Magnetrometria:

Mede a magnitude e a orientação do campo magnético da Terra.

Depende do campo magnético primário gerado no núcleo da Terra e das magnetizações

induzidas e remanentes das rochas que compõem a crosta terrestre.

A propriedade Importante é a susceptibilidade magnética K.

Linhas de força:

Figura 1: Campo magnético de um objeto magnetizado.

Dipolos magnéticos:

Não existe um pólo magnético positivo que não esteja associado a um pólo negativo. Todos os

corpos magnetizados podem ser vistos como dipolos (figura 1).

Simplificando equações, a força magnética entre dois pólos é dada por:

(1)

m1, m2 =medida da unidade magnética em cada pólo;

r = distância entre pólos;

m = constante de permeabilidade magnética do meio.

Unidades do campo magnético:

Considerando circulo de raio r, por onde passa uma corrente i,

equivalente a um átomo com elétrons orbitando. Um campo

magnético H é produzido no centro do círculo, e sua intensidade

é:

H = i/2r

Em ampéres por metro, A/m

Esta corrente circular tem um momento magnético associado, que vale:

m = i x Área

Em amperes metro quadrado, Am2

A intensidade da magnetização, M, é o momento magnético por unidade de volume,

M = m/v

Em ampéres por metro, A/m.

Notemos que H e M tem a mesma unidade, mas não são a mesma coisa.

Podemos definir a susceptibilidade magnética como sendo :

Κ = M/H

O campo magnético medido, na verdade é:

B = µ0(H+M)

Onde µ0 é a permissividade magnética do meio.

Contudo, para o sistema CGS, µ0 é igual a 1, o que faz B, H e M numericamente iguais, mas

cada um tem seu próprio nome de unidade (Gauss, oesrted e emu/cm3).

A equação no CGS fica:

B = H + 4πM

(percebam a confusão!!!!!)

No CGS, H e B são variáveis comutáveis. No SI não são. Por exemplo, o campo magnético da

terra é 0,5 gauss, equivalente a 0,5 Oe. Mas no SI, o campo magnético da Terra é 50 µT

equivalente a 39,8 A/m.

0.5 Gauss = 50 µT [B fields]

0.5 Oersted = 39.8 A/m [H fields].

Magnetic Term Symbol SI unit CGS unit conversion factor

magnetic induction B Tesla (T) Gauss (G) 1 T = 104 G

magnetic field H A/m Oersted (Oe) 1 A/m =4π/103 Oe

magnetization M A/m emu/cm3 1 A/m = 10-3 emu/cm3

mass magnetization σ Am2/kg emu/g 1 Am2/kg = 1 emu/g

magnetic moment m Am2 emu 1 Am2 = 103emu

volume susceptibility κ dimensionless dimensionless 4π (SI) = 1 (cgs)

mass susceptibility χ m3/kg emu/Oe·g 1 m3/kg = 103/4πemu /Oe·g

permeability of free space µ0 H/m dimensionless 4πx10-7 H/m = 1 (cgs)

A= Ampere cm= centimeter emu= electromagnetic unit g= gram kg= kilogram m= meter H= Henry

Para as medidas magnetrométricas, usamos o Oersted e o nanotesla, que também é conhecido por gama.

Susceptibilidade magnética, K

Para campos magnéticos externos fracos a magnetização J do material é proporcional ao

campo magnético externo H:

J = K H

• A constante de proporcionalidade K é a susceptibilidade magnética;

• K é uma medida de quão facilmente um material se magnetiza;

• K é a principal propriedade física das rochas medida em levantamentos

magnetométricos.

Valores típicos de K (SI)

Minerais Rochas

Ar 0 Calcário 0 a 3

Quartzo 0,01 Arenito 0 a 20

Sal 0,01 Folhelho 0,01 a 15

Calcita 0,001 a 0,01 Xisto 0,3 a 3

Esfalerita 0,4 Gnaisse 0,1 a 25

Pirita 0,05 a 5 Ardósia 0 a 35

Hematita 0,5 a 35 Granito 0 a 50

Ilmenita 300 a 3500 Gabro 1 a 90

Magnetita 1200 a 19200

Classificação da reação dos materiais frente ao campo magnético.

• Paramagnetismo;

• Diamagnetismo;

• Ferromagnetismo:

� Ferromagnetismo puro;

� Antiferromagnetismo;

� Ferrimagnetismo

Paramagnetismo

Propriedade de minerais nos quais níveis incompletos de elétrons produzem momentos

magnéticos desbalanceados, como por exemplo, olivina e outros silicatos.

• Na presença de um campo magnético externo, os momentos magnéticos

desses minerais se alinham parcialmente na direção do campo externo,

gerando um campo magnético interno fraco;

• A susceptibilidade magnética K é pequena e positiva (maior que em minerais

diamagnéticos).

Diamagnetismo

Propriedade de minerais onde todos os níveis de elétrons estão completos, não existindo

elétron sem par, como por exemplo, quartzo e halita.

• Na presença de um campo magnético externo, os elétrons orbitam de modo a

gerar um campo magnético interno fraco e na direção oposta ao campo

externo;

• A susceptibilidade magnética K é pequena e negativa .

Ferromagnetismo

Em metais como cobalto, níquel e ferro, elétrons livres tem seus spins alinhados com o campo

magnético externo.

• No ferromagnetismo puro os spins são totalmente alinhados com o campo externo;

• Possuem elétrons livres nos níveis mais externos;

Materiais com susceptibilidade magnética elevada.

Antiferromagnetismo

Domínios adjacentes apresentam sentido oposto de alinhamento de elétrons, com spins de

mesmo tamanho em cada sentido.

• O campo magnético interno é quase nulo e K = 0;

• Exemplo: hematita.

Ferrimagnetismo

Domínios adjacentes apresentam sentido oposto de alinhamento de elétrons, com spins de

diferentes tamanhos em cada sentido.

• O campo magnético interno é fraco;

Exemplo: magnetita, titanomagnetita, ilmenita e pirrotita

Temperatura de Curie

Limite máximo de temperatura no qual o ferromagnetismo desaparece.

• O alinhamento de spins dos elétrons é reduzido e os domínios magnéticos não se

formam;

• Qualquer material acima da sua Temperatura de Curie se comporta como um

paramagnético.

Curva de histerese

A magnetização de um material é descrita pela curva entre os campos magnéticos externo H e

o induzido no material J.

• A saturação de magnetização ocorre quando todos os domínios estão orientados – JS;

• Após serem magnetizados, os materiais ferromagnéticos se mantém magnetizados

mesmo quando H é reduzido a zero;

• Um campo reverso (-HC) é necessário para reduzir a magnetização do material a zero

(coercividade).

Magnetismo termo-remanente

Magnetismo permanente adquirido por grãos de magnetita durante o resfriamento de rochas

ígneas.

• Sob temperaturas abaixo de 580oC os domínios se alinham com o campo magnético

externo;

• As rochas tem “memória” da orientação dos campos magnéticos passados

(paleomagnetismo).

Magnetismo remanente detrital

Adquirido quando grãos magnéticos finos são depositados em leito aquoso durante a

formação de rochas sedimentares.

• As partículas se sedimentam alinhadas com o campo magnético externo da época;

• Muito mais fraco que o magnetismo termo-remanente.

Magnetismo remanente químico

Magnetização produzida pelo crescimento de minerais magnéticos abaixo da temperatura de

Curie.

• Por exemplo, crescimento de cristais de óxido de ferro em arenitos.