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Universidad Abierta
Interamericana
Facultad de Tecnología Informática
Electromagnetismo – Estado Sólido I
Trabajo Práctico Final
“Almacenamiento de datos por
medios magnéticos”
Docentes:
 Vallhonrat, Carlos
 Palmerio, Julian
Alumnos:
 Alvarez, Lionel Gonzalo
 Lopez, Luis Alberto
UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
Facultad de Tecnología Informática
Materia:
Electromagnetismo - Estado Sólido I
Sede: Centro
Comisión: 4º A
Docente:
Vallhonrat, Carlos / Palmerio, Julián
Turno: Noche
Año: 2017
INDICE
Introducción....................................................................................... 3
Un poco de história ....................................................................... 3
Objetivos del presente trabajo........................................................ 3
Desarrollo del Trabajo ......................................................................... 4
El descubrimiento de Hans Oersted – Nacimiento del electromagnetismo
.................................................................................................. 4
Tecnología de Información Magnética .............................................. 4
Grabación Magnética ..................................................................... 4
Almacenamiento en un disco rígido ................................................. 6
Grabación Optomagnética ............................................................. 10
Bibliografía ....................................................................................... 11
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Materia:
Electromagnetismo - Estado Sólido I
Sede: Centro
Comisión: 4º A
Docente:
Vallhonrat, Carlos / Palmerio, Julián
Turno: Noche
Año: 2017
Introducción
Un poco de história
El magnetismo halló aplicación desde el siglo pasado. El teléfono y el telégrafo
alrededor de 1880 eran aparatos activados por baterías y, basados en el descubrimiento
de Oersted, las grandes aplicaciones a la ingeniería de la inducción electromagnética
son el motor eléctrico y el dínamo. El mismo Henry, codescubridor de la inducción
electromagnética, había construido un motor en 1831 y diseñado juguetes primitivos.
Edison inventó un generador bipolar en 1878, un año antes de inventar el filamento de
luz eléctrico. El hecho de que hubiera un generador de potencia hizo que el uso de luz
eléctrica se difundiera rápidamente. Con el experimento de Hertz se sentaron las bases
para la transmisión inalámbrica de ondas de radio. De la misma forma, aparatos como la
radio y la televisión utilizan muchos de los conocimientos que sobre electromagnetismo
se generaron en las primeras decenas del siglo XX.
Una de las ramas importantes del magnetismo se ocupa de los efectos que influyen en la
estructura y formación de dominios magnéticos tanto en bulto como en películas
delgadas. Cuando se dice que un material es magnéticamente duro significa que las
partículas que lo componen son muy anisotrópicas y, por lo tanto, que su rotación se
dificulta. De esta manera, una gran cantidad de materiales como rocas, magnetita, etc.,
han sido investigados y utilizados sobre todo en medios de grabación magnética.
Durante los últimos 50 años, los medios de almacenamiento magnético fueron
evolucionando en cuanto a su costo de fabricación, tamaño físico, capacidad de
almacenamiento y energía necesaria para su funcionamiento.
En la actualidad existen en el mercado discos que van desde los 300 Gigabytes, con
valores de venta cercanos a los $450, pasando por unidades de hasta 3 TeraBytes para
uso hogareño, que rondan los $2000, y unidades de hasta los 8 TeraBytes, específicas
para el montaje de centros de almacenamiento y con valores de venta cercanos a los
$30000.
Objetivos del presente trabajo
El objetivo de este trabajo de investigación es brindar información sobre los conceptos
físicos básicos utilizados en la grabación, lectura y construcción de medios magnéticos
de almacenamiento.
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Comisión: 4º A
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Año: 2017
Desarrollo del Trabajo
El descubrimiento de Hans Oersted – Nacimiento del electromagnetismo
Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague,
una tarde del mes de abril, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía
corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición
perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran
cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una
conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse
como el nacimiento del electromagnetismo.
Tecnología de Información Magnética
Indudablemente ésta es la aplicación en donde el magnetismo ha permitido un
desarrollo mayor y más impresionante, ya que ha generado una industria de 25 000
millones de dólares al año, la cual crece a un ritmo de 20% anual. Su potencial es tan
grande que desafía la imaginación, y lo hecho hasta ahora parece ser sólo el principio.
La tecnología de información magnética incluye tres campos: grabación magnética,
grabación optomagnética y burbujas magnéticas.
Grabación Magnética
Hay tres principios fundamentales de física básica que entran en juego.
1. Una corriente eléctrica produce un campo magnético(ley de Ampère)
2. Las variaciones de campo magnético inducen una tensión en una bobina (ley de
Faraday-Lenz)
3. Los dominios en un material magnético tienden a orientarse en la dirección del
campo aplicado. (interacción Zeeman).
El almacenamiento de información vía grabación magnética se realiza en cintas
magnéticas, discos flexibles (floppy disks) y discos duros. Una cabeza de grabación
convencional consiste en un material magnético de alta permeabilidad alrededor del
cual pasa una corriente por un alambre. El campo magnético en la brecha magnetiza el
medio magnético en dirección del campo. Cambiando la dirección de la corriente se
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pueden magnetizar diferentes regiones del medio en direcciones opuestas y por tanto se
tiene un código de información binario. Para leer esta información se mueven la cabeza
y el medio en relación una al otro y al interceptar la cabeza al campo magnético del
medio se generan pulsos eléctricos por la ley de Lenz. En todos los medios de grabación
los parámetros importantes son la densidad de información, la razón de transferencia de
datos y, por supuesto, el costo. Entre los factores que limitan estos parámetros,
especialmente el primero, está la interacción entre la cabeza y el medio. Esto se debe a
que el campo magnético no puede ser enfocado y, por lo tanto, para aumentar la
densidad de grabación se necesita acercar la cabeza al medio, causando problemas
graves. Para subsanar estos problemas se han usado partículas alargadas de Fe2O3. Para
mejorar todavía más la grabación se incluyen partículas de óxido de cromo o cobalto
(Figura 1).
Figura 1. Un modelo de columnas para películas de Co-Cr.
Relación entre magnetización del material y el campo magnético externo:
 Si sube el campo magnético, sube la magnetización.
 Si el campo magnético baja, la magnetización baja, pero menos de lo que sube.
 Si el campo magnético llega a cero, queda algo de magnetización: Remanencia.
 Llega a desaparecer si se aplica el campo magnético en sentido contrario:
Coercitividad.
 Si representamos el valor del campo magnético en función del valor de la
corriente que circula, tenemos el llamado ciclo de histéresis.
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El ciclo de Histérisis
Cuando a un material ferromagnético se le aplica un campo magnético creciente Bap su
imantación crece desde O hasta la saturación Ms, ya que todos los dominios magnéticos
están alineados. Así se obtiene la curva de primera imantación. Posteriormente si Bap
se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantación no decrece del mismo
modo, ya que la reorientación de los dominios no es completamente reversible,
quedando una imantación remanente MR: el material se ha convertido en un imán
permanente. Si invertimos Bap, conseguiremos anular la imantación con un campo
magnético coercitivo Bc. El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo
magnético aplicado. Este efecto de no reversibilidad se denomina ciclo de histéresis.
El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a la energía disipada en
forma de calor en el proceso irreversible de imantación y desimantación. Si este área es
pequeña, las pérdidas de energía en cada ciclo será pequeña, y el material se denomina
magnéticamente blando. Si por el contrario el área es mayor, a pérdida de energía en
cada ciclo es mayor, y el material es denominado “duro”.
Almacenamiento en un disco rígido
Los componentes básicos de un disco rígido son:
1. La electrónica y las partes mecánicas.
2. El medio magnético donde se almacena la información.
3. El transductor o cabezal de lectura/escritura.
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Diseño de las cabezas de lectura y escritura
Usualmente se tiene una cabeza de lectura/escritura por cada lado de plato, y estas están
conectadas a un solo mecanismo de movimiento, por lo tanto, se mueven por el plato al
unísono.
Las cabezas son el componente más costoso de un disco duro, y sus características
ejercen gran impacto en el diseño y rendimiento del disco duro. No obstante su alto
costo, mantienen un diseño básico y un objetivo relativamente simple.
- Una cabeza es una pieza de material magnético, cuya forma es parecida a una letra
"C" con una pequeña abertura (gap). Una bobina de alambre se enrolla en este núcleo
para construir un electromagneto.
- Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la bobina crea un campo
magnético a través del gap, el cual magnetiza la cubierta del disco bajo la cabeza. Para
leer desde el disco, la cabeza detecta un pulso de corriente electrónica que corre por la
bobina cuando la abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en el disco.
Tipos de cabezas de lectura/escritura.
- Ferrito.
- Metal en abertura.
- Película delgada.
- Resistencia magnética.
 Ferrito: Es el tipo tradicional en el diseño de cabezas magnéticas. Estas cabezas
tienen un recubrimiento de óxido ferroso envuelto en bobinas electromagnéticas.
Se produce un campo magnético al energizar las bobinas.
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 Metal en abertura: Son básicamente una versión extendida del diseño de las
cabezas de ferrito. En estas, una sustancia metálica es rociada en la abertura de
grabación en la esquina guía de la cabeza. Este material ofrece mayor resistencia
a la saturación magnética, permitiendo mayores densidades de grabación.

Película delgada: Tienen un recubrimiento que es una combinación de Fe y Ni,
éste material encierra la abertura de la cabeza, minimizando el riesgo de daño
por hacer contacto con el medio magnético.

Resistencia magnética: Estas son relativamente una tecnología nueva, hoy en
día son un diseño superior. Actualmente las unidades de 3½ de más de 1 Gb
usan cabezas de resistencia magnética.
- Por lo que se refiere al brazo del actuador, tan sólo se trata de una palanca metálica
en cuyo extremo se encuentran las cabezas magnéticas, sostenidas con un resorte que las
impulsa fuertemente contra la superficie de los platos.
- Todas las cabezas están fijas en el brazo del actuador, por lo que si una de ellas se
desplaza todas las demás cabezas efectúan exactamente el mismo movimiento.
- Es por esta razón que en discos duros no se habla de “tracks”, sino de "cilindros", ya
que todas las cabezas leyendo al mismo tiempo una determinada posición nos remiten
precisamente a dicha forma.
Los requisitos fundamentales que debe cumplir un medio magnético son:
 Alto campo coercitivo.
 Estabilidad magnética y térmica.
 Estar formado por granos muy pequeños cristalinamente orientados,
magnéticamente aislados y de alta anisotropía magnética.
 Tienen que ser también resistentes a la corrosión y al uso.
 En los primeros discos (y en los floppy actuales) se utilizaba un óxido de hierro.
A medida que aumentó la densidad de información se debió recurrir a medios
más sofisticados.
La estructura de los medios magnéticos se ha vuelto cada vez más compleja debido al
incesante aumento en el número de bits por unidad de área.
Actualmente son necesarias al menos 7 capas (varias con espesores de distancias
atómicas) para lograr un disco con las características deseadas. De todas ellas la
capa “gruesa” de CoCrPtB (pintada de color gris) es la que guarda la información.
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Evolución de los discos rígidos
Grabación Optomagnética
En este sistema la lectura y grabación se hace con un rayo láser. El sistema es
mecánicamente simple y la densidad de información está limitada por la longitud de
onda del láser. Para grabar, un rayo de luz láser incide sobre una delgada película
magnética. El láser calienta una región y alinea su momento magnético con un campo
magnético aplicado. Para leer la información se usa luz de menor intensidad que la
utilizada para escribir. Cuando la luz pasa por el material, su plano de polarización gira
debido al efecto Faraday. La dirección de rotación depende de la dirección de
magnetización del material y de esta forma, usando un polarizador, uno puede
transformar rotaciones en direcciones distintas en diferencias de intensidad. Como
materiales magnetoópticos se utilizan aleaciones amorfas de tierras raras y metales.
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Bibliografía

Biblioteca Digital de ILCE Instituto latinoamericano de la Comunicación
Edicuativa, México.
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/056/htm/sec_7.htm

Gerencia de Física, Comisión Nacional de Energía Atómica, Argentina.
http://fisica.cab.cnea.gov.ar/resonancias/images/stories/magnetic-recording.pdf

Wikipedia:
http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo
http://es.wikipedia.org/wiki/Disco_r%C3%ADgido

Diapositivas:
Principios de almacenamiento magnético.ppt

Documentación sobre el ciclo de histérisis:
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlphisteresis.htm

Valor de mercado de los HD:
http://computacion.mercadolibre.com.ar/discos-rigidos/disco-rigido_OrderId_PRICE*DESC

Portal educativo del estado argentino:
http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/recorrido-historico/una-historia-de-unificacionesel-electromagnetismo/la_primera_seal_el_experimento_de_oersted.php
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