagnetismo ocurre en todos los materiales, pero en muchos su efecto magnético negativo se cancela mediante efectos magnéticos positivos. El comportamiento diamagnético no tiene importancia significativa en la ingeniería.
12.4.b. Paramagnetismo: Los materiales que exhiben una pequeña susceptibilidad magnética positiva en la presencia de un campo magnético, se denominan paramagnéticos, y el efecto magnético recibe el nombre de paramagnetismo. El efecto paramagnético en materiales desaparece cuando se suprime el campo magnético aplicado. El paramagnetismo se produce por la alineación de momentos de los dipolos magnéticos individuales de átomos o moléculas en un campo magnético aplicado.
Puesto que la agitación térmica hace aleatorias las direcciones de los dipolos magnéticos, un incremento en la temperatura disminuye el efecto paramagnético.
Los átomos de algunos elementos de transición y de tierras raras poseen capas internas incompletas con electrones no apareados. Estos electrones internos no apareados en átomos, puesto que no son contrabalanceados por otros electrones de enlace en sólidos, provocan fuertes efectos paramagnéticos, y en algunos casos producen efectos ferromagnéticos y ferrimagnéticos muy intensos, los cuales se discutirán más adelante.
12.4.c. Ferromagnetismo: El diamagnetismo y el paramagnetismo se inducen mediante un campo magnético aplicado, y la magnetización permanece sólo mientras se mantiene el campo. Un tercer tipo de magnetismo, llamado ferromagnetismo, es de gran importancia en la ingeniería. Es posible producir grandes campos magnéticos que pueden retenerse o eliminarse según se desee en materiales ferromagnéticos. Los elementos ferromagnéticos más importantes desde la perspectiva industrial, son Fe, Co y Ni. El gadolinio (Gd), un elemento de las tierras raras, también es ferromagnético por debajo de 16°C, pero tiene poca aplicación industrial.
Las propiedades ferromagnéticas de los elementos de transición Fe, Co y Ni se deben a la forma en que se alinean los espines de los electrones internos no apareados en sus redes cristalinas. Las capas interiores de los átomos individuales se llenan con Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 170 pares de electrones con espines opuestos, y por ello no contribuyen a los momentos de dipolo magnético resultantes. En los sólidos, los electrones de valencia exteriores de los átomos se combinan entre sí para formar enlaces químicos, y en virtud de ellos, no hay un momento magnético importante debido a estos electrones. En Fe, Co y Ni los electrones 3d interiores no apareados son responsables del ferromagnetismo que estos elementos exhiben. El átomo de hierro tiene cuatro electrones 3d no apareados, el átomo de cobalto tres y el de níquel dos.
En una muestra sólida de Fe, Co o Ni a temperatura ambiente, los espines de los electrones 3d de átomos adyacentes se alinean en una dirección paralela por medio de un fenómeno denominado magnetización espontánea. Este alineamiento paralelo de dipolos magnéticos atómicos ocurre sólo en regiones microscópicas llamadas dominios magnéticos. Si los dominios se orientan al azar, entonces no habrá magnetización neta dentro de la muestra. El alineamiento paralelo de los dipolos magnéticos de átomos de Fe, Co y Ni se debe a la creación de una energía de intercambio positiva entre ellos. Para que este alineamiento paralelo ocurra, el cociente entre el espaciamiento atómico y el diámetro de la órbita 3d debe estar en el intervalo de aproximadamente 1,4 a 2,7. De esta manera el Fe, Co y Ni son ferromagnéticos, pero el Mn y el Cr no.
12.4.d. Antiferromagnetismo: Otro tipo de magnetismo que ocurre en algunos materiales es el antiferromagnetismo. En la presencia de un campo magnético, los dipolos magnéticos de los átomos de materiales antiferromagnéticos se alinean por sí solos en direcciones opuestas. Los elementos manganeso y cromo en el estado sólido a temperatura ambiente exhiben antiferromagnetismo y tienen un intercambio de energía negativa debido a que el cociente entre su espaciamiento atómico y el diámetro de la órbita 3d es menor que 1,5, aproximadamente.
Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 171 12.4.e. Ferrimagnetismo: En algunos materiales cerámicos, iones diferentes tienen distintas magnitudes para sus momentos magnéticos, y cuando estos momentos magnéticos se alinean de una manera antiparalela, hay un momento magnético neto en una dirección (ferrimagnetismo). Como un grupo, los materiales ferrimagnéticos se denominan ferritas. Hay muchos otros tipos de ferritas. Un grupo se basa en la magnetita, Fe3O4, que es la piedra imán magnética de los antiguos. Las ferritas tienen bajas conductividades que las hacen útiles en muchas aplicaciones electrónicas.
12.5. Materiales magnéticos blandos Un material magnético blando se magnetiza y desmagnetiza con facilidad, mientras que un material magnético duro es difícil de magnetizar y desmagnetizar. En un principio, los materiales magnéticos blandos y duros eran físicamente blandos y duros.
En la actualidad, sin embargo, la dureza física de un material magnético no indica necesariamente si es magnéticamente blando o duro. Los materiales blandos como las aleaciones de hierro con 3 a 4 % de silicio que se utilizan en los núcleos de transformadores, motores y generadores tienen ciclos de histéresis reducidos con bajas fuerzas coercitivas.
Por otro lado, los materiales magnéticos utilizados en los imanes permanentes tienen ciclos de histéresis anchos con fuerzas coercitivas altas.
Para que un material ferromagnético sea blando, su ciclo de histéresis debe tener la más baja fuerza coercitiva posible. Esto es, su ciclo de histéresis debe ser lo más delgado posible de manera que el material se magnetice con facilidad y tenga una elevada permeabilidad magnética. En la mayoría de las aplicaciones, una alta inducción de saturación también es una propiedad importante de los materiales magnéticos blandos. En consecuencia, es deseable un ciclo de histéresis muy delgado y alto para la mayoría de los materiales magnéticos blandos.
12. 5. a. Pérdidas de energía por histéresis: Las pérdidas de energía por histéresis se deben a la energía disipada que se requiere para empujar los dominios hacia adelante y hacia atrás durante la magnetización y la desmagnetización del material magnético.
La presencia de impurezas, imperfecciones cristalinas y precipitados en materiales magnéticos blandos actúan en su totalidad como barreras para impedir el movimiento de las paredes de dominio durante el ciclo de magnetización y de ese modo incrementar las pérdidas de energía por histéresis. Los esfuerzos plásticos, al Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 172 incrementar la densidad de dislocaciones de un material magnético, también aumentan las pérdidas por histéresis. En general, el área interna de un ciclo de histéresis es una medida de la energía que se pierde debido a la histéresis magnética.
12.5.b. Pérdidas de energía por corrientes parásitas: Un campo magnético variable que resulta de la entrada eléctrica de CA a un núcleo magnético conductor produce gradientes de voltaje transitorios que crean corrientes eléctricas desviadas. Estas corrientes eléctricas inducidas reciben el nombre de corrientes parásitas y son una fuente de pérdidas de energía debido al calentamiento por resistencia eléctrica. Las pérdidas de energía por corrientes parásitas en los transformadores eléctricos pueden reducirse utilizando una estructura laminada o de hojas en el núcleo magnético. Una capa aislante entre el material magnético conductor evita que las corrientes parásitas pasen de una lámina a la siguiente. Otro procedimiento para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, en particular a frecuencias altas, consiste en usar un material magnético blando que es un aislador.
12.6. Materiales magnéticos duros Los materiales magnéticos duros o permanentes se caracterizan por una elevada fuerza coercitiva Hc y una alta inducción magnética remanente Br. De este modo, los ciclos de histéresis de materiales suficientemente intenso para orientar sus dominios magnéticos en la dirección del campo aplicado. Parte de la energía aplicada del campo se convierte en energía potencial, la cual se almacena en el imán permanente que se produce. Un imán permanente en la condición magnetizada total está entonces en un estado de energía relativamente alto cuando se compara con el imán desmagnetizado.
Los materiales magnéticos duros son difíciles de desmagnetizar una vez magnetizados. La curva de desmagnetización de un material magnético duro se elige como el segundo cuadrante de su ciclo de histéresis y puede utilizarse para comparar las resistencias de imanes permanentes.
La potencia o energía externa de un material magnético permanente (duro) se relaciona directamente con el tamaño de su ciclo de histéresis. La energía potencial magnética de un material magnético duro se mide mediante su producto de energía máxima (BH)máx, que es el valor máximo del producto de B (inducción magnética) y H (el campo de desmagnetización) determinado a partir de la curva de desmagnetización del material.
Básicamente, el producto de energía máxima de un material magnético duro es el área ocupada por el rectángulo más grande que puede inscribirse en el segundo cuadrante del ciclo de histéresis del material Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 173 12.7. Ferritas Las ferritas son materiales cerámicos magnéticos formados al mezclar óxido de hierro (Fe2O3) con otros óxidos y carbonatos en la forma pulverizada. Los polvos se prensan después en conjunto y se sinterizan en alta temperatura. En ocasiones es necesario el maquinado para producir la forma final que se desea de la pieza. Las magnetizaciones que se producen en las ferritas son suficientemente altas para ser de valor comercial, aunque sus saturaciones magnéticas no son tan grandes como las de los materiales ferromagnéticos. Las ferritas tienen estructuras de dominio y ciclos de histéresis similares a las de los materiales ferromagnéticos. Como en el caso de estos últimos, hay ferritas blandas y duras.
12.7.a. Ferritas magnéticamente blandas: Los materiales de ferrita blanda exhiben comportamiento ferrimagnético. En las ferritas blandas hay un momento magnético neto debido a dos conjuntos de momentos de espín electrónicos internos no apareados en direcciones opuestas que no se cancelan entre sí.
Algunos de los usos más importantes de las ferritas blandas corresponden a aplicaciones de señales débiles, núcleos de memoria, audiovisuales y cabezas de grabación. En niveles de señales bajas, se usan algunos núcleos de ferrita para transformadores y para inductores de baja energía. Un uso de gran tonelaje de ferritas blandas corresponde a núcleos de horquilla de desviación de yugo, transformadores de punto de retorno y bobinas de convergencia para receptores de televisión.
Las ferritas de espinela de Mn-Zn y Ni-Zn se utilizan en cabezas de grabación magnéticas para diversos tipos de cintas magnéticas. Las cabezas de grabación se construyen a partir de ferrita de Ni-Zn policristalina, ya que las frecuencias de operación que se necesitan (100 kHz a 2.5 GHz) son demasiado elevadas para cabezas de aleación metálica debido a las altas pérdidas por corrientes parásitas.
Las memorias de núcleo magnético basadas en la lógica binaria de 0 y 1 se utilizan en algunos tipos de computadoras. El núcleo magnético es útil donde la pérdida de energía eléctrica no produce pérdida de información. Puesto que las memorias de núcleo magnético no tienen partes móviles, se usan cuando se necesita una alta resistencia al choque eléctrico, como en algunos usos militares.
12.7.b. Ferritas magnéticamente duras: Un grupo de ferritas duras que se usan para imanes permanentes tienen la fórmula general MO·6Fe2O3 y tienen una estructura cristalina hexagonal. La ferrita más importante de este grupo es la de bario (BaO·6Fe2O3). En los últimos años las ferritas de bario se han sustituido hasta cierto grado por las de estroncio, que tienen una fórmula general (SrO · 6Fe2O3) y que tienen propiedades magnéticas superiores comparadas con las de ferritas de bario. Estas ferritas se producen casi mediante el mismo método que se utiliza para las ferritas Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 174 blandas, con la mayor parte prensada en húmedo en un campo magnético para alinear los ejes de magnetización fácil de las partículas con el campo aplicado.
Las ferritas hexagonales son económicas, de baja densidad y tienen una alta fuerza coercitiva. Las elevadas intensidades magnéticas de estos materiales se deben principalmente a su alta anisotropía magnetocristalina. Se piensa que la magnetización de estos materiales ocurre mediante la nucleación y movimiento de las paredes del dominio debido a que su tamaño de grano es demasiado grande para un comportamiento de un solo dominio.
Estos imanes permanentes cerámicos de ferritas duras tienen un uso muy amplio en generadores, relevadores y motores. Las aplicaciones electrónicas incluyen imanes para altavoces, timbres telefónicos y receptores. También se emplean en dispositivos de retención para cierres de puerta, sellos y cerrojos y se emplean en muchos diseños de juguetes.
Tema 12. Propiedades ópticas y magnéticas 175 ...

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