E=mc2

Seguramente casi todos alguna vez hemos hecho la experiencia de ver las líneas de campo magnético producidas por un imán con algunas virutas de hierro sobre un papel. Lo que vamos a ver a continuación es un video donde la experiencia la realizan con un liquido que posee un comportamiento magnético, y a medida que se le aumenta la intensidad del campo magnético se va irguiendo y adoptando formas asombrosas.

Este líquido se denomina ferrofluido debido a que se polariza en presencia de un campo magnético. Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas suspendidas en un fluido portador, que comúnmente es un solvente orgánico o agua. Las nanopartículas ferromagÅ„eticas están recubiertas de un surfactante para prevenir su aglomeración a causa de las fuerzas magnéticas y de van der Waals. 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. Un auténtico fluido ferromagnético es difícil de crear en la actualidad, requiriendo elevadas temperaturas y levitación electromagnética.

Composición

Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas microscópicas, normalmente magnetita, hematita o algún otro compuesto con contenido de Fe²⁺ or 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, aún 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

Al sujetar 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 magneto.

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

Ferrofluído casero

Es posible elaborar un sencillo ferrofluido por medio de pequeñas partículas magnéticas mezcladas con aceite mineral, vegetal o automotriz (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
• Toner magnético de impresora láser
• Polvo de inspección magnético, usado en 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 (ver vínculos externos)
• 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.

Las manchas de ferrofluido son casi imposibles de limpiar, por lo que se recomienda precaución al mezclar o utilizar estos materiales.

La Yapa

Si se quedaron con ganas de ver más sobre los ferrofluídos y mientras van a comprar los materiales para hacer tus pruebas en casa te dejo con otros videos.

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Fuente: Universidad de Wisconsin-Madison // Wikipedia