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  • Materiais e Medidas Magnticas
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Magnetismo dos Slidos tomos + rede cristalina Eltrons em movimento Classicamente, cargas em movimento campos magnticos Eltrons Momento angular orbital (L) Momento de Spin (S) Momento angular total: J= L+S Como se somam J para os diversos eltrons de um tomo? Regras de Hund 1. Valor total S mximo permitido pelo Princpio de Pauli 2. Valor total L mximo, consistente com a regra n o 1 3. Valor de J = L - S p/camada eletrnica menos meia cheia; ou J = L + S se mais meia cheia 4. J = S se meia cheia ( L =0) tomos c/camadas completas ( J =0) no devem contribuir para o campo magntico do slido. Elementos de interesse metais de transio, em particular srie 3d.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Exemplo do Fe 26 Configurao: Ar + 4s 2 3d 6 Orbital 4s completo Orbital 3d at 10 eltrons (estados) S : [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] =2 L :[+2] [+1] [ 0 ] [-1 ] [-2 ] = 2 De acordo com a regra n o 3 : J= 4 O momento magntico resultante: B = e/2m (Magneton de Bohr) g - fator de Land ( 2) Fe 8,9 B O estado de valncia do tomo tem grande importncia na determinao do seu momento magntico.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Considere um slido de volume V. Define-se a magnetizao (M) de um slido, macroscopicamente como: i momento magntico individual de cada tomo Materiais Diamagnticos Cada tomo do material possui individualmente momento magntico nulo. i = 0 M = 0 Quando submetido a um campo magntico externo (H), praticamente nada acontece. O Zn 30 um exemplo de material diamagntico.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Materiais Paramagnticos Cada tomo do material possui momento no nulo. i 0 M = 0devido orientao aleatria dos momentos individuais. Interao magntica entre os momentos no forte o suficiente para orden-los. A energia trmica (temperatura) mantm os momentos magnticos mudando constantemente de direo. Campo externo (H) tende a alinhar os momentos sua direo, devido interao entre ambos. i 0 Resposta ao campo externo Susceptibilidade Paramgntica = M/H (por unidade de volume) = / (por unidade de massa) funo da temperatura (T) O Mn 25 um paramagntico conhecido.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Lei de Curie (T)= Const/T O valor de Const depende fundamentalmente de i.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Materiais Ferromagnticos Cada tomo do material possui momento no nulo. i 0 Interao magntica entre os momentos forte o suficiente (frente energia trmica) para alinh-los parcialmente: i 0. M 0mesmo sem a aplicao de um campo (H) externo. O aumento da energia trmica (temperatura) pode forar um ferromagneto para o estado paramagntico. Magnetizao espontnea: M(T) (em H=0) Temperatura de Curie: M(T c ) = 0 T Tc o material se torna paramagntico. Fe, Co e Ni so ferromagnetos tpicos.
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Lei de Curie-Weiss (T) = Const/(T Tc) (T >T c )
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  • Classificao dos Materiais Magnticos Magntico X Magnetizado Fraes (escala nanomtrica) de um material ferromagntico mostram regies de at espontaneamente alinhados para certa temperatura T. Domnios magnticos - cada um com sua prpria orientao de M i. Ferromagneto desmagnetizado i = 0 Domnios magnticos - com orientao preferencial de M i. Ferromagneto magnetizado i 0 Aps a aplicao de um campo externo o ferromagneto se torna magnetizado.
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  • O ciclo de histerese 1. Partindo de um material desmagnetizado (M=0; H=0) 2. Para um campo suficientemente forte todos os domnios tero M i alinhados. Magnetizao de saturao (M s ) 3. Reduzindo o campo at zero restaro ainda alguns domnios alinhados que produzem uma magnetizao residual (M R ) ou remanente. 4. necessrio aplicar um campo na direo oposta (negativo) para anular a magnetizao. O campo coercivo (B c = 0 H c ). 5. Aumentando e reduzindo o campo aplicado entre valores mximos (positivos e negativos) reproduz-se o ciclo de histerese do material ferromagntico.