Imán de tierras raras para niños
Un imán de tierras raras es un tipo de imán muy potente. Se fabrica usando aleaciones de elementos químicos especiales llamados "tierras raras". Estos imanes se desarrollaron en las décadas de 1970 y 1980. Son los imanes permanentes más fuertes que existen. Producen campos magnéticos mucho más potentes que otros imanes, como los de ferrita.
Los campos magnéticos de los imanes de tierras raras pueden ser superiores a 1.4 teslas. En cambio, los imanes de ferrita suelen tener campos de 0.5 a 1 tesla. Hay dos tipos principales: los imanes de neodimio y los imanes de samario-cobalto.
Estos imanes son bastante frágiles y pueden oxidarse. Por eso, a menudo se les aplica una capa de metal o pintura. Esto los protege para que no se rompan o se astillen.
El nombre "tierra rara" puede confundir. Estos metales no son tan escasos como parece. Son tan comunes como el estaño o el plomo. El interés en usar compuestos de tierras raras para imanes comenzó en 1966. En ese año, K. J. Strnat y G. Hoffer descubrieron una aleación de itrio y cobalto, YCo5. Esta aleación tenía una capacidad magnética muy alta.
Contenido
¿Por qué son tan fuertes los imanes de tierras raras?
La naturaleza magnética de los elementos
Los elementos de tierras raras son metales ferromagnéticos. Esto significa que, al igual que el hierro, pueden ser magnetizados. Sin embargo, en su estado puro, su magnetismo solo aparece a temperaturas muy bajas. Esto se debe a su "temperatura de Curie", que es el punto en el que un material pierde su magnetismo.
Cuando se combinan con otros metales como el hierro, el níquel y el cobalto, forman compuestos. Algunos de estos compuestos sí mantienen su magnetismo a temperatura ambiente. Los imanes de tierras raras se fabrican con estos compuestos especiales.
La estructura interna de los imanes
La gran ventaja de los compuestos de tierras raras es su estructura cristalina. Tienen una propiedad llamada "anisotropía magnética" muy alta. Esto significa que es muy fácil magnetizar un cristal en una dirección específica. Sin embargo, es muy difícil magnetizarlo en cualquier otra dirección.
Los átomos de los elementos de tierras raras pueden mantener su magnetismo. Esto se debe a cómo están organizados sus electrones. Tienen una parte de su estructura electrónica que puede contener electrones "desapareados". Estos electrones mantienen su magnetismo fácilmente.
La combinación de un fuerte magnetismo a nivel atómico y una alineación estable hace que estos imanes sean tan potentes.
Propiedades de los imanes de tierras raras
Para comparar imanes permanentes, se usan varias propiedades importantes:
- Remanencia magnética (Br): Mide la fuerza del campo magnético que el imán puede mantener.
- Coercitividad (Hci): Es la resistencia del material a perder su magnetismo.
- Producto de energía (BHmax): Indica la densidad de energía magnética.
- Temperatura de Curie (Tc): Es la temperatura a la que el material pierde su magnetismo.
Los imanes de tierras raras tienen mayor remanencia, mucha mayor coercividad y producto de energía. Sin embargo, los de neodimio tienen una temperatura de Curie más baja que otros tipos de imanes.
La siguiente tabla compara el rendimiento de los imanes de neodimio y samario-cobalto con otros imanes:
| Imán | Br (T) | Hci (kA/m) | (BH)max (kJ/m³) | Tc (°C) |
|---|---|---|---|---|
| Nd2Fe14B (sinterizado) | 1.0–1.4 | 750–2000 | 200–440 | 310–400 |
| Nd2Fe14B (depositado) | 0.6–0.7 | 600–1200 | 60–100 | 310–400 |
| SmCo5 (sinterizado) | 0.8–1.1 | 600–2000 | 120–200 | 720 |
| Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7 (sinterizado) | 0.9–1.15 | 450–1300 | 150–240 | 800 |
| Alnico (sinterizado) | 0,6–1,4 | 275 | 10–88 | 700–860 |
| Sr-ferrita (sinterizado) | 0,2–0,4 | 100–300 | 10–40 | 450 |
Tipos de imanes de tierras raras
Imanes de samario-cobalto
Los imanes de samario-cobalto (SmCo5) fueron los primeros imanes de tierras raras que se inventaron. Se usan menos que los de neodimio porque son más caros y un poco menos potentes. Sin embargo, tienen una temperatura de Curie más alta. Esto los hace útiles en lugares donde se necesita un imán fuerte que funcione bien a altas temperaturas. Son muy resistentes a la oxidación. Aun así, son frágiles y pueden romperse si sufren un cambio brusco de temperatura.
Imanes de neodimio
Los imanes de neodimio se inventaron en los años 1980. Son los imanes de tierras raras más fuertes y más económicos. Están hechos de una aleación de neodimio, hierro y boro (Nd2Fe14B). Son muy potentes, pero tienen una temperatura de Curie más baja y se oxidan más fácilmente que los de samario-cobalto.
Para protegerlos de la corrosión, se les aplican capas protectoras. Estas pueden ser de oro, níquel, cinc, estaño o resina epoxi. Los imanes de neodimio se usan en muchas cosas que necesitan imanes pequeños y fuertes. Por ejemplo, en motores eléctricos de herramientas, discos duros de computadoras y cierres magnéticos en joyas.
Al principio, eran muy caros, lo que limitaba su uso. Pero desde principios de los años 1990, su precio ha bajado mucho. Esto ha permitido que se usen en nuevas aplicaciones, como en juguetes de construcción magnéticos.
Precauciones con los imanes de tierras raras
La gran fuerza de los imanes de tierras raras ha creado algunos riesgos nuevos. Los imanes grandes, de unos pocos centímetros, son tan fuertes que pueden causar lesiones. Si una parte del cuerpo queda atrapada entre dos imanes o entre un imán y una superficie de metal, puede causar incluso huesos rotos.
Si los imanes se acercan mucho, pueden golpearse con tanta fuerza que se astillen. Las astillas que salen volando pueden causar heridas. Ha habido casos de niños que se han tragado varios imanes. Esto puede ser muy peligroso, ya que los imanes pueden atraerse dentro del cuerpo y causar problemas graves.
Los campos magnéticos fuertes también pueden borrar información de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, pueden afectar discos duros y tarjetas de crédito.
Usos de los imanes de tierras raras
Desde los años 1990, los imanes de neodimio se han vuelto más económicos. Por eso, han reemplazado a otros tipos de imanes, como los de alnico y ferrita, en muchas tecnologías modernas. Su mayor fuerza permite usar imanes más pequeños y ligeros para la misma función.
Usos comunes
Algunas aplicaciones comunes de los imanes de tierras raras son:
- Discos duros de computadoras y dispositivos portátiles.
- Aerogeneradores (molinos de viento que generan electricidad).
- Altavoces y auriculares.
- Dínamos de bicicleta.
- Frenos en carretes de pesca.
- Motores de imanes permanentes en taladros inalámbricos.
- Linternas que se cargan agitándolas, usando imanes para generar electricidad.
Otros usos interesantes
Otras aplicaciones de los imanes de tierras raras incluyen:
- Motores lineales (usados en trenes de levitación magnética).
- Experimentos de levitación diamagnética y levitación por superconductividad.
- Rodamiento electrodinámico.
- Tecnología en montañas rusas de lanzamiento.
- LED Throwies: pequeños LEDs con una pila y un imán, usados para crear arte luminoso.
- Pastillas para guitarra eléctrica.
- Miniaturas para juegos de mesa, donde los imanes ayudan a cambiar partes de los modelos.
- Windbelts para generar electricidad usando el viento.
Véase también
En inglés: Rare-earth magnet Facts for Kids
