¿Puede un imán perder su magnetismo?

Sí, los imanes permanentes pierden una cantidad insignificante de magnetismo con el tiempo debido al calor, daños mecánicos, corrosión y almacenamiento inadecuado.

El whisky, la mezclilla, las botas y chaquetas de cuero, sus 401 (K) e incluso esas molestas alergias son algunas cosas que se sabe que mejoran con el tiempo, pero no ocurre lo mismo con los imanes.

Se sabe que los imanes de nevera se caen después de un par de años y los imanes de juguete también pierden su fuerza con el tiempo. En la práctica, los llamados ‘imanes permanentes’ no son realmente permanentes.

La desmagnetización, el proceso de reducir o eliminar las capacidades magnéticas de un imán, generalmente se realiza de forma artificial, pero también puede ocurrir de forma natural.

Las fluctuaciones extremas de temperatura, la pérdida de volumen debido a daños mecánicos, el almacenamiento inadecuado, la pérdida por histéresis y la corrosión pueden provocar que un imán pierda su magnetismo a largo plazo.

Los imanes pueden perder su fuerza durante períodos prolongados. (Crédito de la foto: Jan H Andersen / Shutterstock)

Magnetismo

Antes de aprender más sobre cómo un imán pierde su magnetismo, intentemos comprender qué lo causa en primer lugar.

El magnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y resulta del movimiento de partículas subatómicas cargadas, en particular los electrones. Estas partículas cargadas negativamente orbitan constantemente alrededor del núcleo, al mismo tiempo que giran sobre sus propios ejes. El último de los dos movimientos, conocido formalmente como espín electrónico, es una propiedad intrínseca y contribuye de manera importante a la generación de fuerzas atractivas o repulsivas, que llamamos magnetismo.

En términos simples, se considera que los movimientos orbitales y giratorios generan una corriente eléctrica (flujo de electrones), que hace que los electrones individuales actúen como pequeños imanes (electromagnetismo). Cada uno de estos movimientos crea su propio dipolo magnético (momento dipolar magnético orbital y momento dipolar magnético de espín, respectivamente) y se combinan para generar un momento dipolar magnético atómico neto.

(Los nucleones, protones y neutrones también giran alrededor de sus ejes y se suman al momento magnético neto de un átomo, aunque su contribución es 1000 veces menor que el efecto de los electrones y, por lo tanto, insignificante).

Se sabe que el giro de los electrones alrededor de sus ejes es la causa principal del magnetismo.

Principio de exclusión de Pauli

Ahora bien, si cada electrón es un imán diminuto y cada pieza de materia contiene billones de ellos, ¿por qué todo lo que nos rodea no es magnético?

Respuesta: porque la mayoría de los electrones anulan el magnetismo de los demás.

Según el principio de exclusión de Pauli, los electrones presentes en la misma capa orbital tienen espines opuestos y, por lo tanto, cancelan la destreza magnética de los demás. En ciertos elementos, como el hierro y el cobalto (materiales ferromagnéticos), la capa de valencia final solo está llena hasta la mitad y contiene electrones no apareados.

Sin electrones opuestos que los neutralicen, estos electrones no apareados otorgan colectivamente a sus respectivos átomos poderes magnéticos.

Al formar un cristal, los átomos pueden alinear sus momentos magnéticos en la misma dirección o no, dependiendo de lo que resulte en la menor energía interna. Las regiones en las que los momentos magnéticos individuales son paralelos entre sí (alineados) se conocen como dominios magnéticos.

La respuesta de estos dominios y átomos individuales a un campo externo aplicado forma la base para la clasificación de varios materiales magnéticos (Tipos de materiales magnéticos).

Un elemento o material comienza a comportarse como un imán permanente cuando cada dominio magnético se alinea en la misma dirección después de la aplicación de un campo magnético externo.

Los dominios magnéticos en un material ferromagnético se alinean en presencia de un campo externo, actuando así como un imán permanente.

¿Qué causa una pérdida de magnetismo?

Un material magnético no es verdaderamente magnético a menos que sus dominios estén alineados con precisión; un cambio en la dirección de cualquier dominio puede provocar una pérdida de fuerza magnética neta. Varios factores naturales pueden hacer que estos dominios se aleatoricen. El más común y destructivo es el calor excesivo.

Calor

Si bien todo puede parecer silencioso en la superficie, a nivel microscópico, los átomos vibran constantemente. El alcance de su vibración depende de su estado energético, que depende de su temperatura. Cualquier ligera fluctuación de temperatura afecta la intensidad de las vibraciones atómicas, por lo que tiene un efecto sobre la fuerza magnética general. Una disminución de la temperatura aumenta los poderes magnéticos de un imán, mientras que un aumento tiene un efecto adverso sobre él.

Cuando se exponen a altas temperaturas, los átomos dentro de un imán comienzan a vibrar a un ritmo creciente y más frenético. Esto hace que algunos dominios magnéticos se desalineen, lo que provoca una disminución del magnetismo neto. A temperaturas suficientemente altas, todos los dominios magnéticos se desalinean y se produce una pérdida completa de magnetismo. La temperatura a la que un imán pierde su capacidad magnética permanente se conoce como punto de Curie o temperatura de Curie.

Temperatura vs magnetismo

Un imán recuperará sus propiedades magnéticas si se calienta a una temperatura por debajo del punto de Curie y luego se enfría (aunque se puede experimentar una ligera disminución en la fuerza). Sin embargo, enfriar un imán después de calentarlo más allá del punto de Curie no ayudará a recuperar el magnetismo. En ese caso, será necesario introducir un campo magnético externo para realinear los dominios y magnetizar el material nuevamente.

Si bien la aplicación de calor es uno de los métodos principales para la desmagnetización, la exposición a niveles tan altos (imanes de ferrita ~ 460 ° C, imanes de álnico ~ 860 ° C, imanes de samario y cobalto ~ 750 ° C e imanes de neodimio ~ 310 ° C) en la vida cotidiana es poco común. La pérdida natural de magnetismo se produce principalmente debido a uno de los otros factores.

Almacenamiento inadecuado

Si bien puede parecer trivial, el almacenamiento adecuado de los imanes es esencial para garantizar que no pierdan su fuerza con el tiempo (y también, no dañen sus medios magnéticos, como tarjetas de crédito, discos duros, monitores, etc.)

La mayoría de los imanes incorporan una buena dosis de hierro, un elemento que se corroe en presencia de oxígeno y agua. Los imanes permanentes más utilizados y más fuertes, los imanes de neodimio, también son los más vulnerables a la corrosión debido a su alto contenido de hierro (más del 60%). Dado que la corrosión cambia la estructura química subyacente (Fe → Fe2O3) que hace que un material sea magnético, conduce a una pérdida de resistencia general. Los fabricantes han comenzado a incorporar recubrimientos anticorrosión, pero aún se debe tener cuidado al almacenar imanes.

Los imanes de neodimio se corroen fácilmente cuando se dejan expuestos a la atmósfera. (Crédito de la foto: chutney de mango / Wikimedia Commons)

Un imán colocado incorrectamente cerca de otro imán (más fuerte) también puede perder parte o todo su magnetismo. Los polos similares de diferentes imanes nunca deben tocarse entre sí (o estar muy cerca), ya que el imán más fuerte obligará a los dominios magnéticos del más débil a cambiar de dirección; en algunos casos, puede ocurrir una inversión total de los polos. Esta pérdida de magnetismo debido a un campo magnético externo (perdido) se conoce como pérdida de histéresis. Lea más sobre este fenómeno aquí: ¿Qué es la curva de histéresis?

Daño estructural

Finalmente, una reducción general de tamaño o cualquier daño estructural también provocará una disminución de la fuerza magnética. Obviamente, el campo magnético generado por imanes de la misma composición de material depende del tamaño de los imanes. Cuanto más grande sea el imán, mayor será el campo magnético que se generará. El daño estructural en forma de astillado quitará el tamaño del imán y, en consecuencia, su fuerza magnética.

Además, los impactos agudos, como golpear repetidamente un imán o dejarlo caer sobre una superficie dura, pueden desalinear los dominios magnéticos y reducir el magnetismo. Sin embargo, esto solo es cierto para ciertos imanes permanentes. Los imanes de neodimio, samario, cobalto y ferrita son bastante frágiles y se agrietan si se dejan caer sobre una superficie dura o se golpean. Los imanes de álnico, por otro lado, son bastante fuertes y no se romperán ni agrietarán bajo tensión mecánica.

Una palabra final

Para prolongar la vida de sus imanes y evitar cualquier pérdida de fuerza magnética, guarde sus imanes en un lugar seco y aislado. Si se van a almacenar varios imanes juntos, pegue el extremo norte de uno al sur de otro y así sucesivamente; Los imanes de herradura también se pueden almacenar así. Además, considere usar un protector (armadura), una pequeña pieza de hierro o acero, para evitar la autodesmagnetización y evitar dañarlos por completo.

Si bien múltiples fuerzas conspiran para quitar los poderes de su imán, la disminución neta del magnetismo durante largos períodos es bastante minúscula. Por ejemplo, los imanes de samario-cobalto tardan alrededor de 700 años en perder naturalmente la mitad de su fuerza, mientras que los imanes de neodimio solo pierden alrededor del 5% de su magnetismo cada siglo.

Por lo tanto, puede estar seguro de que los imanes permanentes que se encuentran actualmente en su cajón le durarán toda la vida e incluso podrían transmitirse a sus nietos como reliquias familiares.