¿Hay un campo mínimo requerido para comenzar a magnetizar un ferromagneto inicialmente no magnetizado?

Question

La pregunta ¿Funcionaría una brújula con aguja desmagnetizada? nunca parece haber sido resuelta, ya que se enredó en una serie de subtemas donde diferentes personas hicieron afirmaciones aparentemente contradictorias. El propósito de la presente pregunta es aislar uno de los temas para discusión separada: ¿Existe un campo mínimo necesario para comenzar a magnetizar un ferromagnético?

Physika dice:

Entonces la pregunta es si el campo magnético de la Tierra es lo suficientemente fuerte como para realinear los dominios en una aguja de hierro. La Energía Libre de Landau se utiliza para determinar esto, ya que los dominios se alinearán de la manera que minimice esta energía. Parámetros que determinan esta energía incluyen cosas como: tamaño y forma de la aguja, material (en este caso hierro), y fuerza del campo externo.

Si el campo externo es lo suficientemente fuerte como para provocar magnetización, la dirección de la magnetización inducida estará en una dirección que minimice la energía de anisotropía y estará pre-determinada por las dimensiones de la aguja. Las dimensiones dan lugar a un eje "fácil" [...] De todos modos, no he hecho el cálculo, pero no creo que el campo terrestre sea lo suficientemente fuerte como para causar el realineamiento de los dominios.

Pieter dice:

Un campo pequeño puede mover paredes de dominio. No en acero, pero usamos un tubo de hierro débil para protegerse del campo terrestre. También está el mu-metal y el Metglass, hierro-boro amorfo utilizado en transformadores.

No estoy seguro, pero ambas afirmaciones me parecen que podrían no ser correctas. La descripción de Physika parecería implicar que la curva de histéresis inicial del hierro es horizontal, y sin embargo las curvas de histéresis que he visto no se ven así. Pieter podría estar diciendo que esto es cierto para materiales ferromagnéticos duros pero no blandos, pero mi comprensión es que ambos son idealizaciones. Las afirmaciones de Pieter sobre protección también me parecen inconclusas, ya que la protección funciona simplemente porque estos materiales son altamente permeables, no porque sean ferromagnéticos.

El siguiente material de los comentarios también puede ser relevante:

Magicsowon:

Creo que incluso con campos muy pequeños, se induce magnetización en los ferromagnéticos. Los dominios paralelos al campo se harían ligeramente más grandes, y los antiparalelos se harían ligeramente más pequeños. Pero, el efecto es demasiado pequeño para marcar la diferencia.

Physika:

¿Con "se induce magnetización en los ferromagnéticos" te refieres a que se induce en ferromagnéticos desmagnetizados como en la pregunta? Dado que los ferromagnéticos son magnéticos espontáneamente, por definición, nada necesita inducir la magnetización. Respecto a los dominios: supongo que la forma más corta en la que puedo expresar esto es que hay un blindaje efectivo debido a la interacción de intercambio en los límites, por lo que los dominios dentro del volumen de la aguja no se verán afectados. El movimiento de las paredes de dominio se asemeja a una onda, por lo que los cambios debido a estímulos externos comienzan en la superficie: youtube.com/watch?v=erzydYEDXIE

También me estoy confundiendo con el tema de si esto es una propiedad del bulk o no, y tal vez la resolución de la aparente contradicción es que una cosa es cierta en bulk, y la otra para muestras finitas...?

Answer 1

Las paredes de dominio móviles son la causa de la gran permeabilidad de un material ferromagnético suave. Los materiales para blindaje magnético deben ser así, el mu-metal funciona de la misma manera.

Siempre hay algo de histéresis, algo de remanencia y un campo coercitivo, incluso en ferromagnetos amorfos. Pero estos pueden ser muy pequeños, más pequeños que el campo magnético terrestre.

En cuanto a si esta es una propiedad a granel o debido a muestras finitas - un ferromagneto verdaderamente infinito podría ser de un solo dominio, supongo. La razón por la que surgen los dominios es que minimizan la energía en el campo externo en campo aplicado cero. Esto también es la causa de la anisotropía de forma.

Véase también esta animación de cómo una pared de dominio puede moverse en un campo aplicado. Puede haber barreras como en esta animación, pero en imanes blandos se intenta minimizarlas.

Por lo tanto, para abordar la cita de Physika, se podría observar esa figura con dos dominios y olvidarse de la inclusión. Sin un campo aplicado, los dos dominios serían igualmente grandes. Cualquier campo aplicado, por pequeño que sea, reduciría la energía de un dominio y aumentaría la energía del otro. La pared de dominio se movería un poco y la muestra adquiriría una magnetización neta. Lo cual, por supuesto, da lugar a un campo externo, por lo que habrá un equilibrio. En ese sistema, no hay un umbral que superar. La muestra puede entonces describirse como teniendo una permeabilidad relativa, que podría ser muy grande (como $10^4$).