RELATORIO MATERIAIS MAGNETICOS nota 100

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA elétrica
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS
ESTUDO DOS MATERIAIS MAGNÉTICOS
 
ALUNO EDUARDO MORAES
PROFESSORA ELIANE SILVA CUSTÓDIO
BAGÉ - RS
2021
SUMÁRIO
1	INTRODUCAO	3
1.1	A HISTÓRIA DO MAGNETISMO	3
2	COMPORTAMENTO MAGNÉTICO	3
3	TIPOS DE MATERIAIS MAGNÉTICOS	6
3.1 MATERIAIS DIAMAGNÉTICOS................................................................................................................7
3.2 MATERIAIS PARAMAGNÉTICOS	7
3.3 MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS	8
3.4 MATERIAIS ANTIFERROMAGNÉTICOS	9
3.5 MATERIAIS FERRIMAGNÉTICOS	9
4	aplicação dos magnéticos na tecnologia atual	10
5	conclusão	11
6	referências bibliográficas	11
1. INTRODUÇÃO 
Magnetismo é a parte da Física que estuda os materiais magnéticos, ou seja, que estuda materiais capazes de atrair ou repelir outros que ocorre com materiais eletricamente carregados. 
Todas as substâncias sejam elas sólidas, líquidas ou gasosas mostram alguma característica magnética, em todas as temperaturas. Dessa forma, o magnetismo é uma propriedade básica de qualquer material.
Neste campo de estudo, muito se faz presente 2 análises das propriedades magnéticas dos materiais, já que estão presentes em várias substâncias, e elas se subdividem em: Ferromagnética, Paramagnética e Diamagnética. Para classificar as substâncias, é necessário conceito que as definem, tais como a forma que reage cada substância na presença de um Campo Magnético, análise da curva de histerese, do Ponto de Curie bem como a Permeabilidade magnética. Este artigo, então tem como objetivo o estudo das propriedades magnéticas dos materiais como um todo, abrangendo, desde as partes mais básicas da Física até os efeitos em que o Magnetismo causa aos materiais e como eles são classificados.
1.1 A HISTÓRIA DO MAGNETISMO 
 De acordo com (TALES DE MILETO, 624 a.c. – 558 a.c., filosofo, matemático e astrônomo grego), “de maneira simplificada, pode-se dizer que Magnetismo é um fenômeno pelo qual os materiais exercem forças (de atração e de repulsão) uns sobre os outros. Esta definição, embora útil e pratica, apresenta algumas limitações. Por exemplo, o estado magnético de um material não é constante e pode ser alterado de diversas maneiras.” O fato de os materiais se atraírem ou se repelirem não significa que, de fato, sejam magnéticos, haja vista que podem ser, por exemplo, eletrostáticos. 
 Segundo o que explica (L. C. PINHO, 2009), “alguns materiais são inerentemente magnéticos, isto é, podem gerar um campo magnético sem a presença de uma corrente elétrica macroscópica”. A propriedade magnética dos materiais tem sua origem na estrutura eletrônica dos átomos, e a associação do elétron que explica a origem dos momentos magnéticos: o momento angular orbital do elétron, e o momento angular do “spin” do elétron, conforme demonstrado na Imagem 1 a seguir:
Figura 1 – Origem dos momentos magnéticos 
A) Momento magnético orbital; 
B) Momento magnético de spin; 
Fonte: Adaptado de A.F. PADILHA. 2000.
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. 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.
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.
O ápice do estudo do magnetismo surgiu séculos depois quando se notou as semelhanças entre os fenômenos de repulsão e atração apresentadas entre cargas elétricas e imãs. Investigando este fato em 1820, Hans-Christian Oersted, descobriu uma conexão entre a eletricidade e o magnetismo acidentalmente. Ele demonstrou que o comportamento da agulha de uma bússola era influenciado se estivesse próxima a um fio que estivesse passando corrente elétrica. Logo mais, André-Marie Ampère mostrou que uma bobina enrolada com fio é equivalente a um ímã e isto foi crucial para Michael Faraday descobrir sobre a indução eletromagnética anos depois.
Cabe ressaltar que ambos também contribuíram matematicamente para o desenvolvimento da teoria do eletromagnetismo.
Seguindo esta linha do tempo, posteriormente em 1864, o físico e matemático James Clerk Maxwell unificou toda a teoria que havia sido desenvolvida anteriormente por Gauss, Ampère e Faraday para a eletricidade e magnetismo. Particularmente Maxwell ficou famoso por isto, e ate hoje as quatro principais equações do eletromagnetismo recebem seu nome:
Apesar de todas estas contribuições ao longo da história, hoje ainda existem diversos materiais cujas propriedades físicas não são bem compreendidas. Estas propriedades estão associadas aos materiais antiferromagnéticos (que apresentam anti-alinhamento de seus polos1 magnéticos) e ferromagnéticos (que apresentam alinhamento de seus polos magnéticos), como ilustra a Fig. (2).
Figura 2 - Configuração dos momentos magnéticos de um material
Na tentativa de explicar o fenômeno do (anti-) ferromagnetismo, Pierre Weiss (século XX), propôs uma teoria conhecida como teoria do campo molecular. Em sua teoria, ele considerou a existência de um campo interno, pertencente ao próprio material, que favorecia o alinhamento paralelo (ou anti-alinhamento) dos momentos magnéticos encontrado nos materiais. Além disso, por meio de sua teoria, ele também explicou a ocorrência da mudança de fase de um material quando atingisse uma temperatura crítica, ponto onde o fenômeno de antiferromagnetismo deixaria de existir. Por meio da teoria de Weiss, Werner Heisenberg, em 1929, estudou estes dois fenômenos e analisou suas interações por meio de considerações quânticas. Em seu argumento, levou em conta o princípio de Pauli e o spin do elétron. Com isso, propôs que as interações nestes materiais podem ser descritas pelo Hamiltoniano
 
onde nesta equação ele afirmou que as interações devem ocorrer somente entre os primeiros vizinhos, e que J determina o tipo de material estudado. Isto é, quando J < 0 trata-se de um sistema antiferromagnético e quando J > 0, ferromagnético. De forma geral, a diferença sistemática representada por este termo, caracteriza o alinhamento dos spins encontrado em cada tipo de sistema. 
A tentativa de explicar materiais antiferromagnéticos veio de Louis Néel. De maneira análoga a Weiss, Néel estudou o antiferromagnetismo e as suas transições de fase associadas. Ele afirmou que, semelhantemente aos materiais ferromagnéticos, o antiferromagnetismo era desfeito após ser aquecido até certa temperatura. Em sua homenagem, esta temperatura recebeu seu nome: temperatura de Néel. 
Mesmo de longa data, o magnetismo teve muita importância num âmbito social: os primeiros ímãs criados, a bússola desenvolvida para navegação são as primeiras marcas disto. No entanto, até os dias de hoje o fenômeno de magnetismo apresenta grande destaque. Devido a isto, muitas teorias sobre esta área da física têm se desenvolvido. Mas antes de continuar e prosseguir para as teorias, na seção a seguir, abordarei uma das mais atuais aplicações deste tipo de material: o armazenamento de informação.
2 Comportamento Magnético 
 Existem diferentes comportamentos dos materiais na presença de um Campo Magnético externo, e segundo esses comportamentos os materiais magnéticos podem ser classificados conforme figura a seguir:
 
 
Figura 3.
Os Diamagnéticos se dividem em Supercondutores ou Não Supercondutores. Na verdade, supercondutores se encaixam na categoria de materiais condutores, mas em decorrência da supercondutividade, apresentam o efeito de Diamagnetismomais elevado observado até hoje.
Por sua vez, os Paramagnéticos se subdividem em Ferromagnéticos, Ferrimagnéticos e Antiferromagnéticos.
3 Tipos de Materiais Magnéticos
3.1 Materiais Diamagnéticos
Materiais diamagnéticos possuem susceptilidade magnética negativa que independe da temperatura. Isto significa que campos magnéticos produzem uma força de repulsão nesses materiais. 
Os gases nobres, os não-metais, exceto o oxigênio e os metais da coluna 11 da tabela periódica, exceto o Alumínio, possuem propriedades Diamagnéticas. A maioria dos materiais Diamagnéticos possui valores muito pequenos de suscetibilidade magnética, o que dificulta a medição, mas existem exceções tais como o Antimônio, Bismuto, Gálio Grafite e Tálio.
3.2 Materiais Paramagnéticos
Materiais Paramagnéticos possuem suscetibilidade positiva, mas também com valores pequenos. A maioria dos gases da tabela periódica, os metais alcalinos e os ferromagnéticos, quando submetidos a temperaturas superiores a Temperatura de Curie, possuem comportamento paramagnético. Além disso, vários sais de metais de transição também apresentam propriedades paramagnéticas.
3.3 Materiais Ferromagnéticos
São assim definidos os materiais que são fortemente atraídos por um imã exemplo: ferro, cobalto e quase todos os tipos de aço. São ideais para inspeção por partículas magnéticas.
Os materiais ferromagnéticos caracterizam-se por uma magnetização espontânea, que é totalmente independente de campos magnéticos externos. A grandeza dessa magnetização depende da temperatura que, quando crítica (Temperatura de Curie - variável para cada material) o material passa de ferromagnético para diamagnético. Já, nos outros dois grupos de materiais, essa magnetização se manifesta somente na presença do campo externo.
Os materiais ou substâncias ferromagnéticas compreendem um pequeno grupo de substâncias encontradas na natureza, que ao serem colocadas na presença de um campo magnético se imantam fortemente, e o campo magnético delas é muitas vezes maior que o campo que foi
aplicado.
O ferro, o níquel, o cobalto e as ligas que são formadas por esses elementos químicos formam o grupo dos materiais ferromagnéticos. A propriedade de serem facilmente imantados é
aproveitada na obtenção de campos magnéticos de valores elevados como, por exemplo, no
interior das bobinas é muito comum colocar um ferro com o intuito de aumentar a intensidade do campo magnético.
Com a imantação desse pedaço de ferro, o campo magnético resultante fica mais intenso que o campo criado pela corrente eléctrica que passa pela bobina. Dessa forma, o conjunto bobina + ferro passa a se constituir um eletroímã muito forte. Os electroímanes são largamente
aplicados como, por exemplo, nos guindastes que transportam cargas muito pesadas e nos aparelhos de telefone. 
3.4 Materiais Antiferromagnéticos
Os materiais antiferromagnéticos, segundo o que descreve (PADILHA, 2000), “é o ordenamento magnético de todos os momentos magnéticos na mesma direção, mas em sentido inverso vários compostos de metais de transição apresentam comportamento antiferromagnético: 𝐶𝑜𝑜, 𝑁𝑖𝑂, 𝑀𝑛𝑆, 𝑀𝑛𝑆𝑒, 𝐶𝑟2𝑂3, 𝐶𝑢𝐶12.”. O autor destaca que representam temperatura critica chamada de temperatura de Néel e suas susceptibilidades magnética são da mesma ordem dos paramagnéticos. 
A temperatura de Néel é a temperatura acima da qual desaparece o efeito antiferromagnético dos materiais, passando estes a comportar-se como materiais paramagnéticos. É uma propriedade especifica de cada material. A temperatura de Néel é análoga a temperatura de Curie dos materiais ferromagnéticos. 
O aumento da temperatura implica em aumento da agitação dos átomos. Para os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, segundo (PADILHA, 2000) os movimentos dessa natureza causam um desalinhamento independente de campo externo. Isso resulta numa diminuição de magnetização de saturação para ambos os materiais. Quando a Temperatura de Curie (TC), cai para zero, os acoplamentos de spins são totalmente destruídos e o material passa a ser apenas paramagnético. 
Os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, na temperatura de Curie, são compostos por regiões de pequeno volume, que causa alinhamento mutuo dos dipolos. Estas regiões são chamadas de domínios, e estes são separados por contornos onde a direção varia gradualmente. Em uma peça macroscópica, segundo (PADILHA, 2000), haverá um grande número de domínios e eles poderão ter orientações distintas. Com o aumento de H, B começa variando lentamente, depois varia mais rapidamente, até o nivelamento, em que se torna independente de H. 
Esse valor máximo é a densidade de fluxo de saturação (Bs), e a magnetização correspondente é a já mencionada magnetização de saturação Ms. À medida que um campo H é aplicado, os domínios mudam de forma e tamanho, mediante o movimento dos contornos de domínio.
3.5 Materiais Ferrimagnéticos
O ferrimagnetismo é um fenómeno físico no que se produz o ordenamento magnético de todos os momentos magnéticos de maneira que certos momentos de uma amostra estão alinhados na mesma direção ou sentido. Alguns deles estão opostos e se anulam entre si, no entanto, estes momentos que se anulam estão distribuídos aleatoriamente e não conseguem anular por completo a magnetização espontânea.
Também apresenta, como o ferromagnetismo, magnetizações de saturação, ainda que não sejam em valores tão altos. Outra similaridade é que acima da temperatura de Curie se perde o ferrimagnetismo e o material passa a ser paramagnético.
As características macroscópicas do ferromagnetismo e do ferrimagnetismo são similares as diferenças encontram-se na origem do momento magnético.
4 Aplicação dos Materiais Magnéticos na Tecnologia atual
Nas aplicações tradicionais, como em motores, geradores e transformadores, os materiais magnéticos são utilizados em três categorias principais: como ímãs permanentes – que têm a propriedade de criar um campo magnético constante – e como materiais magnéticos doces (ou permeáveis), que são magnetizados e desmagnetizados com facilidade e produzem um campo magnético muito maior ao que seria criado apenas por uma corrente enrolada na forma de espira.
Sobre a terceira grande categoria de aplicação, a chamada gravação magnética, vale a pena se estender um pouco mais, pois ela adquiriu grande importância nas últimas décadas. Essa aplicação é baseada na propriedade que o cabeçote de gravação tem de gerar um campo magnético em resposta a uma corrente elétrica. Com esse campo, é possível alterar o estado de magnetização de um meio magnético próximo, o que possibilita armazenar nele a informação contida no sinal elétrico. 
A recuperação (ou a leitura) da informação gravada é realizada pelo processo inverso, denominado indução. Ou seja, a mídia magnetizada e em movimento sobre o cabeçote de leitura induz nele uma corrente elétrica. Hoje, além do fenômeno de indução, também são utilizados novos materiais estruturados artificialmente, formados por multicamadas magnéticas conhecidas como ‘válvulas de spin ‘. A gravação magnética é essencial para o funcionamento de gravadores de som e de vídeo, bem como de inúmeros equipamentos acionados por cartões magnéticos, como os caixas eletrônicos de banco. Podemos destacar também, discos rígidos de computadores, ímãs de geladeiras, televisores e ultimamente tecnologias voltadas a energia fotovoltaica.
5 Conclusões
A realização deste relatório teve por objetivo principal a compreensão dos materiais magnéticos e suas aplicações, através da abordagem de vários conceitos do magnetismo, conhecidos na natureza.
 Buscou-se ampliar o entendimento de diversos fenômenos magnéticos, objeto de estudo ao qual se aplica o magnetismo, que em seu campo de pesquisa, inclui o estudo das propriedades magnéticas dos materiais, interações entre cargas em movimento, e a explicação da origem dessas interações: na estrutura dos átomos, que se comportam como dipolos magnéticos. 
O artigo versou sobre a influência que um campo magnético externo pode ter em diversostipos de materiais, e como essas propriedades influenciam o processo produtivo tecnológico, e ainda como podem ser utilizadas na indústria, tal como na fabricação de equipamentos eletrônicos. Entendeu-se a importância do estudo das propriedades magnéticas dos materiais que é uma das bases das pesquisas em ciências dos materiais, ligas metálicas, suas utilizações, e a contribuição dessa área para o desenvolvimento de equipamentos com cada vez mais eficiência energética.
6 Referências Bibliográficas
Internet
e-fisica USP. Disponível em: http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ campo_magnetico/histerese/> . Acessado em 23 de novembro de 2021.
HAYT, W. H. Eletromagnetismo. São Paulo: Editora Bookman, 2013.
PADILHA, A. F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. Curitiba: Editora Hemus, 2000.
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