Cuestión de magnetismo

Toda nuestra vida estaremos rodeados de campos magnéticos, no en vano el planeta en el que vivimos es un imán gigantesco. Pero si hay un tipo de campo magnético al que siempre le estaré agradecido, es al generado por esas vetustas cintas de audio y vídeo que marcaron mi adolescencia, el de esos disquetes que me acompañaron en la facultad, el de esos discos duros que han ido poblando mis distintos ordenadores, o esas cintas de backup que han salvado en alguna ocasión un día de trabajo.

En la actualidad, estos soportes han ido desapareciendo poco a poco. Ahora tenemos mp3, memorias flash, discos sólidos, blu-ray y todo tipo de tecnologías que han ido dejando en el pasado el soporte magnético, aunque resisten las cintas para backup de datos.

cintasbackup

Sí, también las usan para hacer backup. En Google no todo son gafas ultramodernas y coches que no necesitan conductor.


¿Cómo funciona?

Para ver cómo funciona un soporte magnético vamos a centrarnos en un casete. Yo siempre los llamé cintas, pero para no confundirnos con la cinta magnética que lleva dentro, nos referiremos al dispositivo como casete. Los más jóvenes del lugar quizá no hayáis tenido nunca un casete de este tipo en vuestras manos, ni el placer de ver cómo se enrollaba la cinta en el cabezal perdiendo todos esos segundos de tu canción favorita, como lágrimas en la lluvia.

Chrome_edition_24

Y lo socorridas que eran para grabar canciones romanticonas a las chicas. ¿Ahora qué hacéis? ¿Les compartís listas en Spotify? ¡Boh! Eso no tiene mérito, no sabéis la de cálculos que había que hacer para que las canciones encajaran bien y no se cortara la última o quedara demasiado hueco.

Un casete es un cartucho de plástico que protege la cinta magnética que se enrolla en el interior gracias a las dos ruedas que podéis ver en la foto. Esa famosa cinta magnética guardaba nuestras canciones favoritas y acababámos cogiéndola cariño.

La cinta magnética

La cinta está formada principalmente por dos capas:

cinta

  • El soporte o sustrato de la cinta. Se pasaron por varios materiales a lo largo del tiempo hasta que llegó el poliéster. Esta capa es necesaria para dar soporte a la estructura de la cinta.
  • Capa de pigmento. Esta capa es la parte más débil de la cinta, podríamos compararla con una gelatina que lleva dentro trozos de frutas. Esos trozos de frutas serían las partículas magnéticas y parte del lubricante de la cinta. La capa no puede ser rígida ya que las partículas magnéticas deben moverse en su interior.

En cuanto a las impurezas magnéticas, inicialmente se usaban diferentes tipos de óxidos de hierro, pero con el paso de tiempo se cambió al dióxido de cromo (CrO2), que a costa de una menor durabilidad permitía una mejor calidad de grabación.

¿Cómo se lee un casete?

¿Os acordáis de la historia de Faraday con el Doctor? Pues tiene mucho que ver con el funcionamiento de una cinta de casete y del resto de soportes magnéticos. La cinta pasa por una serie de rodamientos hasta llegar al cabezal de lectura. El cabezal no es otra cosa que una bobina, podemos verlo en la siguiente imagen:

cabezal lectura

A medida que la cinta se mueve hacia adelante, el flujo magnético varía debido a los cambios de orientación de las impurezas magnéticas (magnetic dipoles) de la capa de pigmento, produciendo una corriente en el cabezal. La corriente eléctrica generada ya puede pasar a los altavoces, donde se transformará en energía mecánica y finalmente en las preciadas ondas sonoras que estábamos buscando.

En el caso de grabación de sonido, la cinta magnética lleva cuatro pistas, dos por cada sentido de reproducción, de forma que pueden leerse y grabarse en estéreo por las dos caras.

¿Cómo se graba?

En la grabación realizamos la operación inversa. Se hace pasar una corriente por la bobina del cabezal, de forma que esta vez es el cabezal el que genera un campo magnético, campo que provocará que las partículas magnéticas de la capa de pigmento se alineen. Variando la corriente aplicada a la bobina, cambiaremos el campo magnético generado y la orientación de los imanes. En el caso de la grabación, basta con aumentar el ritmo de cambio de la electricidad que pasa por el cabezal y el ritmo de la cinta para grabar a una mayor velocidad. De esa forma podíamos tener nuestros magníficos grabadores high speed dubbing que podían grabar una casete en un periquete. Eso sí, nunca pirata, EJEM EJEM.

Cómo podéis ver, los magníficos experimentos de Faraday con el magnetismo no solo derivaron en la generación de la electricidad sino que se aplican a numerosos campos, incluido el almacenamiento de información.

¡Oh no! Se ha roto la cinta de los chichos, justo por el medio

Los casetes tenían sus enemigos, uno de ellos era la humedad. Cuando almacenábamos nuestras grabaciones en lugares húmedos corríamos el peligro de deteriorar la capa de pigmento. Lo que ocurre es un proceso de hidrólisis que rompe  los polímeros de la capa de pigmento, degradándola y provocando que las partículas magnéticas pierdan su soporte o que directamente se suelte esta capa por completo del sustrato. Uno de los posibles efectos que tiene la humedad es que la cinta se vuelva pegajosa, seguro que muchos de vosotros habéis perdido cintas por este motivo. Además, cuando una cinta se enrollaba en un tramo, ese tramo quedaba maldito de por vida y siempre que llegabas a la canción sabías que había una gran probabilidad de que acabara en desastre. Otro problema de una capa de pigmento degradada es que puede ensuciar los cabezales, empeorando el funcionamiento del reproductor.

Pero los casetes no solo tienen enemigos químicos. Ya hemos dicho que el mecanismo de almacenamiento se basa en la orientación de las partículas magnéticas, así que cualquier cosa que cambie esa orientación puede poner en peligro nuestras grabaciones. Un amigo tenía un pack VHS con las películas de La Guerra de las Galaxias, podéis imaginar que era el más envidiado de la pandilla. Más de una vez las vimos mientras cultivábamos nuestros michelines a base de patatas fritas y otras sabrosas viandas. Pues bien, tenía la costumbre de dejarlas en el mueble donde tenía una pequeña tele con vídeo integrado, al lado de los altavoces de la tele. Nosotros siempre le decíamos que no lo hiciera, que las pusiera en otro sitio, que se iban a estropear. Podéis imaginar el final, a pesar de la imagen distorsionada y el sonido infumable, todavía las vimos alguna vez más. Lo que pasó con esas cintas VHS es que el efecto continuado del campo magnético producido por la tele y por los altavoces acabó afectando a algunas partes de la grabación, bajando la calidad drásticamente.

Todos estos factores se tienen en cuenta cuando se guarda una cinta de backup de un servidor, como las que vimos de Google al principio de la entrada. Existe toda una logística de envío de cintas a almacenes fuera de las instalaciones de los servidores, para guardar durante un tiempo las cintas en armarios ignífugos, con las condiciones de humedad idóneas y, por supuesto, libres de campos magnéticos que puedan afectarlas. Pasado un tiempo las cintas vuelven al centro de datos para ser reutilizadas, cuando los datos que almacenaban han quedado obsoletos.

Pero, ¿y los soportes con forma de disco?

Empecemos por decir que el cabezal de lectura y escritura básicamente es igual, lo que varía es la forma en la que se obtienen y graban los datos debido a la diferencia de formato. En una casete, el acceso a una posición determinada de la misma es engorroso, debido a que tendrías que avanzar o retroceder la cinta hasta el punto exacto en el que quieres leer. En el caso de un disco, el acceso es más inmediato ya que te basta con conocer la posición en el disco para enviar el cabezal a esa zona.

Piensa en un vinilo. Cuando quieres poner una canción en particular tienes que contar los surcos y poner la aguja en el que corresponde al número de canción elegida, una vez puesta ahí la aguja el disco seguirá girando y empezará a sonar la canción pasado un breve espacio de tiempo. Ese es el trabajo que hace el cabezal en el caso de los discos magnéticos.

Disk-structure.svg

A, Pista. B, Sector. C, Sector de una pista. D, Clúster. Cuando hablamos de cilindro en un disco nos referimos a la misma pista en los distintos platos que conforman el disco duro.

Cada vez podemos ver más discos de estado solido en nuevos ordenadores, pero todavía hay muchos ordenadores que usan los discos duros clásicos. Estos no son ni más ni menos que unas serie de discos magnéticos apilados, cada uno con un cabezal asociado. Mi primer disco duro tenía 520MB de capacidad, el del ordenador con el que estoy escribiendo ahora tiene una capacidad de unos 520GB (1024 veces mayor). Para llegar a estas capacidades se ha tenido que ajustar al máximo la tecnología, los discos cada vez han tenido que girar a un mayor número de revoluciones y el cabezal tiene que pasar a una distancia prácticamente nula del disco (del orden de unos pocos nanómetros). Es más, la distancia a la que pasa el cabezal está determinada por la propia película de aire que crea el disco a girar a una gran velocidad. Si el cabezal llegara a tocar el disco, produciría daños irreparables.

suciedad disco duro2

Cualquier foco de suciedad en la superficie del disco puede tener consecuencias catastróficas.

Normalmente cada sector almacenaba el mismo número de datos; al girar el plato con una determinada velocidad cada sector tardará el mismo tiempo en pasar por debajo del cabezal, independientemente de su distancia al centro. No obstante los sectores exteriores, al ser mucho más extensos, podrían estar mejor aprovechados, algo que se ha ido introduciendo poco a poco en discos duros más modernos.

En cuanto al soporte para los discos puede variar desde aluminio a cristal, pero finalmente todos tendrán una capa en la que irán las moléculas magnéticas que permitirán la grabación y lectura de nuestros datos. En definitiva, los discos duros son un avance importante respecto a un casete, pero en el fondo se trata de la misma tecnología llevada a otro nivel.

Las conclusiones del zombi/abuelo cebolleta

Muchas veces usamos la tecnología sin preguntarnos que hay detrás de ella. Cuando empezamos a tirar del hilo descubrimos que la química y la física siempre van de la mano para solucionar nuestros problemas cotidianos y ayudarnos a vivir en un mundo que hace relativamente poco parecería de fantasía. Mi primer ordenador era un MSX2 y tenía que conectarle un reproductor de casete para poder disfrutar de los míticos juegos de la época. Los minutos que pasabas delante del ordenador esperando a que el juego cargara eran una mezcla de desesperación y emoción. Ahora un juego tarda poco más de unos segundos en cargar y piensas que es una castaña.

abu-simbel-profanation-deluxe-17

Abu Simbel Profanation, la de horas que le eché a este juego y parecidos. Y anda que no eran difíciles… Nada de me escondo detrás de un matorral y me curo. Estos juegos eran una masacre.

Esta entrada participa en la XXIV Edición del Carnaval de Química organizado por un servidor. Que el poder del Cromo os acompañe.

Más información

About these ads

Publicado el 5 mayo, 2013 en Carnaval de química, Física aplicada y etiquetado en , , , , , , . Guarda el enlace permanente. 5 comentarios.

¡Un comentario para un ex-leproso!

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Seguir

Recibe cada nueva publicación en tu buzón de correo electrónico.

Únete a otros 1.388 seguidores

%d personas les gusta esto: