¿Por qué los imanes permanentes son permanentes?

Déjame ver si lo hago bien. Cuando una barra de hierro es atraída por un imán permanente, se convierte en un imán porque todos sus dominios magnéticos comienzan a apuntar en la misma dirección. Cuando la barra de hierro ya no es atraída por el imán permanente, ya no es un imán porque sus dominios magnéticos apuntan en diferentes direcciones nuevamente.

Cuando el hierro se calienta a la temperatura de curie y se enfría, todos sus dominios magnéticos también comienzan a apuntar en la misma dirección. (Si no me equivoco la estructura atómica no cambia)

Entonces, ¿por qué es permanente en el segundo caso y no en el primero? (Corrígeme si me equivoqué en algo aquí)

La fuerza magnética residual varía con la relativa libertad de movimiento de los átomos. No es raro en su primer caso que el hierro permanezca magnético, pero cuando el hierro se calienta, más átomos se alinean más fácilmente y luego, cuando se enfría, tienden a permanecer más magnéticos. La introducción de un campo eléctrico durante el enfriamiento también ayudará a crear un imán más fuerte, ya que alinea aún más átomos. El enfriamiento tiende a congelarlos en su lugar... convirtiéndose así en 'permanentes'.
Siento que nadie ha respondido realmente a esta pregunta.

Respuestas (3)

Materiales ferromagnéticosexhiben un fenómeno de ordenación de largo alcance a nivel atómico que hace que los espines de electrones desapareados se alineen en paralelo entre sí en una región llamada dominio. Dentro del dominio, el campo magnético es intenso, pero en una muestra a granel, el material generalmente no estará magnetizado porque los muchos dominios estarán orientados aleatoriamente entre sí. El ferromagnetismo se manifiesta en el hecho de que un pequeño campo magnético impuesto desde el exterior, por ejemplo, de un solenoide, puede hacer que los dominios magnéticos se alineen entre sí y se dice que el material está magnetizado. El campo magnético impulsor aumentará entonces en un gran factor que generalmente se expresa como una permeabilidad relativa del material. Hay muchas aplicaciones prácticas de los materiales ferromagnéticos, como el electroimán.

Los ferroimanes tenderán a permanecer magnetizados hasta cierto punto después de estar sujetos a un campo magnético externo. Esta tendencia a "recordar su historia magnética" se llama histéresis. La fracción de la magnetización de saturación que se retiene cuando se elimina el campo impulsor se denomina remanencia del material y es un factor importante en los imanes permanentes.

En este marco, su declaración

Cuando la barra de hierro ya no es atraída por el imán permanente, ya no es un imán porque sus dominios magnéticos apuntan en diferentes direcciones nuevamente.

no es verdad. Queda algo de magnetización, dependiendo del material y sus características. Se llama la histéresis del material.

bucle de histéresis

Cuando el hierro se calienta a la temperatura de curie y se enfría, todos sus dominios magnéticos también comienzan a apuntar en la misma dirección. (Si no me equivoco la estructura atómica no cambia)

Nota: si existe un campo magnético contra el que alinearse, de lo contrario será aleatorio.

Entonces, ¿por qué es permanente en el segundo caso y no en el primero? (Corrígeme si me equivoqué en algo aquí)

La permanencia depende de las características de histéresis del material al responder a un campo magnético externo.

En dimensiones atómicas, el modelo de dominio, ver figura y enlaces, explica lo que sucede. Los dominios obtienen energía de campos externos para orientarse en la dirección del campo y, dependiendo de las características magnéticas de los espines de electrones no apareados en el dominio, pueden permanecer allí, en un estado metaestable, hasta que se suministre energía para moverlos nuevamente (como calor u otro campo magnético).

"Los dominios obtienen energía de campos externos para orientarse en la dirección del campo" ¿No deberían los dominios ceder energía cuando se alinean con el campo externo?
@JánLalinský Estoy pensando en metaestable como en una mesa plana con muchos agujeros poco profundos. Una bola permanecerá en el hoyo pero puede salir rodando si se le da un poco de energía, que perderá de nuevo rodando en un hoyo diferente. Supongo que depende de las fuerzas cohesivas colectivas dominio-dominio, que es lo que hace las constantes que definen los materiales y el ciclo de histéresis.

cuando aplicamos un campo magnético a cualquier sustancia ferromagnética y la eliminamos, queda una pequeña fracción de la fuerza magnética. para desmagnetizarlo por completo, se necesita un campo magnético opuesto. Este campo magnético se llama coercitividad del material. Esto es diferente para diferentes materiales. la coercitividad es baja para el hierro, por lo que se desmagnetiza fácilmente y es muy alta para los materiales que forman el imán permanente. por lo tanto, se necesita un mayor campo magnético magnético para desmagnetizar el imán permanente.

Esta respuesta parece ser más sobre cómo desmagnetizar un imán, en lugar de por qué un imán permanente es permanentemente magnético.

Cuando lo enfría, los dominios así formados se alinean para obtener la energía mínima y esa no es la energía en la que todos apuntan en la misma dirección.

Existe una competencia entre las interacciones dipolares magnéticas débiles de largo alcance (varía como 1/r3) que favorecen los espines en dirección opuesta y la fuerte interacción electrón-electrón de corto alcance que favorece los estados triplete (espín paralelo) sobre los estados singulete. Cuando los dipolos son lo suficientemente fuertes como cuando muchos espines apuntan en la misma dirección que en un dominio, entonces pueden superar las interacciones de triplete de corto alcance y los dominios tienden a apuntar en direcciones opuestas. Esto determina qué tan magnetizado está un material.
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