Ferrowatch

Ferrowatch, el reloj que funciona con un líquido magnético

 

El Ferrowatch es un reloj de pulsera conceptual que ha dejado asombradas a varias mentes brillantes. Karim Zaouai dice que el reloj corre con “ferrofluido”, un líquido magnético altamente sensible. Las agujas ocultas del mismo reflejan la forma de los engranajes y es considerado un tributo a los relojes mecánicos. El tiempo del reloj se congela gracias a su magnetismo cuando lo inclinas.
Si bien parece que con algunos relojes solo se nos complica más saber la hora, debemos pensar en lo complejo que es este diseño y apreciar la gran mente que hay tras él.

Microhilo Magnético

Un microhilo magnético es un filamento continuo de menos de 100 µm de diámetro que consiste de un núcleo metálico cubierto de una capa de vidrio. El método de fabricación, que depende directamente de la fundición en una sola operación, es intrínsicamente barato y ha sido usado exitosamente para producir una amplia gama de metales y aleaciones que varían en tamaño de 100 µm a 3 µm de diámetro total. Microhilos magnéticos amorfos con propiedades magnéticas excepcionales son normalmente obtenidos utilizando la técnica de Taylor-Ulitowski. El diámetro del núcleo y el grosor de la cubierta son de apenas micras.

Las interesantes propiedades magnéticas de los microhilos están fuertemente relacionadas con su alta anisotropía magnética axial. Esto es consecuencia de la estructura amorfa, geometría cilíndrica y tensión mecánica generada durante el proceso de fabricación debido a la diferencia entre los coeficientes de expansión térmica del vidrio y metal.

Entre las múltiples aplicaciones en que pueden ser utilizados los microhilos magnéticos amorfos destaca su uso como elemento base para materiales compuestos ("composites"), que presentan elevadas propiedades de absorción de la radiación electromagnética de alta frecuencia, en el rango de 0.5 a 25 GHz. Micromag ha sido capaz de integrar el microhilo en diferentes materiales, como pueden ser siliconas, fibras de vidrio, pinturas o materiales de construcción, obteniendo unos niveles de atenuación de la radiación incidente muy elevados.

Los sensores magnéticos desarrollados utilizando microhilos están basados en los principios operativos fuertemente relacionados con su composición y su anisotropía axial a través de la constante de magnetoestricción y representada por efecto de un gran salto Barkhausen, efecto Mateucci y magnetoimpedancia gigante.

  

Aplicaciones del magnetismo

Son muchas y variadas las aplicaciones del magnetismo en nuestra vida. Ya desde 1880 cuando se creó el teléfono y el telégrafo, se conocían los principios de Oersted y por lo tanto se basaron en estos principios para construirlos. Como también el motor eléctrico y el dínamo. De hecho el mismo Henry en 1831 construyó un motor y diseñó también juguetes primitivos utilizando principios del magnetismo.

En 1878 Edison inventó un generador bipolar y un año más tarde inventó un filamento de luz eléctrico. Con todas estas contribuciones se pudieron sentar las bases para la invención de la radio y la televisión.

Actualmente las aplicaciones del magnetismo se han hecho algo importantísimo para el almacenamiento de datos en cintas magnéticas, discos magnéticos entre otras.

Una de las aplicaciones del campo del magnetismo en el area de la biología consiste en los magnetosomas, un descubrimiento muy interesante.

Los magnetosomas son estructuras que se encuentran en muchos seres vivos capaces de orientarse según el campo magnetico de la tierra. Están formados por magnetita (Fe3O7) o greigita (Fe3S4). Miden unos 50 nm de largo (aunque esto depende de la especie). Los magnetosomas se mueven horizontalmente a las líneas de campo magnético de la tierra. Las funciones de los magnetosomas son variadas, se encuentran, la orientacion espacial, orientacion de crecimiento y movimiento. Por ejemplo se ha encontrado magnetita en ciertas aves capaces de orientarse muy bien como las palomas mensajeras. También se ha encontrado magnetita en hormigas y mariposas aunque no se conoce muy bien como funciona su mecanismo.

Los más estudiados sin embargo son los magnetosomas que se han encontrado en algunas bacterias, estos magnetosomas forman una línea siguiendo el eje mayor de la bacteria..

En todos estos organismos los magnetosomas les proporcionan orientacion. En cuanto a bacterias la orientacion les sirve para aproximarse a zonas que cumplan con sus requerimientos de oxigeno, (aerobicas y anaerobicas) en una capa de agua dada. Estas bacterias simplemente avanzan hacia donde son guiadas y de esta forma pueden sobrevivir en el medio más adecuado para ellas.Claramente se puede afirmar que la capacidad de orientacion mediante los campos magnéticos de la tierra usada por todos estos seres vivos, les proporciona una ventaja evolutiva notable frente a otros que no posean esta habilidad.

TECNOLOGÍA DE BURBUJAS MAGNÉTICAS

Las memorias de burbujas magnéticas pueden representarse como pequeños dominios móviles cuya polaridad es contraria a la de sus alrededores.

La presencia o ausencia de una burbuja puede ser interpretada como un código binario. Estas memorias son ventajosas con respecto a otros sistemas de grabación en tiempos de acceso, costo y confiabilidad. Las memorias de burbuja son microestructuras, de cerca de una micra, de una aleación níquel-hierro producidas litográficamente en películas de granate, como se muestra en la figura 36. Un campo magnético rotante aplicado en el plano de la película induce polos magnéticos en galones asimétricos de la aleación y de esta manera el domino de la burbuja se propaga. Tal vez en el futuro la implantación de iones pueda substituir a la aleación. Hay que subrayar que esta tecnología ha sido acaparada prácticamente por los japoneses. Aparte de usar un campo magnético para propagar las burbujas, se pueden usar corrientes en planos conductores para producir el campo. El desarrollo de materiales de densidades grandísimas ha generado la investigación de las llamadas líneas de Bloch, que son recodos en las paredes de los dominios de las burbujas. Se cree que se podrían almacenar densidades de información de l0⁹ bits/cm2, siendo el bit la unidad de información. Se piensa también que materiales amorfos pueden soportar burbujas de centésimas de micra y no se sabe hasta dónde se puede llegar. El tiempo de acceso se aproximará a 400 megabits/seg.

Este somero examen muestra el efecto brutal que las nuevas tecnologías basadas en el uso del electromagnetismo tienen y tendrán en el mundo moderno. Entre otras cosas, el control de la fusión nuclear se basa en gran medida en un conocimiento profundo del campo magnético. Sin duda presenciamos una revolución que tendrá un efecto mayor que la Revolución Industrial y cuyas consecuencias nadie puede prever. El humilde comienzo del magnetismo como ciencia ha desembocado hoy en un torrente de conocimiento que la humanidad debe saber controlar. 

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

Si un núcleo atómico que posee espín es colocado en un campo magnético fuerte, su momento magnético procesa alrededor de la dirección del campo. La componente del momento en el eje definido por el campo está cuantizada, o sea, toma solamente valores discretos. De esta manera, sólo ciertas energías son permitidas. Al pasar de un estado de energía a otro el núcleo radía a ciertas frecuencias. En 1946, Purcell y Bloch desarrollaron la resonancia magnética nuclear (RMN) aprovechando este hecho. Esos investigadores utilizaron un transmisor de radiofrecuencia para producir un campo electromagnético oscilante que induce transiciones entre los diversos niveles de energía de los núcleos de una muestra. Esto ocurre cuando, por un efecto de resonancia, la frecuencia del campo oscilante iguala a la frecuencia de transición entre estos niveles (frecuencia de Larmor), la cual depende tanto del momento magnético de núcleo como del campo magnético en el núcleo. 

EFECTO DE CAMPOS MAGNÉTICOS EN METALES LÍQUIDOS

En la tecnología nuclear, los reactores de cría juegan un papel muy importante para la producción de energía, sobre todo en países como Francia y Alemania. Estos reactores se llaman así porque al operar producen más combustible nuclear del que usan y lógicamente esto es una gran ventaja de su operación. Para enfriar estos reactores se utilizan metales líquidos. Esto incidirá en el diseño del reactor pues, dados los campos magnéticos presentes en el mismo, el flujo del metal puede seguir patrones sorpresivos. De esta manera se estudia el flujo y el comportamiento de metales líquidos en tuberías de distintas secciones transversales, sean cilíndricas o rectangulares, rodeadas de campos magnéticos de intensidad variable. Los patrones de flujo afectan la razón de transferencia de calor, presión, etcétera. 

FERROFLUIDOS

La idea de crear un fluido coloidal con propiedades ferromagnéticas surgió en los años sesenta. Estos fluidos consisten en partículas finamente divididas de magnetita o cobalto suspendidas en un medio aceitoso, como el kerosene  Figura 1. Para evitar que estas partículas se unan y el coloide se coagule, se adiciona un tensoactivo o agente dispersante como el ácido oleico. Las partículas deben ser pequeñas, del orden de 100 Ångströms. Estas partículas rodeadas de tensoactivo interactúan entre sí como si fueran esferas duras que llevaran un dipolo magnético. De esta forma el coloide tiene propiedades muy interesantes cuando se le coloca en un campo magnético .Figura 2

Figura 1

Figura 2

Campo magnético creado por un solenoide

El campo magnético creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán).

Bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético de cierta intensidad a su alrededor.

Bobina solenoide a la que se le ha introducido un núcleo metálico como el hierro (Fe). Si comparamos la bobina anterior con núcleo de aire con la bobina de  esta ilustración, veremos que ahora las líneas de fuerza magnética se encuentran mucho más intensificadas al haberse convertido en un electroimán.

El motor eléctrico.

Un motor eléctrico es un aparato que transforma energía eléctrica en energía mecánica.

Existen diferentes tipos de motores, pero de entre todos tal vez sean los llamados “motores de corriente continua” los que permiten ver de un modo más simple cómo obtener movimiento gracias al campo magnético creado por una corriente.

El gráfico muestra de modo esquemático las partes principales de un motor de corriente continua.

Esquema de un motor eléctrico.

El elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento. Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girar libremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente, cuyo campo magnético permanece fijo.

El electroimán recibe la corriente a través del contacto establecido entre las escobillas y el conmutador. Las escobillas permanecen fijas, mientras que el conmutador puede girar libremente entre ellas siguiendo el movimiento del rotor.

Cuando la corriente pasa a lo largo del electroimán, sus polos son atraídos y repelidos por los polos del imán fijo, de modo que el rotor se moverá hasta que el polo norte del electroimán quede mirando al polo sur del imán permanente. Pero tan pronto como los polos del rotor quedan “mirando” a los polos del imán, se produce un cambio en el sentido de la corriente que pasa por el rotor. Este cambio es debido a que el conmutador, al girar, modifica los contactos con las escobillas e intercambia el modo en que el electroimán recibe la corriente de la pila.

Al modificarse el signo de los polos del electroimán, los polos del rotor resultarán repelidos por los polos del imán fijo, pues en esta nueva situación estarán enfrentados polos de igual signo, con lo cual el rotor se ve obligado a seguir girando. Nuevamente, cuando los polos del electroimán estén alineados con los polos opuestos del imán fijo, el contacto entre escobillas y conmutador modificará el sentido de la corriente, con lo cual el rotor será forzado a seguir girando.

Corrientes inducidas

En 1831, Michael Faraday observó que un imán generaba una corriente eléctrica en las proximidades de una bobina, siempre que el imán o la bobina estuvieran en movimiento. La explicación teórica fue: Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina. Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno, como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético. La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor  cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina. Condición para inducir una corriente eléctrica:La corriente eléctrica inducida existe mientras dure esta variación, y su intensidad es tanto mayor cuanto más rápida sea dicha variación. Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético, y un campo magnético variable inducido, a su vez, una corriente eléctrica en un circuito. El sentido de la corriente inducida (Ley de Lenz): La corriente inducida tiende a oponerse a al causa que la produce. El circuito de la figura consta de una barra conductora (1-2) que desliza sobre dos conductores rectilíneos. El circuito queda cerrado a través de una resistencia señalada como R y lo acciona un interruptor.Se encuentra inmerso en un campo magnético B el cual es perpendicular al plano definido por el circuito y dirigido hacia en interior de su pantalla. Si ponemos en movimiento la varilla con una velocidad v como se indica, en las cargas que existen en la varilla se producirán fuerzas (Lorentz).

UNA CARGA EN MOVIMIENTO PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO

UNA CARGA EN MOVIMIENTO PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO

La brújula:

La brújula señala al norte magnético de la tierra, que no coincide con el norte geográfico, ya que conoce había explicado antes los polos opuestos se atraen y los similares se repelen, en el norte geográfico de la tierra se encuentra el polo sur magnéticamente hablando por lo que su opuesto (el norte en este caso) apunta lo contrario en una brújula

Imantar un Material

Imantar un material es ordenar sus imanes atómicos. En la figura derecha se observa en primer lugar un material sin imantar y debajo un material imantado.
El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos. Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro. La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.
Campo magnético:Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se manifiesta la acción de un imán. Un campo magnético se representa mediante líneas de campo.
Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos).La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético. Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo. Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos).

Magnetismo

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.
Los imanes:Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) oartificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado. En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural. La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B.
Desde hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.