Propriedades Magnéticas

FACULDADE SUDOESTE PAULISTA
Ciência e Tecnologia de Materiais
Prof. Msc. Patrícia Correa
Propriedades Magnéticas em
Materiais
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
Campos magnéticos Terrestre e da
Bússola
Orientação do campo
O que é um material magnético? O que ele possui que o torna tão
diferentes dos demais materiais?
Parede
de
Block
Domínios Magnéticos
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.
Para esses materiais, μr < 1 e
Xm < 0 (da ordem de –10-5).
B no interior do material é < B0.
São substâncias diamagnéticas: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.
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.
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
São substâncias ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o níquel e as
ligas que são formadas por essas substâncias
Propriedades Magnéticas dos
Materiais
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
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
HISTERESE MAGNÉTICA
A histerese é a tendência de um material ou sistema de conservar suas
propriedades na ausência de um estímulo que as gerou.
Coercividade 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).
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.