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UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA - Facultad de Tecnología informática
Materia:Electromagnetismo I
Docente:Carlos Vallhonrat
Alumnos:
Artigas,German,
Seba Adrián
Comisión:4N
Sede:Centro
Turno:Noche
Año:2012
Fecha:15/07/2011
UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
ELECTRO-MAGNETISMO-ESTADO-SOLIDO- 1
TP GRABACION DE DATOS
INTEGRANTES:
ARTIGAS GERMAN
SEBA ADRIAN
TURNO: NOCHE
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Año:2012
Fecha:15/07/2011
Tabla de contenido
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................. 3
MAGNETISMO ................................................................................................................................. 3
CAMPO MAGNETICO ....................................................................................................................... 3
LEY DE COULOMB ............................................................................................................................ 3
LEY DE FARADAY.............................................................................................................................. 4
LEY DE LENZ ..................................................................................................................................... 4
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES POR SUS PROPIEDADES MAGNÉTICAS ........................................ 5
Materiales paramagnéticos......................................................................................................... 5
Materiales ferromagnéticos ........................................................................................................ 5
Materiales diamagnéticos ........................................................................................................... 6
TEMPERATURA DE CURIE ................................................................................................................ 6
DOMINIOS MAGNÉTICOS ................................................................................................................ 6
MATERIALES QUE COMPONEN UN DISCO DURO................................................................................ 7
CABEZAS DE LECTURA/ESCRITURA.................................................................................................. 7
BRAZO ACTUADOR Y BOBINA DE VOZ............................................................................................. 9
GRABACION MAGNÉTICA .................................................................................................................. 12
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 14
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MARCO TEÓRICO
MAGNETISMO
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o
repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado
propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones
que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o
menor forma, por la presencia de un campo magnético.
CAMPO MAGNETICO
El campo magnético es el efecto sobre una región del espacio en la que una carga
eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , experimenta los efectos de una
fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha
carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación:
Tal que F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción
magnética y densidad de flujo magnético.
LEY DE COULOMB
La fuerza que actúa sobre una carga q, debida a una carga q’, estando en reposo relativo:
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LEY DE FARADAY
Diferencia de potencial eléctrico
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V  

t
La ley establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la
rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con
el circuito como borde
Además esta ley expresa una realidad física: Las variaciones en la magnitud flujo magnético, son
causa necesaria y suficiente para la inducción de un campo eléctrico.
LEY DE LENZ
La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la
variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de
conservación de la energía.
La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo
magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente
original.
Un Ejemplo grafico:
Aquí la variación de flujo se produce por el desplazamiento del conductor y la correspondiente
variación del área. Si el área disminuye (conductor moviéndose hacia la izquierda) y con ella, el
flujo , debe aumentar la intensidad B, y para ello, la corriente debe circular en sentido horario,
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(regla del tirabuzón), por lo que el potencial alto aparecerá en la parte inferior del conductor
móvil, que aquí es el generador de la fuerza electro motriz. Las cargas positivas, moviéndose
hacia abajo por este conductor, provocarán la aparición sobre el mismo de una fuerza que se
opone al movimiento (regla de la mano derecha).
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES POR SUS PROPIEDADES MAGNÉTICAS
Según su comportamiento dentro del campo magnético, los materiales se clasifican en:



Paramagnéticos.
Ferromagnéticos.
Diamagnéticos.
Materiales paramagnéticos
Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes
normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo
magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido
energéticamente. Esto quiere decir que los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por
imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados.
Algunos materiales paramagnéticos son:





Aire.
Aluminio.
Magnesio
Titanio
Wolframio.
Materiales ferromagnéticos
Los ferromagnetos están divididos en TEMPERATURA DE CURIE
Es la temperatura por encima de la cual un Materiales ferromagnéticos pierde su
magnetismo, comportándose como un Materiales paramagnéticos.
DOMINIOS MAGNÉTICOS, separados por superficies conocidas como paredes de
Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las
fronteras entre los dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está
compensada por la ganancia en entropía.
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Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios
tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están
orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su
tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch,
que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a
un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo
Algunos materiales ferromagnéticos son:



Hierro comercial.
Hierro purificado.
Ferro-silicio.
Materiales diamagnéticos
Son los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes. Es lo opuesto a los
materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los imanes. El fenómeno del
diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en septiembre de 1845 por Michael
Faraday cuando vio un trozo de bismuto que era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo
dio como conclusión que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto de
sentido opuesto.
Algunos materiales diamagnéticos son:




Cobre.
Plata.
Estaño.
Zinc.
TEMPERATURA DE CURIE
Es la temperatura por encima de la cual un Materiales ferromagnéticos pierde su
magnetismo, comportándose como un Materiales paramagnéticos.
DOMINIOS MAGNÉTICOS
Los dominios magnéticos son agrupaciones de imanes permanentes elementales (dipolos
magnéticos). Un dominio magnético puede aparecer en material ferromagnético, en el que se dé
un ordenamiento magnético a medio alcance.
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Fue Pierre Weiss quién se dio cuenta, en 1907, que los materiales ferromagnéticos están
formados por estos dominios, los cuales si están orientados al azar hacen que el material no
exhiba propiedades magnéticas. Estos dominios magnéticos permiten explicar por qué el hierro no
es espontáneamente ferromagnético. Esto fue probado por Barkhausen en 1919, quien por medio
de amplificadores electrónicos oyó los "clics" cuando un campo externo obliga a los dominios de
Weiss a alinearse.
Los dominios están separados por las llamadas paredes de Bloch, en las cuales se
produce la transición en la orientación de los dipolos. Por encima de cierta temperatura crítica
Temperatura de Curie, los dominios magnéticos se desordenan por efecto de la entropía, dando
lugar a un sistema paramagnético.
Sometido a campos elevados, un material, especialmente si es un monocristal de pequeño
tamaño, puede estar compuesto por un único dominio magnético (denominado monodominio).
Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente.
MATERIALES QUE COMPONEN UN DISCO DURO
CABEZAS DE LECTURA/ESCRITURA
Existen diferentes tipos de cabeza de lectura/ escritura. Entre las primeras, se cuentan a la
cabeza monolítica de ferrita y a la cabeza construida con un block, también de ferrita. Un avance
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posterior, se dio con el uso de cabezas compuestas, las cuales se fabrican con una mezcla de un
material no magnético al que se le agrega una pequeña porción de ferrita.
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; de hecho, su estructura es básicamente la misma que la de las cabezas
empleadas en las grabadoras de audio convencionales.
Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la bobina crea un campo
magnético a través del gap, el cual magnetiza a la cubierta del disco bajo la cabeza. Para leer
desde el disco, la cabeza sensa un pulso de corriente electrónica que corre por la bobina cuando la
abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en el disco.
Estructura de una cabeza magnética
Gracias a las mejoras tecnológicas, en la actualidad los bits son empaquetados más
densamente, por lo que el espacio necesario para su grabación se ha ido reduciendo. El bit de
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información almacenado, da origen a la señal producida por la cabeza cuando esta lo lee; sin
embargo, el reducido tamaño del bit ha implicado un mayor reto, pues las cabezas deben flotar
aún más cerca del medio de almacenamiento, con el propósito de incrementar la amplitud de la
señal.
El siguiente paso en la evolución de las cabezas, fue el diseño de tipo MIG (Metal In Gap o
Metal Insertado), en cuyo gap se le introduce una delgada capa metálica para aumentar la
capacidad magnética. Esta tecnología también ha sido superada en nuestros días, siendo sustituida
por la de cabezas de película delgada, que se describirá a continuación.
Actualmente, muchas unidades emplean cabezas de película delgada, cuya característica es que
los elementos estructurales se depositan en un sustrato, de manera muy semejante a como son
fabricados los microchips La tecnología de película delgada es un valioso recurso para los
fabricantes de cabezas, ya que éstas pueden fabricarse con un menor tamaño y se les puede
aplicar un mejor control de calidad.
La más reciente tecnología de cabezas, llamada “magneto-resistiva” (MR), está diseñada
para lograr medios de almacenamiento de muy altas densidades de grabación, en el rango de 1 a 2
billones de bits por pulgada cuadrada (BPSI), en comparación con las densidades de menos de 200
millones BPSI ofrecidas por las tecnologías de cabeza tradicionales.
A diferencia de estas (que consisten en pequeños electromagnetos de inducción), la tecnología
MR emplea una forma distinta de realizar la lectura, basándose en un material especial cuya
resistencia eléctrica se modifica ante la presencia de un campo magnético.
Una pequeña franja de material magnetoresistivo que se deposita en la estructura de la
cabeza, pasa por arriba de los patrones magnéticos del disco, sensa la fuerza del campo magnético
y produce pulsos eléctricos que corresponden a las reversiones de flujo. Como este mecanismo no
puede utilizarse para escribir, un elemento de escritura inductivo de película delgada es
depositado a lo largo de uno de los lados de dicha franja.
La tecnología de la cabeza magneto-resistiva comenzó a aparecer en 1994, y dada su gran
aceptación fue incorporada, un año después, en el diseño de discos duros. Asimismo, debido en
gran parte al uso de las cabezas MR acopladas con canales de lectura PRML (Manifestación
Máxima de Respuesta Parcial, técnica de codificación y almacenamiento de datos), hizo posible
que, utilizando un solo plato de almacenamiento, un drive de 1 gb o mas de capacidad fuese
realidad.
Esta tecnología ha seguido evolucionando; de hecho, se han diseñado cabezas magnetoresistivas gigantes, las cuales se utilizan en discos duros de muy alta capacidad (arriba de 6 GB).
Este nuevo estándar, desarrollado por IBM, promete ser la piedra angular de los discos duros en
un futuro cercano, de modo que puedan seguir satisfaciendo la creciente demanda de capacidad
de almacenamiento de los usuarios de computadoras personales.
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BRAZO ACTUADOR Y BOBINA DE VOZ
Para mover las cabezas, es necesario un mecanismo que las desplace lateralmente a través
del radio de los platos mientras estos giran; para llevar a cabo este movimiento, se han utilizado
dos métodos distintos: un motor lineal y la bobina de voz.
Los discos más antiguos se apoyaban en un mecanismo muy similar al utilizado en las
unidades de diskette para el desplazamiento de cabezas; esto es, un motor de pasos conectado a
un brazo encargado del movimiento del conjunto. Este método resultó satisfactorio en unidades
con un número limitado de sectores, ya que en estos casos los tracks que se grababan eran lo
suficientemente anchos como para que las ligeras fallas en el posicionamiento de la cabeza
(prácticamente inevitables por la misma naturaleza de su movimiento) no afectaran de manera
determinante el proceso de grabación y recuperación de datos.
Sin embargo, este método de desplazamiento tenía una inconveniencia: si por cualquier
razón el mecanismo se atoraba ligeramente y perdía su posición de referencia, de ahí en adelante
todas las lecturas o escrituras se efectuarían en forma incorrecta. Pero además, el mismo
calentamiento de los discos por su operación normal, era suficiente para desalinear las cabezas en
relación con los tracks en los platos; o algún cambio en la postura de la unidad podía afectar el
proceso de recuperación de información (precisamente, en estos discos había que tomar
precauciones como formatearlos exactamente en la posición en que fueran a trabajar, y no había
que moverlos mientras estuvieran funcionando). Por estas razones, el método del motor de pasos
pronto fue desechado y sustituido por las modernas bobinas de voz.
Este método funciona de manera muy similar a como trabajan las bocinas convencionales:
una bobina sumergida en un poderoso campo magnético, y a través de la cual circula una
corriente cuidadosamente calculada produciendo así una fuerza que desplaza a las cabezas
magnéticas sobre la superficie de los platos.
La gran ventaja de este método en comparación con el anterior, es que se trata de un
sistema dinámico realimentado, donde en los mismos tracks en que se almacenan los datos
también se graban ciertas marcas que le sirven de referencia al sistema de posicionamiento de
cabezas; de este modo, conforme se lee o escribe un archivo, el circuito de movimiento de brazo
detecta si la posición de las cabezas es la adecuada, y en caso contrario envía ligeras variaciones a
la corriente aplicada en la bobina de voz, corrigiendo así la diferencia.
Gracias a este método, los discos duros modernos pueden utilizarse en cualquier posición,
absorber vibraciones externas e incluso golpes de varios “G” de intensidad (G, fuerza con que nos
atrae la gravedad hacia el piso), sin interferir en la lectura y escritura de datos. Y no sólo ello,
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Año:2012
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gracias a su característica de auto corrección, es posible grabar tracks mucho más finos que con el
método anterior, lo que finalmente se traduce en discos de mayor capacidad con un número
reducido de platos.
Partes que componen una bobina de voz típica:
1.-Brazo actuador, donde van montadas las cabezas magnéticas
2.-Bobina de desplazamiento
3.-Conjunto de imanes que producen al campo magnético necesario para el desplazamiento de la
bobina.
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, digamos al track 250, 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.
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GRABACION MAGNÉTICA
El plato o disco es el componente principal de un disco duro: es un disco circular en el que
se almacenan datos en formato magnético. En 2006, el tamaño estándar para estas regiones era
de 200-250 nanómetros de ancho en la dirección radial del plato, y unos 25-30 nanómetros en el
sentido de giro, correspondiendo a una cantidad aproximada de 100 billones de bits (unos 100
gigabits) por pulgada de superficie. El material magnético empleado en la superficie del plato suele
ser una aleación basada en el cobalto, distribuida en forma de varios centenares de granos por
región.
La razón principal de distribuir el material magnético en forma de granos en lugar de
emplear una capa uniforme es que así se reduce el espacio necesario para cada región magnética.
En una superficie magnética uniforme tienden a aparecer formaciones llamadas "picos de Neel" en
honor de Louis Neel. Son picos de magnetismo y forma opuestos al grabado, causados por el
mismo fenómeno que hace que un imán tenga dos polos opuestos. Como los picos cancelan entre
sí sus campos magnéticos en los bordes de las regiones, se produce una transición de una
magnetización a la siguiente a lo largo de los picos de Neel. A esto se le llama ancho de transición.
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Comparación de los anchos de transición causados por los picos de Neel en el borde entre dos
regiones magnéticas de magnetización opuesta, en un medio continuo (izquierda) y uno granular
(derecha).
La distribución en forma de granos ayuda a resolver el problema, ya que cada grano es en
teoría un único dominio magnético (aunque no siempre es así en la práctica). Esto significa que los
dominios magnéticos no pueden crecer o encogerse para formar picos, por lo que el ancho de
transición siempre tiene el tamaño del diámetro de los granos. Así, gran parte de los avances en el
desarrollo de discos duros se ha producido en la reducción del tamaño de los granos, lo que ha
permitido aumentar la densidad de datos por pulgada cuadrada.
La acción del resorte en el brazo del actuador, las cabezas magnéticas se encuentran en
estrecho contacto con la superficie de los discos; también sabemos que los platos en los discos
duros giran con una velocidad considerable (entre 3,600 y 10,000 RPM, dependiendo del modelo
específico de disco). Entonces, si la cabeza está en contacto con la superficie del disco y éste gira
rápidamente, cabría suponer que la fricción entre ambos tarde o temprano provocaría la
destrucción de alguno de estos elementos. ¿Cómo se hace para que esto no suceda?
Hay una propiedad dinámica de los fluidos (aire o líquidos), según la cual “no importa la
rapidez con se desplace un fluido por una tubería, la velocidad relativa de las partículas
adyacentes a las paredes de dicho tubo será prácticamente igual a cero”. Dicho en otras palabras,
si el aire corre con una velocidad muy alta sobre la superficie de un plato de metal, por fricción
entre las moléculas del gas y la superficie del plato, las partículas de aire que se encuentra
inmediatamente tenderán a “pegarse” a él. Esta situación se repite exactamente en la situación
contraria: una cámara de aire estático con unos platos girando con gran velocidad. En resumen,
sucede que junto con los platos, en su superficie, se mantiene girando una fina capa de aire.
Este pequeño “colchón de aire” es aprovechado por las cabezas magnéticas, que al poseer
una forma aerodinámica obligan a esta pequeña capa a comprimirse debajo de ellas, produciendo
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la suficiente fuerza para elevar al conjunto unas cuantas micras sobre la superficie del plato
evitando así el contacto entre ambos elementos y, por lo tanto, impidiendo la fricción.
Gracias a este fenómeno, los discos pueden durar varios años de trabajo continuo, al final
de cuya vida útil las cabezas llegan a “viajar” miles de kilómetros sobre la superficie de los platos
¿Pero qué sucede cuando se apaga el sistema y los platos dejan de girar? Al no existir el colchón
de aire que se forma entre cabeza y plato, estos elementos entran en contacto (en lenguaje
coloquial las cabezas “aterrizan”); si esto sucede en una porción del disco donde se tiene
información grabada, su integridad puede ser afectada. Para evitar este problema, los discos duros
más antiguos tenían fijada una posición de “estacionado” de cabezas (se daba de alta en el Setup),
y antes de apagar su sistema los usuarios debían tener la precaución de dar una orden de
“estacionar cabezas” (el famoso comando PARK); entonces el conjunto se desplazaba hacia dicha
posición
sin
datos,
con
lo
que
ya
podía
ser
apagada
la
máquina.
En la actualidad, los fabricantes de discos duros han incorporado un sistema automático
que lleva a cabo exactamente esa misma función al momento del apagado .Para ello, se aprovecha
la fuerza centrípeta que se genera en un disco Q, recuerda que en los tradicionales discos de audio
de acetato, cuando la aguja ya estaba muy gastada. Mediante una palanca que asegura al brazo
del actuador en dicha posición; de este modo una vez que se ha apagado un disco duro, las
cabezas quedan firmemente aseguradas en una posición donde no afectan la información
grabada.
BIBLIOGRAFÍA
Inducción magnetica y Leyes de magnetismo: Material de la cátedra
Paramagnetismo: http://es.wikipedia.org/wiki/Paramagnetismo
Ferromagnetismo: http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo
Diamagnetismo: http://es.wikipedia.org/wiki/Diamagnetismo
Temperatura de Curie: http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curie
Dominios Magnéticos: http://es.wikipedia.org/wiki/Dominio_magn%C3%A9tico
Composición de Disco y grabación magnética: http://es.wikipedia.org/wiki/Disco_duro
http://www.monografias.com/trabajos37/composicion-disco-duro/composicion-disco-duro.shtml
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