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MATERIAIS MAGNÉTICOS
Fundamentos iniciais
O magnetismo é um fenômeno pelo qual alguns materiais impõem uma
força ou influência de atração ou de repulsão sobre outros materiais.
As propriedades magnéticas são muito importantes para diversas aplicações
que nos cercam.
 Geradores;
Motores;
Transformadores;
 Componentes eletrônicos;
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Conceitos básicos
DIPOLOS MAGNÉTICOS
As forças magnéticas são geradas pelo movimento de partículas carregadas
eletricamente. Esse movimento gera em torno das partículas uma região de
influência denominada de campo.
As distribuições de campo podem ser representadas por linhas de força.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Os dipolos magnéticos podem ser considerados como pequenos ímãs
compostos por um pólo norte e um pólo sul.
Associado ao dipolo magnético está o momento de dipolo magnético
(grandeza vetorial) que é representado por uma seta.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Origens dos momentos magnéticos
As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são consequência dos
momentos magnéticos (é uma medida da intensidade da fonte de campo
magnético).
Os momentos magnéticos que os elétrons possuem se originam de duas fontes:
 Devido à rotação em torno do núcleo, caso em que se comporta como um
pequeno circuito por onde circula corrente elétrica. O campo magnético gerado
possui um momento magnético orientado ao longo do eixo de rotação.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
 Cada elétron pode ser considerado como estivesse girando ao redor de um
eixo. O momento magnético tem sua origem nesse movimento de rotação e
está direcionado ao longo do eixo de rotação.
 Cada elétron, então pode ser considerado como um pequeno ímã que possui
momentos magnéticos orbital e de spin.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
O momento magnético mais fundamental é o magnéton de Bohr, μB que possui
uma magnitude de 9,27 x 10-24 A-m2.
Para cada elétron em um átomo, o momento de spin é +- μB . A contribuição do
momento magnético orbital é ml μB , em que ml é o número quântico magnético
do elétron.
O que acontece então no átomo?
Em cada átomo individual os momentos orbitais de alguns pares de elétrons se
cancelam mutuamente. Isto é válido também para os momentos de spin.
O momento magnético resultante de um átomo é o somatório dos momentos
magnéticos (orbital + spin) de cada elétron que constitui o átomo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
GRANDEZAS MAGNÉTICAS
O comportamento do campo magnético pode ser descrito em termos de vários
vetores de campo.
O campo magnético aplicado externamente algumas vezes é chamado de
intensidade de campo magnético (H).
Se o campo magnético for gerador por meio de uma bobina cilíndrica
(solenóide), a intensidade de campo magnético pode ser calculada por:
NI
H 
l
MATERIAIS MAGNÉTICOS
GRANDEZAS MAGNÉTICAS
MATERIAIS MAGNÉTICOS
GRANDEZAS MAGNÉTICAS
A indução magnética ou densidade de campo magnético (B) representa a
magnitude da força do campo interno de uma substância que está sujeita a um
campo H.
A unidade de B é o tesla ou weber/m2.
A intensidade de campo magnético e densidade de campo magnético estão
relacionados por:
B  μH
O parâmetro μ é chamado de permeabilidade que é uma propriedade do meio
específico através do qual o campo H passa e por onde B é medido.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DIAMAGNETISMO
É uma forma muito fraca de magnetismo que não é permanente e que persiste
apenas enquanto um campo externo é aplicado.
Ele é induzido por uma mudança no movimento orbital dos elétrons causada
pela aplicação do campo externo aplicado. O campo induzido se opõe ao
campo externo aplicado.
 FORMA
DE
MAGNETISMO
IMPORTÂNCIA PRÁTICA.
QUE
NÃO
APRESENTA
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DIAMAGNETISMO
As setas na figura acima representam momentos de dipolo atômico de uma
material diamagnético quando submetido a um campo externo (H).
Exemplos: óxido de alumínio, cobre, ouro, mercúrio.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
Em certos materiais sólidos não há cancelamento total de todos os momentos
magnéticos associado a cada elétron constituinte de um determinado átomo.
Ou seja, cada átomo apresenta um momento de dipolo magnético
permanente. Esse momento é resultante dos momentos orbital e de spin
que não foram cancelados.
Acontece que a orientação de cada momento magnético de cada átomo isolado
do material é aleatória e consequentemente o material não apresentação
qualquer magnetização macroscópica.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
Com base na figura, existem duas situações:
MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
1) Campo externo H=0
2) Campo externo diferente de zero
No material paramagnético, os dipolos estão livres para girar e eles tendem a se
alinhar preferencialmente na direção do campo externo aplicado.
Esse alinhamento contribui para o aumento do campo externo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
FERROMAGNETISMO
Os materiais que fazem parte desta categoria possuem um momento magnético
permanenente na ausência de um campo externo.
Apresentam valores elevados de magnetização quando submetidos a um campo
externo.
Exemplos: ferro, cobalto, níquel.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
FERROMAGNETISMO
Os momentos magnéticos permanentes nos materiais ferromagnéticos são
originados a partir dos momentos magnéticos devidos aos spins dos elétrons.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
MATERIAIS MAGNÉTICOS
 Aumento da vibração dos átomos;
 A tendência é tornar aleatória a as direções de quaisquer momentos
magnéticos.
 À medida que a temperatura é elevada, a magnetização de saturação
diminui até chegar a zero numa temperatura denominada de temperatura
de Curie.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
Domínios ?
São pequenas regiões no material ferromagnético onde existe uma alinhamento
mútuo de todos de todos os momentos de dipolo magnéticos em uma mesma
direção.
Os domínios adjacentes estão separados por uma parede e cada um está
magnetizado com sua magnetização de saturação.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
A figura abaixo mostra as etapas de magnetização de um material
ferromagnético para diferentes valores de campo externo aplicado. Considere
que o material está inicialmente não desmagnetizado:
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
Como a permeabilidade é a inclinação da curva de B em função de H, pode ser
observado com base na figura anterior que esta é variável e dependente do
valor de H.
A inclinação de B em função de H no ponto H=0 é especificada como uma
propriedade do material denominada de permeabilidade inicial µi.
O que acontece se a direção do campo externo aplicado for invertida? Isto é
uma característica de campo alternado produzido por corrente alternada.
Quando um material ferromagnético for submetido a um campo alternado irá
aparecer um fenômeno denominado de histerese.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
A histerese pode ser considerada como uma defasagem do campo B em relação
ao campo H aplicado.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
 O comportamento da histerese e da magnetização pode ser explicado pelo
movimento das paredes dos domínios.
 Quando um campo é aplicado, os domínios mudam de forma e tamanho. No
ponto de saturação, a amostra do material se torna um único domínio.
 Quando o campo H é invertido, inicialmente o único domínio é invertido.
Depois são formados domínios magnéticos na direção do novo campo.
 Entretanto, existe uma resistência ao movimento por parte das paredes dos
domínios que ocorre em resposta ao aumento do campo H aplicado na
direção oposta.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
É possível obter outros ciclos de histerese sem que necessariamente o material
atinja a saturação.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Materiais magnéticos moles
A área do ciclo de histerese representa uma perda de energia por unidade de
volume do material por ciclo de magnetização-desmagnetização. Essa perda de
energia é refletida em calor que é gerado no interior da amostra magnética.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
 Os materiais magnéticos moles são usados em dispositivos que estão
sujeitos a campos alternados e nos quais as perdas de energia devem ser
baixas.
 Utilizado em núcleos de transformadores.
 Material que possui uma elevada permeabilidade inicial, além de uma baixa
coercividade.
 Consegue atingir sua magnetização de saturação com um campo
relativamente baixo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Materiais magnéticos duros
São usados em ímãs permanentes que devem possuir uma alta resistência à
desmagnetização.