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Ferrofluido

Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas suspendidas en un fluido portador, que comúnmente es un solvente orgánico o agua. Las nanopartículas (partículas microscópicas) ferromagnéticas están recubiertas de un surfactante (son sustancias que influyen por medio de la tensión superficial . El término surfactante es un anglicismo, tomado de la palabra surfactant, que a su vez es un que proviene de «Surface active agent») para impedir su aglomeración a causa de las fuerzas magnéticas y de van der Waals. Los ferrofluidos, a pesar de su nombre, no presentan 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. Un auténtico fluido ferromagnético es difícil de crear en la actualidad, requiriendo elevadas temperaturas y levitación electromagnética. [1]

Historia

Los ferrofluidos aparecieron en la segunda mitad del siglo XX. No existen en la naturaleza, por lo que hubo que sintetizarlos.

La primera aproximación de fluidos magnéticos (o ferrofluidos) se llevó a cabo en el siglo XVIII por Gowin Knight[2]​ que preparó un fluido formado por finas partículas de hierro en el agua. Sin embargo, no se puede hablar de una verdadera síntesis de ferrofluido hasta 1963. Stephen Papell[3]​ fue quien hizo esta síntesis mezclando queroseno (esencia) y magnetita en polvo (gasolina) en presencia de ácido oleico ( tensioactivo). A continuación, con el fin de obtener nanopartículas, molió durante 10 meses el líquido. El objetivo era producir un líquido de propulsión para cohetes en ausencia de gravedad. Esa fue la primera vez que se creó un ferrofluido estable.

Los trabajos de Rosenzweig condujeron a una mejora del proceso, lo que permitió obtener un ferrofluido más concentrado y magnético. Y dio lugar a una producción industrial y a la comercialización de los ferrofluidos, en un principio, esencialmente por la empresa Ferrofluidics. Desde entonces, la investigación científica proporciona avances diarios en la síntesis de ferrofluidos.[4]

Descripción del ferrofluido

 
Un fluido bajo la influencia de un imán.

Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas microscópicas, normalmente magnetita, hematita o algún otro compuesto con contenido de Fe2+ o Fe3+. Las nanopartículas típicamente son del orden de 10 nm. Esto es lo suficientemente pequeño para que la agitación térmica las distribuya uniformemente dentro del fluido portador, así como para contribuir a la respuesta magnética general del fluido. Esto es análogo a la forma como los iones de una solución salina acuosa paramagnética (por ejemplo, una solución acuosa de sulfato de cobre o cloruro de manganeso) le confieren dichas propiedades paramagnéticas.

Un verdadero ferrofluido es estable; esto significa que las partículas sólidas no se aglomeran o separan en fase, aun bajo la influencia de campos magnéticos muy intensos. Sin embargo, el surfactante tiende a descomponerse al paso del tiempo (algunos años) y eventualmente las nanopartículas se aglomeran y separan, dejando de contribuir a la respuesta magnética del fluido.

Inestabilidad bajo campo normal

 
Un ferrofluido en un campo magnético demostrando inestabilidad bajo campo normal causada por un imán de neodimio bajo el plato.

Al someter un fluido paramagnético a un campo magnético vertical de suficiente intensidad, la superficie espontáneamente forma un patrón corrugado muy regular. Este notable efecto es conocido 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. Los ferrofluidos tienen una susceptibilidad magnética muy elevada y el campo magnético crítico requerido para la aparición de patrones corrugados puede alcanzarse con un pequeño imán.

Surfactantes comunes para ferrofluidos

Los ferrofluidos pueden contener:

Usos

 
Ferrofluido bajo la influencia de un campo magnético intenso.

Los ferrofluidos suelen utilizarse en altavoces para disipar el calor entre la bobina y el imán, así como amortiguar pasivamente el movimiento del cono. Residen en lo que normalmente sería el hueco alrededor de la bobina, siendo mantenidos en posición por el imán del altavoz. Ya que los ferrofluidos son paramagnéticos, obedecen la ley de Curie, reduciéndose su magnetismo al elevarse la temperatura. Un imán de gran potencia que se coloque cerca de la bobina (que produce calor) tenderá a atraer el ferrofluido frío con más intensidad que el caliente, forzando el movimiento del fluido caliente hacia el elemento de disipación térmica. Esto constituye un eficiente método de enfriamiento que no requiere aportación energética adicional.

De manera similar, los ferrofluidos se emplean para formar sellos líquidos que rodean las flechas giratorias de los discos duros.

También poseen propiedades reductoras de la fricción. Si se aplican a la superficie de un imán de gran potencia, tal como los fabricados en neodimio, el imán podrá deslizarse sobre superficies lisas con un mínimo de resistencia.

Industrial

La compañía Matsushita Electric Industry produjo una impresora capaz de imprimir 5 páginas por minuto, utilizando tinta de ferrofluido.

Defensa

La Fuerza Aérea de los Estados Unidos introdujo 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.

Aeroespacial

La NASA ha experimentado con el uso de ferrofluidos en un bucle cerrado como el corazón de un sistema de control de nivel para vehículos espaciales. Se aplica un campo magnético a un bucle de ferrofluido para cambiar el momento angular e influir en la rotación del vehículo.

Medición

Los ferrofluidos tienen numerosas aplicaciones en óptica 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 helio-neón.

Medicina

En medicina, un ferrofluido compatible puede emplearse para detección de cáncer. También se utiliza como agente contrastante en las resonancias magnéticas.

Transferencia de calor

Al imponer un campo magnético a un ferrofluido de susceptibilidad variable, tal como puede presentarse debido a un gradiente de temperatura, se obtiene una fuerza magnética no uniforme, que permite una forma de transferencia térmica llamada convección termomagnética. Esta forma de transferencia es útil cuando el uso de convección convencional es inadecuado; por ejemplo, en dispositivos a microescala o bajo condiciones de gravedad reducida.

Acústica

En ciertas unidades motrices de transductores electroacústicos se aplica ferrofluido en el entrehierro para aumentar la densidad de flujo magnético en la bobina móvil (factor BL), ayudar a centrar la bobina móvil, amortiguar resonancias y conseguir una distribución térmica uniforme.

Automotriz

Los amortiguadores de la suspensión de un vehículo pueden llenarse con ferrofluido en lugar de aceite convencional, rodeando todo el dispositivo con un electroimán, 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; incluso puede variarse de manera dinámica para proporcionar control de estabilidad. El sistema de suspensión activa MagneRide es un sistema que permite de esta manera alterar el factor de amortiguación en respuesta a las condiciones.

Ferrofluido casero

Es posible elaborar un sencillo ferrofluido por medio de pequeñas partículas magnéticas mezcladas con aceite mineral, vegetal o automotor (SAE10 u otro tipo de aceite ligero). No se deben utilizar limaduras de hierro pues son demasiado grandes. Las siguientes son buenas fuentes de partículas magnéticas pequeñas:

  • polvo de ferrita;
  • tóner magnético de impresora láser;
  • polvo de inspección magnético, usado en negocios de soldadura;
  • partículas de lana de algo quemada;
  • partículas raspadas de la superficie de cintas de vídeo;
  • partículas extraídas de la arena por medio de un imán y una bolsa de plástico
  • tinta magnética, empleada para imprimir cheques.

Una proporción de 1:1 entre aceite y polvo magnético da buenos resultados.

Sin embargo, estos fluidos no tienen buena estabilidad, tendiendo a la acumulación de las partículas y la rápida pérdida de propiedades. Los ferrofluidos profesionales utilizan emulsificantes para suspender partículas magnéticas aceitosas muy finas, de menos de un micrómetro de diámetro (octano o queroseno) en agua.

Véase también

Referencias

  1. Primera observación de ferromagnetismo y dominios ferromagnéticos en un metal líquido
  2. E.P.Wolhfarh. Ferromagnetic Materials Vol.2. North Holland Publishing Co., Amsterdam, 1982.
  3. S.Papell, Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles. Patent US3215572, 1963.
  4. Julien BROWAEYS. Les ferrofluides : ondes de surface, résistance de vague et simulation de la convection dans le manteau terrestre. Physique des liquides. Université de Paris 7, 2000, 145 p. Disponible en francés en: [1].
  • Ferrohydrodynamics (1985), Ronald. E. Rosensweig. La referencia más común para aprender detalles sobre ferrofluidos (en inglés).


En inglés

  • Chemistry comes alive: Ferrofluid
  • (contains videos and a lab for synthesis of ferrofluid)
  • Daniel Rutter has some fun with Ferrofluid
  •   Datos: Q727023
  •   Multimedia: Ferrofluids

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Este articulo o seccion tiene referencias pero necesita mas para complementar su verificabilidad Este aviso fue puesto el 21 de julio de 2018 Los ferrofluidos se componen de particulas ferromagneticas suspendidas en un fluido portador que comunmente es un solvente organico o agua Las nanoparticulas particulas microscopicas ferromagneticas estan recubiertas de un surfactante son sustancias que influyen por medio de la tension superficial El termino surfactante es un anglicismo tomado de la palabra surfactant que a su vez es un que proviene de Surface active agent para impedir su aglomeracion a causa de las fuerzas magneticas y de van der Waals Los ferrofluidos a pesar de su nombre no presentan ferromagnetismo pues no retienen su magnetizacion en ausencia de un campo aplicado de manera externa De hecho los ferrofluidos muestran paramagnetismo y normalmente se identifican como superparamagneticos por su gran susceptibilidad magnetica Un autentico fluido ferromagnetico es dificil de crear en la actualidad requiriendo elevadas temperaturas y levitacion electromagnetica 1 Indice 1 Historia 2 Descripcion del ferrofluido 2 1 Inestabilidad bajo campo normal 2 2 Surfactantes comunes para ferrofluidos 3 Usos 3 1 Industrial 3 2 Defensa 3 3 Aeroespacial 3 4 Medicion 3 5 Medicina 3 6 Transferencia de calor 3 7 Acustica 3 8 Automotriz 4 Ferrofluido casero 5 Vease tambien 6 Referencias 6 1 En inglesHistoria EditarLos ferrofluidos aparecieron en la segunda mitad del siglo XX No existen en la naturaleza por lo que hubo que sintetizarlos La primera aproximacion de fluidos magneticos o ferrofluidos se llevo a cabo en el siglo XVIII por Gowin Knight 2 que preparo un fluido formado por finas particulas de hierro en el agua Sin embargo no se puede hablar de una verdadera sintesis de ferrofluido hasta 1963 Stephen Papell 3 fue quien hizo esta sintesis mezclando queroseno esencia y magnetita en polvo gasolina en presencia de acido oleico tensioactivo A continuacion con el fin de obtener nanoparticulas molio durante 10 meses el liquido El objetivo era producir un liquido de propulsion para cohetes en ausencia de gravedad Esa fue la primera vez que se creo un ferrofluido estable Los trabajos de Rosenzweig condujeron a una mejora del proceso lo que permitio obtener un ferrofluido mas concentrado y magnetico Y dio lugar a una produccion industrial y a la comercializacion de los ferrofluidos en un principio esencialmente por la empresa Ferrofluidics Desde entonces la investigacion cientifica proporciona avances diarios en la sintesis de ferrofluidos 4 Descripcion del ferrofluido Editar Un fluido bajo la influencia de un iman Los ferrofluidos se componen de particulas ferromagneticas microscopicas normalmente magnetita hematita o algun otro compuesto con contenido de Fe2 o Fe3 Las nanoparticulas tipicamente son del orden de 10 nm Esto es lo suficientemente pequeno para que la agitacion termica las distribuya uniformemente dentro del fluido portador asi como para contribuir a la respuesta magnetica general del fluido Esto es analogo a la forma como los iones de una solucion salina acuosa paramagnetica por ejemplo una solucion acuosa de sulfato de cobre o cloruro de manganeso le confieren dichas propiedades paramagneticas Un verdadero ferrofluido es estable esto significa que las particulas solidas no se aglomeran o separan en fase aun bajo la influencia de campos magneticos muy intensos Sin embargo el surfactante tiende a descomponerse al paso del tiempo algunos anos y eventualmente las nanoparticulas se aglomeran y separan dejando de contribuir a la respuesta magnetica del fluido Inestabilidad bajo campo normal Editar Un ferrofluido en un campo magnetico demostrando inestabilidad bajo campo normal causada por un iman de neodimio bajo el plato Al someter un fluido paramagnetico a un campo magnetico vertical de suficiente intensidad la superficie espontaneamente forma un patron corrugado muy regular Este notable efecto es conocido como inestabilidad bajo campo normal La formacion corrugada incrementa la energia gravitacional y de superficie libre del liquido pero reduce la energia magnetica Las formaciones aparecen unicamente al exceder un valor critico para el campo magnetico cuando la reduccion de energia magnetica sobrepasa el incremento en energia de superficie y gravitacion Los ferrofluidos tienen una susceptibilidad magnetica muy elevada y el campo magnetico critico requerido para la aparicion de patrones corrugados puede alcanzarse con un pequeno iman Surfactantes comunes para ferrofluidos Editar Los ferrofluidos pueden contener acido oleico hidroxido de tetrametilamonio acido citrico lecitina de sojaUsos Editar Ferrofluido bajo la influencia de un campo magnetico intenso Los ferrofluidos suelen utilizarse en altavoces para disipar el calor entre la bobina y el iman asi como amortiguar pasivamente el movimiento del cono Residen en lo que normalmente seria el hueco alrededor de la bobina siendo mantenidos en posicion por el iman del altavoz Ya que los ferrofluidos son paramagneticos obedecen la ley de Curie reduciendose su magnetismo al elevarse la temperatura Un iman de gran potencia que se coloque cerca de la bobina que produce calor tendera a atraer el ferrofluido frio con mas intensidad que el caliente forzando el movimiento del fluido caliente hacia el elemento de disipacion termica Esto constituye un eficiente metodo de enfriamiento que no requiere aportacion energetica adicional De manera similar los ferrofluidos se emplean para formar sellos liquidos que rodean las flechas giratorias de los discos duros Tambien poseen propiedades reductoras de la friccion Si se aplican a la superficie de un iman de gran potencia tal como los fabricados en neodimio el iman podra deslizarse sobre superficies lisas con un minimo de resistencia Industrial Editar La compania Matsushita Electric Industry produjo una impresora capaz de imprimir 5 paginas por minuto utilizando tinta de ferrofluido Defensa Editar La Fuerza 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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 vehiculo incluso puede variarse de manera dinamica para proporcionar control de estabilidad El sistema de suspension activa MagneRide es un sistema que permite de esta manera alterar el factor de amortiguacion en respuesta a las condiciones Ferrofluido casero EditarEs posible elaborar un sencillo ferrofluido por medio de pequenas particulas magneticas mezcladas con aceite mineral vegetal o automotor SAE10 u otro tipo de aceite ligero No se deben utilizar limaduras de hierro pues son demasiado grandes Las siguientes son buenas fuentes de particulas magneticas pequenas polvo de ferrita toner magnetico de impresora laser polvo de inspeccion magnetico usado en negocios de soldadura particulas de lana de algo quemada particulas raspadas de la superficie de cintas de video particulas extraidas 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1963 Julien BROWAEYS Les ferrofluides ondes de surface resistance de vague et simulation de la convection dans le manteau terrestre Physique des liquides Universite de Paris 7 2000 145 p Disponible en frances en 1 Ferrohydrodynamics 1985 Ronald E Rosensweig La referencia mas comun para aprender detalles sobre ferrofluidos en ingles En ingles Editar Armadura instantanea Space age goop morphs between liquid and solid Homemade ferrofluid instructions detailed FerroFluid production no fluff A comparison of ferrofluid and MR fluid at the bottom of the page Chemistry comes alive Ferrofluid Flow behavior of ferrofluids MIT Explores Ferrofluid Applications Interdisciplinary education group Ferrofluids contains videos and a lab for synthesis of ferrofluid Ferrofluid Sculptures by Sachiko Kodama Ferrofluid Sculptures by Sachiko Kodama Google Video Daniel Rutter has some fun with Ferrofluid Datos Q727023 Multimedia FerrofluidsObtenido de https es wikipedia org w index php title Ferrofluido amp 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