Materiais ferromagnéticos

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CAMPUS JOINVILLE
DEPARTAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DO ENSINO
COORDENAÇÃO ACADÊMICA
EletroEletronica
O Magnetismo e a Matéria
Prof. Luis S. B. Marques
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.
Materiais ferromagnéticos
• 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.
Anel de Rowland
 
B

d
l


i
o

Bo (2r )  oio N
 oio N
Bo 
2r
Anel de Rowland
• O campo efetivo B com o
núcleo ferromagnético é
muito maior, dado pela
equação:
B  Bo  BM
• 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
Densidade de fluxo x Intensidade de campo
B  H
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
Pe  K e  B
2
max
f
2
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.
PH  K H  Bmax  f
n
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