Analogia com a polarização elétrica

◦ Polarização – orientação de dipolos elétricos, devido à ação de um campo elétrico.

◦ Magnetização - orientação de dipolos magnéticos, devido à ação de um campo magnético.

1º material magnético conhecido pelo homem – magnetita (Fe3O4 ou FeO.Fe2O3) (mineral natural)

1a utilização prática do magnetismo - bússola

A unidade fundamental geradora de um campo magnético é o DIPOLO MAGNÉTICO

Comportamento dos materiais num campo magnético externo édeterminado pela origem de seus dipolos e pela natureza da interação entre eles.

Origem dos dipolos magnéticos

O momento magnético nos átomos pode ser gerado:

pelos elétrons orbitando o núcleo (momento magnético orbital), pelos elétrons girando ao redor de seu eixo (momento magnético de spin)

Em um orbital podem existir elétrons emparelhados ou desemparelhados:

Elétrons emparelhados spins +1/2 e -1/2 dipolos magnéticos se anulam.

Quanto maior o número de orbitais com elétrons desemparelhados, possivelmente maior será a magnetização que esse elemento pode assumir.

Elétrons na camada de valência (desemparelhados) não fornecem um dipolo magnético global devido à interação com outros átomos.

Distribuição de elétrons em orbitais (níveis de energia)

1s2

2s2 2p6

3s2 3p6 3d10

4s2 4p6 4d10

Ferro (Z=26)1s2 4s2 3d6

2s2 2p6

3s2 3p6 3d6 4e- desemparelhados4s2 4p 4d

Ferro apresenta possibilidade de magnetização

Desbalanceamento nos “spins” magnéticos indica o número de magnétons de Bohr

Cerâmicas – ânions comuns aos materiais cerâmicos

O2-, F-, Cl-, S2-, N3-, CO3-2

Um ânion sempre oferece complemento para os 8 elétrons da camada de valência os spins eletrônicos devem ser balanceados.

A maioria dos cátions que forma as cerâmicas não possui níveis orbitais parcialmente preenchidos.

Permeabilidade Magnética ()- estárelacionada com a intensidade de magnetização. A intensidade de magnetização varia em função da intensidade do campo aplicado. É característica do material

B - indução magnética ou densidade de fluxo magnéticoH - campo magnético permeablidade

Tipos de magnetismo encontrados nos materiais

Cada material responde de alguma maneira à aplicação de um campo magnético externo. Interação entre dipolos magnéticos e campo magnético

Diamagnetismo

Forma muito fraca de magnetismo que não é permanente e persiste somente quando o campo magnético está sendo aplicado. Induzido pela mudança no movimento do orbital dos elétrons, devido ao campo magnético aplicado. r 1 – dipolos se opõe ao campo magnético

Paramagnetismo

Dipolos se alinham ao campo magnético Efeito se perde após a remoção do corpo Cada átomo possui um dipolo magnético permanente devido às camadas internas não completamente preenchidas com elétrons emparelhados Possuem dipolos magnéticos, porém isolados uns dos outros. r ~ 1

Ferromagnetismo

Dipolos se alinham com o campo

Possuem domínios magnéticos permanentes na ausência de campo elétrico

Domínios magnéticos – são regiões onde os dipolos magnéticos originados por elétrons com spins desemparelhados interagem e se alinham formando uma região onde todos os spins apontam na mesma direção.

A magnetização permanece após a remoção do campo

São regiões da estrutura do material onde todos os átomos cooperam magneticamente, ou seja, são zonas de magnetização espontânea (<0,05mm).

Quando um campo magnético é aplicado, os domínios magnéticos tendem a se alinhar com o campo e, então, o material exibe propriedades magnéticas

Domínios magnéticos

Ferrimagnetismo

Compostos iônicos – ferritas (MFe2O4)

onde M = Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Fe, Etc.

quando M = Fe Fe3O4 – magnetita natural

Características magnéticas macroscópicas são similares aos ferromagnéticos – distintas nas fontes de dipolos magnéticos.

Magnetização não corresponde ao alinhamento paralelo dos momentos magnéticos

Suas propriedades decorrem da existência de íons magnéticos como Fe, Ni, Co, Mn...

FeFe2O4 - Magnetita (espinélio invertido) Íons Fe2+ nas posições octaedrais Íons Fe3+ nas posições tetraedrais e octaedrais

Fe – Z=26

1/2 das posições octaedrais preenchidas e 1/8 das posições tetraedrais preenchidas

Fe2+ - íons ferrosos – 1s2 2s2 3p6 3d6

3d6

Fe3+ - íons férricos – 1s2 2s2 3p6 3d5

3d5

cátion Posições octaedrais

Posições tetraedrais

Momento magnético

líquido

Fe3+ Cancelamento

completo

Fe2+ -

• Os momentos de spin de todos os íons Fe3+

localizados nas posições octaédricas estão alinhados paralelamente uns aos outros; entretanto, eles estão posicionados em direção oposta à dos íons Fe3+ localizados nas posições tetraédricas, os quase também estão alinhados. Dessa forma, os momentos de spin do todos os Fe3+ se cancelam• Todos os Fe2+ possuem os seus momentos alinhados na mesma direção

NiFe2O4 Ferrita de níquel – espinélio invertido Íons Fe3+ nas posições tetraedrais Íons Ni2+ e Fe3+ nas posições octaedrais

É possível produzir um grande número de ferritas com magnetização intrínseca, pela substituição adequada dos íons metálicos.

cátion Posições octaedrais

Posições tetraedrais

Momento magnético

líquido

Fe3+ Cancelamento

completo

Ni2+ -

Ni – Z=28 4s2 3d8

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2

cátion Posições octaedrais

Posições tetraedrais

Momento magnético

líquido

Fe3+

Cancelamento

completo

Zn

ZnFe2O4 Ferrita de zinco – espinélio normal Íons Fe3+ nas posições octaedrais Íons Zn2+ nas posições tetraedrais

Zn – Z = 30 1s2

2s2 2p6

3s2 3p6 3d10

4s2 4p 4d

4s2 3d10

Ferritas Propriedades magnéticas inferiores às das ligas metálicas 1950 – novas aplicações tais como: rádio, televisão, linha telefônica, circuitos de computadores, etc. Alta resistividade – não desenvolve correntes parasitas que são responsáveis pelo aquecimento e perda de energia nos materiais ferromagnéticos

Ferritas duras (“hard”) Difícil de magnetizar e desmagnetizar Ferritas de bário e estrôncioAplicações: ímãs permanentes, blindagem de fornos microondas alto falantes, em geladeiras como acessório utilizado no contorno da porta para que haja hermeticidade quando fechada

Ferritas moles (“soft”) Facilmente magnetizada e desmagnetizada Ferritas de Níquel e Zinco - NixZn1-xFe2O4Aplicações: cabeças magnéticas para leitura, disquetes

Ferritas de Mn –Zn – maior parte das ferritas moles produzidas