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Propriedades Magnéticas em Materiais

FACULDADE SUDOESTE PAULISTA

Ciência e Tecnologia de Materiais

Prof. Msc. Patrícia Correa

Propriedades Magnéticas dos

Materiais

Materiais magnéticos: Imãs

Esses possuem propriedade de atrair ou repulsar objetos que tem “sensibilidade” a ação de campo magnético.

São utilizados em inúmeras aplicações:

• motores elétricos,

• geradores

•armazenamento de informação (quer como suporte da informação (fitas magnéticas, discos de computador, etc.), quer como ferramentas de gravação ou leitura da informação armazenada em bandas magnéticas.)

Imãs:

Observada pela primeira vez com o tetróxido de triferro, numa região da

Ásia, chamada Magnésia. Por causa desse fato esse minério de ferro é

chamado magnetita, e os ímãs também são chamados magnetos. Esses

materiais tem propriedade de atrair ou repulsar o ferro.

A magnetita é o ímã que se encontra na natureza: é o ímã natural.

Chamamos corpo neutro àquele que não tem propriedade magnética: corpo

imantado àquele que se tornou ímã (artificial).

De acordo com a constituição química do ímã artificial, ele pode manter a

propriedade magnética por muito tempo, até por muitos anos, ou perdê-la

logo depois que cesse a causa da imantação. No primeiro caso o ímã é

chamado permanente; no segundo, ímã temporal, ou transitório. Os

eletroímãs são sempre ímãs temporais. Os ímãs naturais são permanentes.

Imãs possuem propriedades magnéticas em certas regiões, que chamamos regiões polares norte e sul. Os pólos de um ímã são inseparáveis. Se cortamos um ímã, os polos norte e sul não ficam isolados. Na parte correspondente ao polo norte aparece um novo polo sul; e na parte correspondente ao polo sul primitivo aparece um novo polo norte.

CAMPO MAGNÉTICO

Orientação do campo

Campos magnéticos Terrestre e da

Bússola

O que é um material magnético? O que ele possui que o torna tão diferentes dos demais materiais?

Domínios Magnéticos

Parede

de

Block

Como tornar um material magnético?

1. A partir de um outro campo magnético.

2. A partir de uma corrente elétrica.

TIPOS DE MATERIAIS MAGNETIZADOS:

1. Paramagnéticos

2. Diamagnéticos

3. Ferromagnéticos

Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhados e

que, quando na presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir

dessa forma um ímã que tem a capacidade de provocar um leve aumento na

intensidade do valor do campo magnético em um ponto qualquer. Esses

materiais são fracamente atraídos pelos ímãs.

Na presença de H os dipolos

giram, alinhando-se com H,

aumentando o efeito do campo

externo. μr>1 e Xm>0 (da

ordem de 10-5 a 10-2)

São materiais paramagnéticos: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.

Diamagnéticos – são materiais que se colocados na presença de um campo

magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido

do campo magnético aplicado. Assim, estabelece-se um campo magnético na

substância que possui sentido contrário ao campo aplicado.

São substâncias diamagnéticas: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.

Para esses materiais, μr < 1 e

Xm < 0 (da ordem de –10-5).

B no interior do material é < B0.

Ferromagnéticos – as substâncias que compõem esse grupo apresentam

características bem diferentes das características dos materiais paramagnéticos e

diamagnéticos. Esses materiais se imantam fortemente se colocados na presença

de um campo magnético.

São substâncias ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o níquel e as

ligas que são formadas por essas substâncias

Para estes materiais Xm é da ordem

de 106, conseqüentemente H<<M

Ferro momento magnético líquido = 2,22 μb

Cobalto momento magnético líquido = 1,72 μb

Níquel momento magnético líquido = 0,60 μb

O movimento de uma carga elétrica resulta na criação de um campo magnético.

Um enrolamento de fio condutor (solenóide), com n espiras, atravessado por uma

corrente i origina um campo magnético, H, dado por:

E induz um campo, B (de indução), dado por

Propriedades Magnéticas dos

Materiais

Propriedades Magnéticas dos

Materiais

Propriedades Magnéticas dos

Materiais

Quando um material é submetido a um campo magnético H (campo

aplicado), é originado um campo de magnetização do material, M.

susceptibiliade

magnética do material

A histerese é a tendência de um material ou sistema de conservar suas

propriedades na ausência de um estímulo que as gerou.

HISTERESE MAGNÉTICA

Coercitividade é a capacidade que apresenta um material magnético de manter seus imãs elementares presos numa determinada posição. Esta posição pode ser modificada colocando o material magnetizado num campo magnético externo. Um material da alta coercitividade significa dizer que os seus imãs elementares resistem bastante a mudança de posição, exigindo para a sua desmagnetização um campo magnético externo mais forte. Portanto, em ciência dos materiais, a coercitividade de um material ferromagnético é a intensidade do campo magnético necessária para reduzir a magnetização deste material a zero , após a magnetização da amostra alcançar a saturação (estado na qual o material não pode absorver mais campo magnético, de tal maneira que um aumento na magnetização não provoca mudança significativa na densidade do fluxo magnético).

Coercividade Magnética

Curvas de Magnetização

Curvas de Magnetização

Curvas de Magnetização

Quanto maior é a área do

ciclo de histerese de

magnetização mais “duro

magneticamente” é o

material

Os materiais magnéticos são classificados em duros e moles, estes

últimos também referidos como macios ou doces. Os magnetos duros,

também chamados ímãs, são aqueles "permanentes" - o que significa

que exigem um forte campo externo para levar sua magnetização a zero.

Já os magnetos moles possuem um magnetismo facilmente reversível.

Duros Moles

Classificação dos materiais em termos de

propriedades magnéticas

Materiais diamagnéticos (Ex. Zn Cd Cu, Ag, Sn) – pequenos valores

negativos de χ (ou seja, o campo de magnetização opõe-se ao campo

aplicado e desaparece quando de retira o campo aplicado)

Materiais Paramagnéticos (ex. Al, Ca, Pt, Ti) – pequenos valores positivos

de χ (o campo de magnetização desaparece quando de retira o campo

aplicado)

Materiais Ferromagneticos (o Fe, o Ni e o Co) - χ é grande (>>1). O campo

de magnetização mantém-se quando se remove o campo aplicado.

Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral óxidos metálicos) –

os íons têm dipolos magnéticos de intensidade diferente. Logo existe sempre

um momento resultante.

As substâncias

ferromagnéticas são

fortemente atraídas pelos

ímãs. Já as substâncias

paramagnéticas e

diamagnéticas são, na

maioria das vezes,

denominadas de

substâncias não

magnéticas, pois seus

efeitos são muito

pequenos quando sobre a

influência de um campo

magnético.

Influência da Temperatura sobre o Comportamento Magnético

Supercondutividade

É uma propriedade física. De característica intrínseca de certos materiais, quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas. Como esses materiais não possuem resistência elétrica, o que significa que os elétrons podem se deslocar livremente através deles, eles podem transmitir grandes quantidades de corrente elétrica por longos períodos sem perder energia na forma de calor. Foi comprovado que malhas de fios supercondutores podem transmitir correntes elétricas por centenas de anos sem nenhuma perda considerável. Essa propriedade tem implicações para a transmissão de energia elétrica, se as linhas de transmissão puderem ser feitas de cerâmicas supercondutoras, e para dispositivos de armazenamento de energia elétrica.

Efeito Meissner

Uma propriedade de um supercondutor é que, assim que ocorre a transição do estado normal para o estado supercondutor, os campos magnéticos externos não podem penetrá-lo. Esse efeito é chamado de efeito Meissner e tem implicações para a fabricação de trens de alta velocidade com levitação magnética. Isso também tem implicações quanto à fabricação de pequenos e poderosos magnetos supercondutores para a geração de imagens por ressonância magnética.


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