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Revisión de ferromagnetismo

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Partes: 1, 2

1- Revisión de ferromagnetismo
2- Grabación sobre soporte magnético
3- Reproducción
4- Sistema de cinta
5- Grabación AC
6- El medio magnético
7- La cinta con partículas magnéticas
8- Grabadores de carrete abierto
9- Grabadores a cassette
10- VCR
11- Grabado de la información
12- Bandas de guarda y desplazamiento azimutal
13- Múltiples cabezas
14- Pausa durante la reproducción
15- Avance y reversa
16- Codificación de color

1- Revisión de ferromagnetismo

Según las características magnéticas que presenten los materiales, se lo pueden clasificar en alguno de los siguientes grupos:

Materiales ferromagnéticos

Materiales paramagnéticos

Materiales diamagnéticos

Los materiales ferromagnéticos son materiales que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de campo magnético externo. Este campo externo puede ser tanto un imán natural o un electroimán. Son los principales materiales magnéticos, el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de estos.

Los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados.

Los materiales diamagnéticos no son atraídos por imanes, son repelidos y no se convierten en imanes permanentes.

Si la temperatura de un material ferromagnético es aumentada hasta un cierto punto llamado temperatura de Curie, el material pierde abruptamente su magnetismo permanente y se vuelve paramagnético

Los materiales ferromagnéticos están caracterizados por curvas de magnetización y curvas de histéresis.

Considerar un material ferromagnético que en principio no este magnetizado (lo cual seria difícil, pues por lo menos fue sometido al campo magnético terrestre. Se le aplica un campo externo que va aumentando paulatinamente su intensidad. La magnetización de l material va aumentando, pero no de forma lineal, hasta llegar a un punto, en que por mas que aumente mucho la intensidad aplicada, la inducción del material prácticamente no cambia. A esta curva original se le suele llamar curva de magnetización.

Ahora, si el campo H es reducido, la inducción también se reduce, pero no sigue la curva de imanación anterior, sino que el material retiene una cierta magnetización residual llamada magnetización remanente Mr.

Eventualmente, si se sigue reduciendo el campo H (en realidad, se cambia el sentido del campo H aplicado), la inducción remanente disminuirá a cero, pero a costa de la existencia de una magnitud Hc, llamada coercitividad.

El producto Mr.Hc se suele llamar fuerza del imán.

Siguiendo con el proceso, se repite el mismo fenómeno (pero de signo contrario) y se va formando la curva que muestra el siguiente grafico.

La línea azul corresponde a la curva de magnetización y la línea roja a la curva de histéresis.

En el caso de grabaciones magnéticas, el medio o soporte magnético, no suele ser llevado al punto de saturación completa(bordea angulosos en el primer y tercer cuadrante de la figura. Los campos aplicados se mantiene por debajo del valor de saturación y la inducción permanente es menor que el valor Mr antes visto.

2- Grabación sobre soporte magnético

El sistema más sencillo de grabación consiste en un electroimán con forma de anillo, con un núcleo ferroso, moviéndose a velocidad V. Como el núcleo del electroimán es ferroso, el flujo magnético existirá dentro del mismo. Por lo tanto, deliberadamente se le hace un corte al anillo, llamado entrehierro (gap), muy cerca por donde pasara la cinta a grabar. Esto da lugar a la aparición de líneas de fuerza que se cierran por el entrehierro, y alcanzan la cinta. Entonces se crea una magnetización sobre la superficie ferromagnética de la cinta soporte.

Ahora, suponer que la señal del electroimán es analógica. Esta señal creara una variación analógica de H. Como la superficie ferromagnética se está moviendo en el tiempo, entonces, las variaciones de la señal analógica en el tiempo, es trasladada en variaciones remanentes de magnetismo sobre la superficie de la cinta.

Aunque aquí se habla de cinta, es posible el mismo criterio en otros soportes.

En grabación magnética una cantidad importante es la variación espacial que corresponde a la frecuencia de la señal.

Si la señal analógica tiene frecuencia f, entonces la longitud de onda característica de la "huella escrita" sobre el medio magnético, tiene una longitud de onda de:

l = V / f

Es importante que el medio magnético elegido tenga una resolución espacial suficientemente pequeña para poder soportar el rango de frecuencias deseado a la velocidad dada.

En muchos casos, la velocidad puede ser incrementada con el propósito de grabar las frecuencias deseadas con resolución espacial más baja.

3- Reproducción

El sistema de lectura más simple consiste en la misma cabeza (electroimán) anterior, viajando a la misma velocidad V, pero ahora la cabeza pasa sobre el campo magnético H, existente sobre la superficie ferromagnética de la cinta o soporte magnético.

La tensión inducida en el electroimán es proporcional a la derivada espacial (la cinta se esta moviendo) del campo magnético sobre el material.

4- Sistema de cinta

Un típico sistema a cinta de audio tiene 3 cabezas

Borrado

Grabación

Reproducción

Durante la grabación, la cinta primero se mueve sobre la cabeza de borrado, donde todo rastro de magnetismo remanente es eliminado (provee el mínimo ruido posible de esta manera), el entrehierro de la cabeza de borrado es grande para generar un campo fuerte. El electroimán suele ser también, alimentado con una señal AC para lograr el borrado deseado.

Luego, la cinta se mueve sobre la cabeza de grabación. Esta cabeza es usualmente fabricada con un tamaño de entrehierro del orden del grosor de la capa magnética. Esto provee un compromiso entre respuestas en frecuencia altas y bajas. Ademas, la señal presente en la cabeza es alterada en 2 formas de la original:

Primero, una componente AC es agregada a la señal, para linealizar la respuesta.

Segundo, el espectro de frecuencias es alterado para compensar perdidas que ocurren en el proceso de grabación para señales de corta longitud de onda (altas frecuencias). Este proceso de compensación , llamado pre-ecualizacion, tiene el objetivo final de dar a la grabación de la cinta una respuesta en frecuencia plana hasta su componente mas alta.

Finalmente, en reproducción, la cinta se mueve sobre la correspondiente cabeza, esta viene fabricada con un entrehierro pequeño para maximizar la respuesta de altas frecuencias. Como la señal obtenida es la derivada del flujo, por lo tanto, la señal debe ser integrada. Además se le debe agregar la post- ecualización, para compensar perdidas en el proceso de lectura. Para altas frecuencias, lográndose una respuesta plana.

5- Grabación AC

Como se vio antes, la relación entre campo magnético H y la inducción resultante M es netamente alineal. En consecuencia se usa una corriente de dolarización alterna, considerablemente mayor que la señal, para linealizar la relación. Haciendo que el campo pico sea aproximadamente mayor a la coercitividad, se crea una curva mucho mas lineal, para valores bajos de H Esto es llamado magnetización remanente antihisteresis Mar. La frecuencia típica de polarización suele ser de 100KHz.

La curva antihisteresis suele seguir una ley polinomica de quinto orden y suele ser muy similar en la mayoría de los soportes magnéticos longitudinalmente orientados.

6- El medio magnético

Gran variedades de soportes magnéticos han sido usados con el correr de los años. En los primeros grabadores se uso alambre ferroso (wire recorder), sin embargo, en los equipos modernos se usa una delgada capa de material ferromagnético que es soportada por un sustrato no magnético. La capa magnética puede estar formada de partículas magnéticas en una matriz polimérica.

El uso de película magnética delgada permite varias configuraciones posibles para el sustrato. Las grabaciones de audio son hechas ampliamente en cinta, pero también es posible en tambores y discos rígidos. La grabación digital en un momento fue completamente en cinta, pero hoy se usa muchísimo mas el disco flexible y el disco rígido.

Estos soportes magnéticos suelen diferenciarse en medios duros y medios blandos. Los medios duros requieren campos aplicados grandes para lograr el magnetismo permanente. Y una vez magnetizados, otros campos intensos son requeridos para revertir la magnetización y borrar el material. Estos medios son de gran saturación remanente y alta corecitividad y tienen gran aplicación en computadoras y almacenamiento de datos.

Los medios blandos requieren relativamente bajos campos para lograr la magnetización, estas bajas remanencias y baja corecitividad son apropiados para aplicaciones de audio.

Dependiendo el soporte magnético, será la forma del entrehierro a utilizar para grabar.

7- La cinta con partículas magnéticas

Es el medio que se utilizo comúnmente en audio. Para asegurar la compatibilidad entre grabación y lectura, la señal de polarización ,como a si también la frecuencia de ecualización se estandarizan, de manera de ajustar la coercitividad, la remanencia magnética y el grosor de cinta. Para conseguir distintos rendimientos se crearon distintos estándares.

El material mas usado es un oxido de hierro llamado Gamma-Fe2O3. .Aunque se podrían usar metales o aleaciones es más difícil de controlar la morfología de los metales que los óxidos. Los metales y las aleaciones son mejor aprovechables para deposición de películas.

La gama oxido ferrico debe ser preparado a partir de oxido ferroso por oxidación, el proceso lleva varios pasos pues la magnetita sintética no forma fácilmente elipsoides alargadas.

Sustitutos para cinta o medios flexibles es el poliéster, y para medios rígidos, el aluminio.

 


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