Trabajo Practico de Ferrofluidos Integrantes: Abadie Gastón Logulo Martín Tenaglia Nicolás
Introducción El ferromagnetismo es una propiedad del hierro, níquel, cobalto y algunos compuestos y aleaciones de los mismos. Un líquido con las propiedades magnéticas de estos materiales y al mismo tiempo tenga el comportamiento de los fluidos, como tomar la forma del recipiente que lo contenga y deslizarse alrededor de los obstáculos, se lo denomina ferrofluido. Es decir, es un líquido que se polariza en presencia de un campo magnético externo. Los ferrofluidos, a pesar de su nombre, no muestran ferromagnetismo, pues no retienen su magnetización en ausencia de un campo aplicado de manera externa. De hecho, los ferrofluidos muestran paramagnetismo y normalmente se identifican como "superparamagnéticos" por su gran susceptibilidad magnética.
Preparación Se podría pensar que la forma de crear un ferrofluido es calentar un metal hasta fundirlo. Sin embargo, esto no es válido porque el comportamiento ferromagnético de estos metales desaparece por encima del punto de Curie, que es una temperatura determinada, la cual se encuentra muy por debajo del punto de fusión del material. Para elaborar un sencillo ferrofluido se utilizan pequeñas partículas magnéticas mezcladas con aceite mineral, vegetal o automotriz ligero. La proporción es de 1:1 entre aceite y polvo magnético, aunque lo ideal es ir haciendo pruebas de modo de ver cuando es que se obtiene el mejor resultado. En el ferrofluido obtenido el material ferromagnético no está homogeneamente distribuido y las partículas tienden a acumularse en el fondo por gravedad, pero para hacer nuestros experimentos será suficiente. Para resultados más profesionales, puede comprarse este líquido preparado por laboratorios. son: Algunas buenas fuentes de partículas magnéticas pequeñas Polvo de ferrita Toner magnético de impresora láser Polvo de inspección magnético, usado en negocios de soldadura Partículas de lana de acero quemada Partículas raspadas de la superficie de cintas de vídeo Partículas extraídas de la arena por medio de un magneto y una bolsa de plástico Tinta magnética, empleada para imprimir cheques Etc. En nuestro experimento utilizamos aceite vegetal de cocina y toner magnético de impresora láser. Propiedades Un verdadero ferrofluido es estable; esto significa que las partículas sólidas no se aglomeran o separan en fase, aún bajo la influencia de campos magnéticos muy intensos. Sin embargo, el surfactante tiende a descomponerse al paso del tiempo y
eventualmente las nanopartículas se aglomeran y separan, dejando de contribuir a la respuesta magnética del fluido. Al sujetar un fluido paramagnético a un campo magnético vertical de suficiente intensidad, la superficie espontáneamente forma un patrón corrugado muy regular. Este efecto se conoce como inestabilidad bajo campo normal. La formación corrugada incrementa la energía gravitacional y de superficie libre del líquido, pero reduce la energía magnética. Las formaciones aparecen únicamente al exceder un valor crítico para el campo magnético, cuando la reducción de energía magnética sobrepasa el incremento en energía de superficie y gravitación. Otra particularidad del flujo de un ferrofluido ocurre cuando se le comunica un movimiento de rotación en presencia de un campo magnético. En un fluido no magnético el momento angular inducido por rotación varía de un punto a otro, aunque en cualquiera de ellos tiene un único valor o componente; como consecuencia de la ley de conservación del momento, las componentes opuestas del esfuerzo tangencial en un pequeño volumen cúbico del fluido deben ser iguales en las cuatro caras perpendiculares al plano de rotación. En el caso de un ferrofluido, las partículas magnéticas en rotación, al estar en la plataforma, tratan de permanecer alineadas con el campo, pero debido a la fricción hay siempre un pequeño ángulo entre la orientación de la partícula y la dirección del campo aplicado. El ferrofluido cuenta con la propiedad de poder tomar la forma de la líneas de fuerza del campo magnéticos externo, de forma que dependiendo de cómo se lo aplica, y según su fuerza o intensidad se verán distintas formas, las mas comunes son picos que apuntan hacia la mayor zona de fuerza externa, un claro ejemplo se muestra en la siguiente imagen:
Aplicaciones Los ferrofluidos son utilizados frecuentemente en diversas aplicaciones: En altavoces para disipar el calor entre la bobina y el magneto, así como amortiguar pasivamente el movimiento del cono. En la formación de sellos líquidos que rodean las flechas giratorias de los discos duros. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos utiliza una pintura absorbente de radar hecha de substancias ferrofluidas y no magnéticas. El material contribuye a reducir la sección cruzada de radar de los aviones, reduciendo la reflexión de ondas electromagnéticas. En óptica, se utiliza constantemente por sus propiedades refractivas; esto debido a que cada partícula micromagnética refleja luz. Estas aplicaciones incluyen la medición de la viscosidad específica de un líquido colocado entre un polarizador y un analizador, iluminados por un láser de helioneón. En medicina, un ferrofluido compatible puede emplearse para detección de cáncer. Los amortiguadores de la suspensión de un vehículo pueden llenarse con ferrofluido en lugar de aceite convencional, rodeando todo el dispositivo con un electromagneto, permitiendo que la viscosidad del fluido (y por ende la cantidad de amortiguamiento proporcionada por el amortiguador) puedan ser variadas de acuerdo a preferencias del conductor o la cantidad de peso que lleva el vehículo.
Experiencia En cuanto al trabajo, se utilizó aceite vegetal comestible de girasol, debido a que es un aceite liviano, es decir, aporta a la poca viscosidad del ferro fluido, y tóner, utilizado por impresoras láser. La preparación se realizó con la misma cantidad de aceite y tóner, en partes iguales, y mezclando con un torno con un batidor en la punta, procurando obtener una mezcla lo más homogénea posible. La desventaja de batir a mano es que las partículas de tóner son muy pequeñas y se depositan bajo la acción de la gravedad, lo cual interfiere en sus propiedades paramagnéticas. Utilizando un imán de un parlante y otro imán utilizado como escuadra para soldar, se llevaron a cabo un número de experiencias para ver sus propiedades, las cuales están filmadas, al igual que los pasos realizados. Fue posible ver claramente que el líquido seguía las zonas de mayor campo magnético, manifestándose como elevaciones, desplazamientos, depresiones, etc. Vale aclarar que crear un ferro fluido ideal es difícil, sin embargo en estas experiencias se pudo determinar su carácter como tal. En cuanto a posibles fuentes de error se puede decir que el campo magnético producido por los imanes no eran lo suficientemente grandes como para notar aún más los efectos del mismo, o no estaba correctamente distribuido. Creemos que en los efectos logrados en los videos referidos al tema, se utilizaron ferro fluidos ideales, fabricados con otros componentes más específicos, e imanes que producían campos magnéticos de gran intensidad, como por ejemplo electroimanes, o imanes de neodimio, etc.