o magnetismo e a matéria prof. luis s. b. marques ministÉrio da educaÇÃo secretaria de...

O Magnetismo e a Matéria

Prof. Luis S. B. Marques

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINACAMPUS JOINVILLE

DEPARTAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DO ENSINOCOORDENAÇÃO ACADÊMICAEletroEletronica

Introdução

• O primeiro imã que se tem notícia foi a magnetita .

• Somente muito tempo depois desta descoberta é que foi desenvolvida a bússola.

Aplicações

• Dentre as muitas aplicações para os imãs permanentes cito:

Aplicações

O magnetismo da terra

• A terra é um enorme imã permanente.

• O que chamamos comumente de norte magnético é na realidade um pólo sul magnético.

Introdução

• As propriedades magnéticas dos imãs podem ser atribuídas aos elétrons.

O elétron pode produzir campo magnético de três modos

• Fluxo de elétrons em um condutor (ou no vácuo).

O elétron pode produzir campo magnético de três modos

• Momento Angular intrínsico ou SPIN.

O magnetismo e o elétron

• Associado ao momento angular do elétron existe o momento de dipolo magnético do spin.

O elétron pode produzir campo magnético de três modos

• Momento Orbital intrínsico.

O magnetismo e o elétron

• Os elétrons ligados aos átomos possuem um momento orbital intrínseco. Esse elétrons em órbita são equivalentes a pequenas espiras de corrente e possuem um momento de dipolo magnético orbital.

O magnetismo e o elétron

• Como todo e qualquer material possui elétrons, o fato destes materiais não possuírem magnetismo é que devido à enorme quantidade de elétrons, os momentos de dipolos se combinam de tal modo que se cancelam uns aos outros, de modo que o resultado é uma indução magnética resultante nula.

Materiais diamagnéticos• Os materiais diamagnéticos apresentam um momento

dipolar magnético oposto ao sentido do campo aplicado.

Materiais paramagnéticos• Os materiais paramagnéticos apresentam um momento

dipolar magnético no mesmo sentido do campo aplicado.

Materiais ferromagnéticos• Os materiais ferromagnéticos adquirem um grande

momento dipolar magnético na direção do campo aplicado quando na presença de um campo externo.

Materiais diamagnéticos

• são aqueles que quando na presença de um campo magnético externo, se magnetizam de forma a criar um campo magnético contrário ao aplicado.

Materiais paramagnéticos

• são aqueles que permitem apenas uma leve orientação dos dipolos magnéticos elementares na presença de um campo magnético externo.

Materiais ferromagnéticos

• Os materiais ferromagnéticos são compostos por uma grande quantidade de domínios magnéticos. Entende-se por domínios magnéticos como sendo pequenas regiões magnéticas cujos dipolos atômicos estão perfeitamente alinhados, produzindo momentos magnéticos não nulos que se encontram em paralelos.

Materiais ferromagnéticos

• Um material ferromagnético não-magnetizado possui seus domínios magnéticos orientados aleatoriamente, resultando em um fluxo magnético líquido igual a zero.

Materiais ferromagnéticos

• Ao aplicar um determinado campo magnético sobre este material ferromagnético, os domínios magnéticos tendem a se orientar na direção do campo magnético.

Materiais ferromagnéticos

• O resultado é que o efeito do momento de dipolo magnético se superpõe ao do campo magnético aplicado, resultando em uma densidade de fluxo superior àquela devido apenas à força magneto motriz.

Materiais ferromagnéticos

• Quando todos os momentos de dipolo magnético encontram-se alinhados com o campo magnético, não mais contribuindo para o aumento na densidade de fluxo B, o material é dito completamente saturado.

Materiais ferromagnéticos

• Na ausência de um campo magnético aplicado, os momentos de dipolo magnéticos dos domínios tendem a se alinharem de acordo com os eixos de fácil magnetização.

• Como resultado, quando o campo magnético aplicado é reduzido a zero, os momentos de dipolo magnético não retomam uma orientação randômica. Eles irão se orientar de acordo com uma determinada direção, de acordo com o campo magnético aplicado. Este efeito é responsável por um fenômeno denominado histerese magnética.

Materiais ferromagnéticos

Anel de Rowland

ildB o

NirB ooo )2(

r

NiB ooo

2

Anel de Rowland

Mo BBB

• O campo efetivo B com o núcleo ferromagnético é muito maior, dado pela equação:

• Onde BM é a contribuição do núcleo ferromagnético ao campo no toróide.

Curva de magnetização

• A curva de magnetização nos fornece o grau de influência que um campo magnético exerce sobre o alinhamento dos dipolos magnéticos.

Curva de magnetização

Curva de Histerese

HB

Densidade de fluxo x Intensidade de campo

Nos materiais magnéticos B e H não se relacionam simplesmente por uma constante µ. A equação acima

nos remete a uma relação linear. Entretanto, na realidade, B é uma função não-linear, multivalente de H.

Embora a equação acima continue sendo válida, gráficos são utilizados para determinar o valor de B em

função de H.

Perdas por correntes parasitas

2max2 fBKP ee

Perdas por correntes parasitas

• As perdas por correntes parasitas podem ser reduzidas:

1. Um material com elevada resistividade pode ser utilizado.

2. Um núcleo composto por lâminas. A laminação é feita no plano do fluxo magnético. As lâminas são isoladas umas das outras por uma camada de óxido e/ou por uma fina camada de verniz.

Perdas por Histerese

• Em geral as perdas por histerese dependem da metalurgia do material, assim como da freqüência e da densidade de fluxo.

fBKP nHH max

Perdas por Histerese

Para reduzir as perdas por histerese, os materiais utilizados em máquinas elétricas empregam aços com grãos orientados, que

possuem direções altamente favoráveis

à magnetização.

Perdas por Histerese