Resumen

Un ferrofluido es un líquido 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 ferromagnéticas 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.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

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

Antecedentes

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 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.

ALGUNOS USOS SON:

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.

Objetivo

El objetivo de la investigación es que por medio de la elaboración de  un ferrofluio casero pueda entender el uso de estos. Además de parecer interesante y atractivo a la vista saber los usos industriales, médicos, acústicos, aeroespaciales, etc

Justificación

Este proyecto principalmente lo elegí por qué me pareció interesante visualmente, pero en cuanto investigue me di cuenta que era muy complejo y que tenía demasiados usos.

Hipótesis

¿Es posible elaborar un sencillo ferrofluido por medio de pequeñas partículas magnéticas mezcladas con aceite mineral, vegetal o automotor?

Método (materiales y procedimiento)

Yo inicie mí experimento utilizando los siguientes ingredientes y objetos:

1. Aceite de olivo.
2. Aceite mineral (de bebe)
3. Tóner (para impresora laser)
4. Imán de neodimio (el que se usa en los discos duros de las computadoras)
5. Frasco de cristal.
7. Limadura de metal (residuos de discos de frenos de auto)
8. 

Galería Método

Resultados

Experimento 1. (Fallido)

Mezcle en un recipiente de vidrio una cucharada de aceite mineral, media cucharada de aceite de olivo, una cucharada de tóner y pasé el imán pero no se comprobó la carga magnética de la mezcla, esto debido a los componentes del tóner que compré.

Experimento 2. (Exitoso)

Mezcle en un recipiente de vidrio una cucharada de aceite mineral, media cucharada de aceite de olivo, una cucharada de tóner, una cucharada y media de limadura de metal y pasé el imán y pude observar que en esta ocasión si se formó ferrofluido y pude ver con claridad las cargas magnéticas.

Se logra la elaboración de un ferrofluido casero y se observa la separación de campos magnéticos.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Concluimos que en los dos experimentos hubo un elemento que fallo.

En el primer experimento no se formó el ferrofluido ya que el toner de impresora que compramos, no tenía en sus ingredientes óxido de hierro ya que hay varios tipos de toner.

En el segundo experimento usamos Limadura de metal (residuos de discos de frenos de auto) con lo que sí se pudo formar el ferofluido.

Con esto aprendí que para que haya un campo magnético se requieren partículas metálicas y un fluido portador, también aprendí a buscar alternativas cuando fallan los experimentos; en este caso fallo un ingrediente y en base a la información recolectada lo sustituí y de esa manera fue exitoso

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Ferrofluidohttp://experimentoscaseros.net/2012/04/ferrofluido-casero-fluido-magnetico/

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography