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Lista Propriedades Magnéticas 1.Defina material ferromagnético, ferrimagnético, antiferrimagnético, diamagnético e paramagnético. As definições deverão conter as palavras: íons, acoplados (ou acoplamento), domínios, interação, alinhados (alinhamento), susceptibilidade. Ferromagnéticos: são materiais que exibem momento magnético permanente, pois o balanço global vetorial do momento magnético total não é nulo. Esses materiais apresentam um acoplamento de interações no qual os momentos resultantes de átomos adjacentes se alinham uns com os outros, mesmo sem a presença de um campo externo. Esse alinhamento mútuo de spins existe ao longo de regiões do volume do cristal relativamente grandes, chamados de domínios. A susceptibilidade é alta e positiva. Exemplos: Metais de transição do ferro (como ferrita alfa CCC), cobalto, níquel e algumas terras-raras. Ferrimagnético: Exibe magnetização permanente, pois o momento ferrimagnético resultante tem sua origem no cancelamento incompleto dos momentos de spin. Existem interações de acoplamento de spins antiparalelos entre os íons de ferro, semelhantes em natureza ao antiferromagnetismo. Também apresentam domínios. Susceptibilidade alta e positiva. Exemplo: Magnetitas, granadas e peroviskitas. Antiferrimagnéticos: Esse fenômeno de acoplamento do momento magnético ocorre naqueles materiais que não são ferromagnéticos. Esse acoplamento resulta em um alinhamento antiparalelo, o alinhamento dos momentos de spin de átomos ou íons em direções exatamente opostas é chamado de antiferromagnetismo. O balanço global vetorial do momento magnético total é nulo. Susceptibilidade negativa. Exemplo: óxido de manganês (MnO). Diamagnéticos: É uma forma muito franca de magnetismo que não é permanente, ou seja, persiste apenas quando o campo magnético externo está sendo aplicado (na ausência de campo não existem dipolos magnéticos). O momento magnético induzido é muito pequeno e tem direção oposta ao campo magnético aplicado, dessa forma a susceptibilidade é negativa. O diamagnetismo pode ser observado em todos os materiais, porém só é perceptível quando outros tipos de magnetismo estão totalmente ausentes. Exemplos: óxido de alumínio, cobre, ouro, mercúrio, prata, silício, cloreto de sódio, zinco. Paramagnéticos: Possui um momento dipolo permanente em virtude no cancelamento incompleto dos momentos magnéticos dos spins. Na ausência de campo externo, as orientações desses momentos magnéticos são aleatórias. O paramagnetismo resulta, no alinhamento preferencial por rotação, na presença do campo magnético. Susceptibilidade positiva. Exemplos: Alumínio, cromo, cloreto de cromo, sódio, titânio, zircônio. 2.Defina magnetostrição. Deformação de estruturas cristalinas devido à aplicação de campos magnéticos, observada em mono e policristais ferromagnéticos, causando a vibração dos núcleos ferromagnéticos. É um efeito pequeno e de difícil mensuração. 3. Qual a diferença entre permeabilidade magnética e susceptibilidade magnética? Permeabilidade magnética: Mensura o campo magnético no interior de um material- devido ao campo magnetizante. Susceptibilidade magnética: é a grandeza que caracteriza um material magnético segundo sua resposta a um campo magnético aplicado, que pode ser estática ou dinâmica. Muitas vezes os materiais possuem uma resposta não linear. 4.Como é a dependência da magnetização com: A) Composição Química. Está diretamente associada à distribuição eletrônica, e à interação entre os dipolos, definindo se o material apresentará magnetização ou não e de qual tipo. B) O tamanho de grão e porosidade. O tamanho de grão e a porosidade se comportam como obstáculos à orientação ou reorientação dos dipolos, dificultando a magnetização ou desmagnetização dos materiais. 5.Apresente o comportamento da susceptibilidade magnética ( M) em função da temperatura para: A) Ferromagnéticos ; B) Antiferromagnéticos ; C) Diamagnéticos: linear, não varia com a temperatura. D) Paramagnéticos; 7.Por que a Lei de Lenz, ao contrário do efeito Meissner, não pode explicar o fenômeno da supercondutividade? Porque de acordo com a Lei de Lenz, quando há uma mudança no campo magnético aplicado ao condutor, há a criação de uma corrente elétrica no condutor que se opõe ao campo magnético. No fenômeno da supercondutividade, o que se observa é que acontece a expulsão espontânea e abrupta do campo magnético, e não a criação de uma corrente que se opõe ao campo. 8.Defina a Lei de Curie Weiss explicando como ela define as características magnéticas de um material. Weiss postulou a existência de um campo interno proporcional à magnetização, isto é, a interação de cada momento magnético atômico com todos os outros vizinhos é substituída por um campo médio de origem molecular, adicionado ao campo externo aplicado. O que permite a substituição de um campo externo por esse campo total, a temperaturas altas. 9.O que é o efeito da supercondutividade? É um fenômeno elétrico com implicações magnéticas no qual a resistividade em uma temperatura suficientemente baixa cai bruscamente de um valor finito a um valor virtualmente igual a zero. Este fenômeno resulta das interações entre pares de elétrons condutores acoplados. Tal como na ferroeletricidade, também no magnetismo existe uma temperatura característica (temperatura de Curie, Tc) abaixo da qual existe magnetização espontânea. Acima de Tc, a susceptibilidade magnética varia de acordo com a lei de Curie-Weiss. 10.Quais são as principais estruturas cristalinas das ferrites. Cite 1 exemplo (apresentando a composição) para cada tipo de estrutura citada. Espinélio: As ferritas do tipo espinélio possuem estrutura cúbica de fórmula geral AB2O4, onde A são cátions divalentes localizados em sítios tetraédricos e B é o cátion de Fe3+ localizado em sítios octaédricos. As estruturas do tipo espinélio caracterizam-se pelo empacotamento de íons oxigênio em um arranjo cúbico de face centrada, e se cristalizam com 8 átomos em cada célula unitária com os íons metálicos, A e B, correspondendo a 2 tipos de coordenação: Coordenação octaédrica: o íon metálico (Fe3+) está localizado no centro de um octaedro cujos vértices contêm átomos de oxigênio; Coordenação tetraédrica: o íon metálico (A2+) está localizado no centro de um tetraedro cujos vértices contêm átomos de oxigênio De acordo com a ocupação desses sítios A e Fe3+ a estrutura do tipo espinélio pode ser classificada como normal ou inversa: Na estrutura normal: 8 sítios tetraédricos são ocupados por íons Fe2+ e os 16 sítios octaédricos são ocupados por íons Fe3+ Na estrutura inversa: 8 sítios tetraédricos são ocupados por íons Fe3+ e os 16 sítios octaédricos são igualmente ocupados por íons Fe2+e Fe3+ Exemplo: A magnetita é o material ferrimagnético mais importante da natureza e está presente em rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, sua formula química é o Fe304 sendo dois ions de Fe3+ e um íon de Fe2+. A magnetita apresenta uma estrutura espinélio inversa formando uma rede cubica de face centrada. Garnet: Granadas (garnets): As ferritas do tipo granada ou garnet possuem estrutura cúbica de fórmula geral M3Fe5O12, onde M representa íons como ítrio (Y), Európio (Eu) ou Samário (Sm) 11.Desenhe uma histerese magnética e no gráfico, aponte os parâmetros: Br, Bs, Bm, max , max e Hc. Proponha valores numéricos para Br, Bs, Bm e Hc de forma que vc cosiga calcular max e o produto energia (BH)máx. Bs Fluxo de linhas de campo de saturacao (acho que estão invertidos Bm com Bs) Bm Fluxo de linhas decampo maximo 12.A temperatura de Curie representa uma importante característica na aplicação de um material magnético. Explique sua importância. A temperatura de Curie (Tc) define o intervalo de temperatura em que materiais magnéticos podem ser aplicados em sistemas sensoriados. Abaixo de Tc, um material dito ferromagnético apresenta orientação de domínios magnéticos cujo efeito cooperativo entre estes, quando alinhados caracterizam a resposta do material a um magneto. Acima de Tc , este efeito cooperativo é perdido em função do desalinhamento dos dipolos magnéticos e o material passa a ter características paramagnéticas. 11- Como você explica o fato de determinadas fases cerâmicas apresentarem propriedades magnéticas? Cite exemplos destas fases As propriedades magnéticas de determinadas cerâmicas se explicam pela presença de domínios magnéticos, como os átomos ferromagnéticos adjacentes que se alinham mutuamente, de forma a terem suas orientações numa mesma direção, um cristal ou grão contém domínios magnéticos: NiFe2O3 e BaFe12O19. 12- Existe alguma relação entre propriedade mecânica e magnética de um metal? Afirmativa ou negativa, sua resposta deverá ser justificada. Existe, materiais metálicos que são mecanicamente duros também são magneticamente duros, sendo o oposto também validado. As tensões residuais de um material endurecido evitam a redistribuição ao acaso dos domínios. 13- No reparo de uma bobina elétrica, o técnico alterou o material do núcleo. Ele trocou o aço monofásico e recozido lentamente por um aço temperado contendo fases dispersas de cementita. Critique a alteração apresentando justificativas. O material do núcleo deve ser magneticamente mole para produzir menor fluxo residual. Desse modo a alateração feita pelo técnico foi ruim, pois substituiu um material magneticamente mole por um duro. 14. Qual analogia que pode ser feita entre propriedades mecânicas e ferromagnéticas de material. Existe, materiais metálicos que são mecânicamente duros tambem são magneticamente duros, sendo o oposto também validado. As tensões residuais de um material endurecido evitam a redistribuição ao acaso dos domínios. 15.Desenhe duas histereses e comparando-as, identifique qual é a mais apropriada para ser utilizada como núcleo de um transformador elétrico. Resposta: A histerese maior representa um material magnético duro enquanto a menor representa um material magnético mole. Esta característica decorre da observação que a histerese menor apresenta menor campo coercitivo, menor área interna o que a classifica como melhor material para ser utilizado em um transformador uma vez que este trabalha em campos alternados e a menor perda energética torna-o mais eficiente e mais adequado para tal aplicação. 16.Existe alguma analogia que se possa fazer entre as histereses elétrica e magnética? 17.Como você explica o fato de determinadas fases cerâmicas apresentarem propriedades magnéticas? Resposta: As propriedades magnéticas de determinadas cerâmicas se explicam pela presença de domínios magnéticos, como os átomos ferromagnéticos adjacentes que se alinham mutuamente, de forma a terem suas orientações numa mesma direção, um cristal ou grão contém domínios magnéticos: NiFe2O3 e BaFe12O19. 18.Defina: a) Diamagnetismo b) Ferromagnetismo c) Ferrimagnetismo d) Antiferrimagnetismo Resposta: a) Diamagnetismo: De uma maneira geral, em um elemento, o número de elétrons que tem um certo "spin"é igual ao número de elétrons que tem o "spin" oposto e o efeito global é uma estrutura magneticamente insensível. Neste caso dizemos que o material é diamagnético. b) Ferromagnetismo- Mesmo em ausência de campo magnético externo, o material manifesta uma grande e permanente magnetização. Esta propriedade é susceptível a variações de temperatura e temos como ex. o Ni, Co. c) Ferrimagnetismo- È uma resposta magnética em função de um balanço vetorial do momento dipolar. d) Antiferrimagnetismo- È uma resposta magnética nula em função de um balanço vetorial do momento dipolar ser igual a zero. 19.O conhecimento da temperatura de Curie de um material magnético define a sua aplicação. Por quê? Obs.: Sua resposta necessariamente deve apresentar a definição do parâmetro questionado. Resposta: A temperatura de Curie (Tc) define o intervalo de temperatura em que materiais magnéticos podem ser aplicados em sistemas sensoriados. Abaixo de Tc, um material dito ferromagnético apresenta orientação de domínios magnéticos cujo efeito cooperativo entre estes, quando alinhados caracterizam a resposta do material a um magneto. Acima de Tc , este efeito cooperativo é perdido em função do desalinhamento dos dipolos magnéticos e o material passa a ter características paramagnéticas. 20. A temperatura de Curie caracteriza uma importante propriedade na aplicação de materiais magnéticos. Explique sua importância apresentando as características deste material abaixo e acima desta temperatura. Resposta: 2-A temperatura de Curie (Tc) define o intervalo de temperatura em que materiais magnéticos podem ser aplicados em sistemas sensoriados. Abaixo de Tc, um material dito ferromagnético apresenta orientação de domínios magnéticos cujo efeito cooperativo entre estes, quando alinhados caracterizam a resposta do material a um magneto. Acima de Tc , este efeito cooperativo é perdido em função do desalinhamento dos dipolos magnéticos e o material passa a ter características paramagnéticas. 21.Um material ferrimagnético pode ter suas propriedades magnéticas alteradas com o aumento da temperatura. Descreva o que ocorre com este material à medida que a temperatura aumenta a partir da temperatura ambiente até a temperatura de Curie. A resposta deve contemplar a definição de material ferrimagnético bem como relacionar conceitos de polarização de saturação e de domínios ferromagnéticos. Resposta: 2-A temperatura de Curie (Tc) define o intervalo de temperatura em que materiais magnéticos podem ser aplicados em sistemas sensoriados. Abaixo de Tc, um material dito ferromagnético apresenta orientação de domínios magnéticos cujo efeito cooperativo entre estes, quando alinhados caracterizam a resposta do material a um magneto. Acima de Tc , este efeito cooperativo é perdido em função do desalinhamento dos dipolos magnéticos diminuindo a Polarização de saturação até zero e o material passa a ter características paramagnéticas.
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