Magnetismo da Matéria

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Cap. 32 Magnetismo da Matéria
32.1 IMÃS
	- Naturais (magnetita) e artificiais (produzidos pelo homem)
	- Pedras-imãs
	- Gregos e Chineses Antigos  Brincadeira  Bússola,
	- Muitas aplicações (simples, música, eletrônica, informática...)
	- Limalhas de Ferro + Imã  Linhas de Campo Magnético,
	- Extremidades  Linhas + Concentradas  Campo + Intenso,
	- Fonte de Linhas (Campo Divergente)  Pólo Norte,
	- Sumidouro de Linhas (Campo Convergente)  Pólo Sul,
	- Dipolo Magnético,
	- Monopolo Magnético ??
“As propriedades magnéticas dos materiais podem ser explicadas pelo que ocorre em seus átomos”
A estrutura magnética mais simples que pode existir é um dipolo magnético. Não existe monopolo magnético (não foi observado).
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“A Lei de Gauss para Campos Magnéticos é uma maneira formal de se dizer que Monopolo Magnético Não Existe”
“O Fluxo Magnético Resultante B através de qualquer superfície gaussiana fechada é nulo”
32.2 O MAGNETISMO DA TERRA
 A Terra é um enorme imã,
- B sobre ba Terra varia com o tempo,
- 1 x 106 anos a Polaridade Inverteu (???)
- Momento Magnético  e o Eixo de Rotação  11,5o,
- Magnetômetros  Medir B e a orientação dele (ângulos),
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32.4 MAGNETISMO E ELÉTRONS
Materiais Magnéticos, de imãs naturais aos mais poderosos imãs artificiais, são magnéticos por causa dos elétrons no seu interior.
Vimos que:
 - Elétrons em movimento (corrente) num fio  Campo Magnético B,
2 outras maneiras de Produzir Campo Magnético: 
 - Associadas ao movimento de cargas elétricas,
 - Cada uma tem um Momento de Dipolo Magnético  associado.
 Explicação exige conhecimentos de Física Quântica, vamos ver somente os principais resultados sem detalhes
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A) Momento de Dipolo Magnético de Spin:
- Imagine o Elétron como uma ESFERA microscópica, 
 Spin  Girar ao redor de um eixo Como Pião 
(Não é uma esfera e não giram assim)
Em Física I (mecânica): 
Quantidade de Movimento: Linear  p = mv e Angular  L = r x p
 O Elétron possui uma Quantidade de Movimento Angular Intrínseca,
 Chamada de Quantid. de Movim. Angular de Spin (ou Spin)  S,
 Associado a S  Momento de Dipolo Magnét. de Spin intrínseco s,
 Intrínseco  Características básicas de um elétron (como m e q), 
 Prótons e Nêutrons também possuem S e 
 Relação entre S e s:
S é diferente do QMA clássico L:
 Medido em 1 direção,
 Quantizado
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Supondo que medimos a componente z do Spin  Sz:
Ela é quantizada  Restrita a 2 valores,
 ms é o Número Quântico Magnético de Spin,
 h é a Constante de Planck (6.63 x 10-34 J.s) Onipresente na F.Quântica
 + ½  Spin Up (para cima) e o – ½  Spin Down (para baixo). 
Reescrevendo a equação que relaciona S e  teremos: 
Momentos de Dipolo Magnéticos de Spin de elétrons e de outras partículas elementares podem ser expressos em termos de B.
(Energia Potencial U para  orientado por B externo)
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B) Momento de Dipolo Magnético de Orbital
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 Elétron num átomo  Possui Quant. de Movim. Angular adicional,
 Chamada Quantidade de Movimento Angular Orbital  Lorb
 Associada a ela há um Momento de Dipolo Magnético Orbital orb,
 Também relacionados por:
Também  só pode ser medido em 1 direção
	  Lorb é quantizado
(ml é chamado número quântico magnético orbital)
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1) MODELO DE ESPIRA PARA ÓRBITAS DE ELÉTRONS
(Dedução Clássica do momento de dipolo magnético orbital)
- Suposição  Elétron se move trajetória circular
- Raio órbita >> raio atômico (Modelo da Espira)  Aproximação Clássica
- Elétron no interior do átomo  Física Quântica
- Move com velocidade escalar v, circulo de raio r, sentido anti-horário,
- Carga elétrica em movimento  Corrente Elétrica i 
- Para uma espira (N = 1) temos:
(Intensidade)
(Momento de dipolo Magnético Orbital de uma espira de corrente.)
(Espira)
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2) MODELO DE ESPIRA EM UM CAMPO NÃO-UNIFORME
- Considere Órbita do Elétron como uma espira de Corrente,
- Num Bext Não Uniforme (Próximo ao pólo de um imã é divergente),
- Se o Bext é Não Uniforme  Aparecem Forças (Resultantes)
- Bext em toda a trajetória  Mesma Intensidade e ângulo com eixo z
- Suposição Todos elétrons no átomo giram no mesmo sentido.
- A corrente num dL, dentro de um campo B  ação de uma FORÇA.
(Esta força resultante vai definir o comportamento dos materiais magnéticos em um BNU)
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32.5 MATERIAIS MAGNÉTICOS
 Cada elétron num átomo tem: s e orb  Se combinam Vetorialmente
 Os result de cada elétron se combinam  Dando um result do Átomo,
 Os result de cada átomo se combinam  Dando um result do Material.
 Se essas combinações produz um Bresult  O Material é Magnético,
 Três tipos gerais de Magnetismo:
Diamagnetismo:
Todos materiais comuns,
Bresultante Muito fraco (não perceptível junto dos outros dois tipos),
Produz um fraco result sob um Bext,
Os 2 desaparecem quando retiramos o Bext,
Perto dos outros dois tipos não aparece 
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2) Paramagnetismo:
Materiais com elementos de transição, terras raras e actinídeos,
Cada átomo desse tipo tem possui um result permanente,
Eles estão orientados ao acaso  O material não apresenta um BR
Um Bext alinha parcialmente esses result  B resultante (Material)
O alinhamento e o seu B desaparecem sem o Bext.
3) Ferromagnetismo:
 Ferro, Cobalto, Níquel, Gadolínio, Disprósio e ligas,
 Alguns elétrons possuem result alinhados  Regiões c/forte ,
 Bext alinha os   Forte Bresult para o Material,
 B persiste parcialmente quando Bext é retirado.
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Um material diamagnético colocado em um campo magnético externo Bext desenvolve um momento de dipolo magnético dirigido no sentido contrário ao de Bext. Se o campo for não-uniforme, o material diamagnético é repelido de uma região de maior campo magnético em direção a uma região de menor campo. 
Um material paramagético colocado em um campo magnético externo Bext desenvolve um momento de dipolo magnético no sentido de Bext . Se o campo for não-uniforme, o material paramagnético é atraído na direção da região com maior campo magnético.
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Um material ferromagnético colocado em um campo magnético externo Bext desenvolve um forte momento de dipolo magnético na direção de Bext . Se o campo for não-uniforme, o material ferromagnético é atraído de uma região de campo magnético menor em direção a uma região de campo magnético maior. 
Efeito Quântico (Acoplamento de Trocas)  Ferromagnetismo.
No acoplamento de trocas os spins dos elétrons de um átomo interagem com os dos átomos vizinho, resultado no alinhamento dos  dos átomos.
Temperatura de Curie  passa para paramagnético,
Domínios Magnéticos: regiões do cristal nas quais os alinhamentos dos dipolos atômicos é essencialmente perfeito