La temperatura afecta al magnetismo de un imán al modificar la alineación de sus dominios magnéticos internos. El magnetismo aumenta a bajas temperaturas y disminuye a altas temperaturas. Al calentarse, los átomos del imán se mueven más, lo que debilita el campo magnético y desalinea los dominios magnéticos.
Sin embargo, enfriar el imán puede intensificar su magnetismo al estabilizar la alineación de estos dominios. En el apartado sobre cómo afecta la temperatura a los imanes se explicará qué es la temperatura de Curie, cómo puede modificar el calor el magnetismo y qué ocurre a la temperatura más baja.
¿Qué es la temperatura de Curie?
La temperatura de Curie (Tc) es el punto en el que una sustancia magnética pierde todas sus propiedades magnéticas.
La temperatura de Curie mide la relación entre el magnetismo y la temperatura, y establece la temperatura máxima a la que puede alterarse la alineación de los momentos magnéticos. Esta temperatura recibe su nombre del físico Pierre Curie.
Por ejemplo:,
- Imán de neodimio: unos 310 °C.
- Imán frito: unos 450 °C.
- Imán de samario-cobalto: unos 750 °C.
- Imanes de Alnico: ~880 °C.
Cuando un imán alcanza su punto de Curie, pierde sus propiedades y no recupera su magnetismo al enfriarse.
¿Cómo afecta el frío a los imanes?
En general, las temperaturas más bajas intensifican el magnetismo porque ralentizan el movimiento de los átomos, lo que ayuda a restablecer su alineación. Sin embargo, los imanes pueden volverse frágiles a temperaturas extremas, especialmente si están fabricados con materiales como el neodimio.
Los imanes superconductores suelen mantenerse a temperaturas criogénicas en los laboratorios. De hecho, la mayoría de los imanes presentan un magnetismo ligeramente más intenso y estable a temperaturas más bajas; la fuerza magnética disminuye gradualmente si la temperatura desciende por debajo de 125 °C.
Cuando la temperatura desciende hasta 196 °C, el magnetismo aumenta hasta entre el 85 y el 90 %.
¿Cómo afecta el calor a los imanes?
Los dominios magnéticos, que son pequeñas secciones de átomos enlazados, se desalinean cuando la temperatura aumenta debido a la energía térmica. Como consecuencia, el magnetismo disminuye gradualmente. Los imanes apenas pueden perder sus propiedades magnéticas si la temperatura aumenta demasiado.
El proceso se parece en cierta medida a cómo el calor derrite el hielo. Una vez alcanzado un punto determinado, resulta difícil invertir el cambio. El calor hace que las moléculas de la cera se muevan más deprisa y con mayor energía cinética, por lo que se vuelven más regulares.
A medida que aumenta la temperatura, estas moléculas comienzan a desalinearse hasta que sus extremos presentan cargas opuestas y dejan de estar enfrentados entre sí en una disposición de tipo jaula. Un imán puede recuperar su funcionamiento original después de enfriarse si la temperatura alcanzada por el calor aplicado se mantiene por debajo de su temperatura máxima de funcionamiento.
Los distintos materiales magnéticos reaccionan de forma diferente a la temperatura
Los distintos imanes presentan comportamientos diferentes en función de la temperatura y la presión. Su reacción viene determinada por la estructura cristalina interna y la composición de las sustancias. Analizamos cómo responden los materiales magnéticos más utilizados a las variaciones de temperatura.
Alnico
Numerosos equipos de consumo e industriales dependen de los imanes permanentes de Alnico. Los imanes de Alnico se utilizan, entre otros dispositivos, en imanes ruminales, tubos de ondas progresivas, motores eléctricos, pastillas de guitarra eléctrica, micrófonos, sensores y altavoces.
Sin embargo, actualmente se utilizan imanes de tierras raras en muchos objetos porque pueden generar un BHmax elevado y un campo magnético intenso (Br), lo que permite miniaturizarlos.
SmCo
Una característica bien conocida de los imanes de samario-cobalto es su excepcional estabilidad térmica. Incluso a temperaturas de hasta 350 °C, no se debilitan de forma significativa.
NdFeB
Los imanes de neodimio son los imanes permanentes más potentes del mercado. Sin embargo, también son los más sensibles a la temperatura. Los tipos avanzados (como N42SH o N52VH) pueden funcionar hasta 230 °C, pero los grados pierden rendimiento magnético por encima de 80 °C.
No son adecuados para condiciones de calor extremo, ya que sufren una desmagnetización irreversible cuando se superan sus límites.
Ferrita
Los imanes de ferrita son económicos y de uso habitual. Están compuestos por óxido de hierro y bario o estroncio. Su magnetismo disminuye ligeramente a temperaturas bajo cero.
Aun así, funcionan correctamente hasta 250 °C. No obstante, al ofrecer un equilibrio entre coste y fiabilidad, se prefieren para aplicaciones como altavoces e imanes de frigorífico.
~0.11% de pérdida por °C (reversible por debajo de la temperatura máxima de funcionamiento)
Cuando la temperatura de funcionamiento es inferior a la máxima, los imanes suelen perder aproximadamente 0.11% de su fuerza por cada grado Celsius. Afortunadamente, este efecto es reversible, por lo que el imán recupera su fuerza original al enfriarse.
Sin embargo, parte del daño es irreversible si la temperatura supera el intervalo nominal. Elegir el grado de imán adecuado para la aplicación es fundamental para evitar una desmagnetización irreversible.
Clasificación de temperatura por grado (p. ej., VH/AH hasta ~230 °C)
Cada imán tiene una clasificación de temperatura específica, en función de su grado y composición. Los imanes de neodimio (NdFeB), por ejemplo, se clasifican en grados como N95, N42 y N35.
Cada grado tiene un intervalo máximo de temperatura de funcionamiento. Por lo general, este intervalo va de 80 °C a 230 °C para los tipos especiales de alta temperatura, como VH (muy alta) y AH (adicionalmente alta). Si se superan estos límites, el magnetismo puede perderse de forma irreversible.
¿Qué les ocurre a los imanes a altas temperaturas?
Cuando los imanes se exponen a altas temperaturas, pueden producirse dos efectos.
Pérdida reversible:
Si durante el calentamiento no se supera la temperatura máxima de funcionamiento, la magnetización se revierte. Esto significa que el material presenta menos magnetismo mientras está caliente. Los dominios magnéticos pierden parte de su alineación debido a la agitación térmica provocada por el aumento de la temperatura.
Un imán puede recuperar su fuerza después de enfriarse. Para ello, la temperatura de la lámina debe permanecer por debajo de un determinado umbral, también denominado temperatura de Curie o punto de Curie.
El imán puede debilitarse temporalmente al exponerse a un calor moderado. Este fenómeno se denomina daño reversible.
Pérdida irreversible (y permanente)
Cuando un imán se expone a temperaturas superiores a su temperatura máxima de funcionamiento e inferiores a su temperatura de Curie, se produce una pérdida irreversible de magnetismo.
Esto significa que:
● Su rendimiento será peor en frío.
¿Qué temperatura es excesiva para los imanes de neodimio?
Los imanes permanentes más potentes del mercado son los imanes de neodimio (NDFEB). Por tanto, también son sensibles a la temperatura. Los grados estándar, como N35 o N52, suelen comenzar a perder su magnetismo a 80 °C (176 °F).
Cuando la temperatura supera el límite, la eficacia del imán disminuye rápidamente y puede no recuperarse por completo al enfriarse.
Un imán experimenta un cambio permanente cuando alcanza su temperatura de Curie. Este es el punto en el que pierde todas sus propiedades magnéticas y depende de la composición del material. En los imanes de neodimio, este punto suele situarse entre 310 °C y 400 °C (590 °F y 752 °F).
La temperatura máxima de funcionamiento depende de la forma (coeficiente de permeancia).
La forma y el diseño de un imán influyen en la cantidad de calor que puede soportar. El término “coeficiente de permeancia” (Pc) hace referencia a este factor.
El campo magnético es más estable en un imán con un coeficiente de permeancia más alto. Por ejemplo, un cilindro de mayor grosor puede conservar mejor su magnetismo al calentarse.
Por el contrario, a temperaturas más elevadas, los imanes más finos o pequeños con valores de PCO inferiores tienen más probabilidades de desmagnetizarse.
Grados para altas temperaturas (p. ej., N42SH, N35AH)
Se han desarrollado grados especiales de imanes de neodimio para altas temperaturas con el fin de resolver los problemas de sensibilidad térmica.
Incluso en condiciones adversas, estos grados pueden mantener sus intensas propiedades magnéticas gracias al uso de aleaciones modificadas y morteros:
- La temperatura de funcionamiento del N42SH es de 150 °C (902 °F).
- Temperaturas de hasta 200 °C (392 °F) puede soportarlas el N35EH.
- 230 °C puede soportar temperaturas de hasta 35AH (446 °F).
Aunque estos grados para altas temperaturas pueden ofrecer un rendimiento magnético inferior al de los grados convencionales, son idóneos para aplicaciones exigentes, como motores eléctricos y sensores de automoción, porque pueden conservar su magnetismo cuando se calientan.
Es posible restablecer el magnetismo a su intensidad original, pero no resulta rentable. Una pérdida irreversible solo se produce una vez.
Conclusión
Los imanes se ven muy afectados por la temperatura; por encima del punto de Curie, los imanes permanentes, como los de hierro o neodimio, pierden toda su fuerza magnética. La intensidad de su campo aumenta al disminuir la temperatura.
Debido a la reducción de su potencia eléctrica, los electroimanes acaban perdiendo fuerza a medida que se sobrecalientan. Por ello, la refrigeración permite a los electroimanes superconductores generar campos de muy alta
intensidad.
La temperatura debe controlarse cuidadosamente. Para conservar el magnetismo, es preciso mantener el imán permanente alejado del calor extremo. La refrigeración de los electroimanes permite generar campos magnéticos intensos.
El uso del calor y de las condiciones límite puede abrir nuevas aplicaciones magnéticas en la ciencia, la ingeniería y la medicina.
Preguntas frecuentes
¿Cómo afecta la temperatura a los imanes de samario-cobalto?
Los imanes de samario-cobalto (SmCo) pueden funcionar eficazmente a temperaturas de hasta 300 °C (572 °F) gracias a su excepcional resistencia térmica. Debido a su elevada temperatura de Curie, pueden conservar sus propiedades magnéticas incluso en condiciones adversas.
Sin embargo, pueden perder su magnetismo de forma permanente si se someten a temperaturas excesivas. Los imanes de SmCo son idóneos para aplicaciones de alta temperatura y aeroespaciales, ya que mantienen su estabilidad a temperaturas extremadamente bajas.
¿Cómo afecta la temperatura a los imanes de samario-cobalto?
Cuando los imanes de neodimio se calientan por encima de 80 °C (176 °F), su fuerza magnética disminuye rápidamente. La expansión a temperaturas elevadas puede provocar una desmagnetización irreversible.
Sin embargo, a bajas temperaturas sus dominios magnéticos se alinean con mayor intensidad, por lo que aumenta su fuerza magnética.
¿Es cierto que el calor desmagnetiza un imán?
En efecto, un imán pierde todo su magnetismo cuando su temperatura supera el punto de Curie, ya que sus dominios magnéticos dejan de estar alineados.
¿Cómo puede estar magnetizado el núcleo caliente de la Tierra?
Un imán permanente no es la fuente del campo magnético terrestre. Este se genera por el efecto de geodinamo en el hierro y el níquel fundidos del núcleo externo.
Aunque el núcleo está demasiado caliente para mantener una magnetización autosostenida, el movimiento de estos materiales conductores genera una corriente eléctrica que, a su vez, crea un intenso campo magnético.
Ben — Osenc
Ben cuenta con más de 10 años de experiencia en el sector de los imanes permanentes y trabaja con Osenc desde 2019. Está especializado en imanes de NdFeB a medida, accesorios magnéticos y conjuntos magnéticos.
Ayuda a los clientes a definir los requisitos de material, recubrimiento, magnetización, ensayo y producción, lo que reduce las deficiencias de comunicación y las iteraciones innecesarias de las muestras.
