propriedades magnéticas
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8 -PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
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PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
\u2022 A maioria dos elementos e materiais não 
exibe propriedades magnéticas.
\u2022 Materiais que exibem propriedades 
magnéticas:
Ferro, Níquel, Cobalto, Gadolínio, algumas 
ligas (SmCo5, Nd2Fe14B, ...)
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Propriedades Magnéticas dos Materiais
Os \u201cmateriais magnéticos\u201d são utilizados em inúmeras aplicações:
\u2022 motores elétricos,
\u2022 geradores
\u2022 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.)
Iremos tentar perceber um
pouco da física do comportamento
magnético de materiais.
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O movimento de uma carga eléctrica 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
em que \u3bco é a permeabilidade magnética no vácuo
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PERMEABILIDADE MAGNÉTICA
\u2022 Permeabilidade Magnética (µµµµ)-
está relacionada com a intensidade 
de magnetização. 
\u2022 A intensidade de magnetização 
varia em função da intensidade do 
campo aplicado. 
\u2022 É característica do material
µµµµ= tg \u3b8\u3b8\u3b8\u3b8 = B/H
É dada em Gauss/Oersted
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O Campo de Magnetização
Quando um material é submetido a um campo magnético H (campo 
aplicado), é originado um campo de magnetização do material, M.
O campo de indução magnética gerado, B, é proporcional à soma de H 
e M.
O fator de proporcionalidade é a permeabilidade magnética no vácuo.
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A susceptibilidade magnética
Uma vez que M resulta da aplicação de H, é natural que M seja
proporcional a H ou seja,
\u3c7 designa-se por susceptibilidade magnética do material.
A susceptibilidade magnética permite classificar os materiais em
termos das suas propriedades magnéticas.
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Classificação dos materiais em termos de
propriedades magnéticas
Materiais diamagnéticos (Ex. Zn, Cd, Cu, Ag, Sn) \u2013 pequenos
valores negativos de \u3c7 (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) \u2013 pequenos 
valores positivos de \u3c7 (o campo de magnetização desaparece 
quando de retira o campo aplicado)
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Materiais Ferromagnéticos (o Fe, o Ni e o Co) - \u3c7 é grande (>1).
O campo de magnetização mantém-se quando se remove o
campo aplicado.
Materiais Antiferromagnéticos (Mn, Cr) - \u3c7=0. Os dipolos
magnéticos alinham-se antiparalelamente.
Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral
óxidos metálicos) \u2013 os ions têm dipolos magnéticos de
intensidade diferente. Logo existe sempre um momento
resultante.
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Porquê estes comportamentos diferentes ?
A base física para as propriedades magnéticas dos materiais resulta
domovimento dos elétrons.
Quer o movimento orbital em torno do núcleo quer o movimento de
rotação (spin).
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Diamagnetismo e Paramagnetismo
Quer o diamagnetismo quer o paramagnetismo são formas fracas de
interação entre os sólidos e um campo magnético aplicado.
O diamagnetismo (\u3c7 <0) é normalmente observado em sólidos cujos
átomos apresentam camadas eletrônicas totalmente preenchidas.
O paramagnetismo (\u3c7 >0) normalmente aparece associado a átomos
com eletrons desemparelhados na última camada.
O movimento orbital dos e- resulta sempre numa contribuição
diamagnética, enquanto que o spin pode resultar numa contribuição
paramagnética.
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O diamagnetismo está associado aos momentos magnéticos orbitais dos
elétrons nos átomos ou moléculas que constituem a substância em
questão. Por isso, está presente em todas as substâncias embora, na
maioria, com uma intensidade tão pequena que sua presença é
mascarada por outros comportamentos.
Nos supercondutores, parece que o diamagnetismo é suficientemente
intenso para que o campo magnético resultante no interior da amostra
seja nulo.
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Ao se aplicar um campo magnético a uma substância qualquer,
cada elétron que se move nos átomos ou moléculas fica sujeito a
uma força adicional que provoca uma perturbação no seu
movimento equivalente a uma mudança no módulo da sua
velocidade e, portanto, uma mudança no módulo do seu
momento magnético orbital.
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Domínios magnéticos
São regiões da estrutura do
material onde todos os átomos
cooperam magneticamente, ou
seja, são zonas de magnetização
espontânea (<0,05mm).
Quando um campo magnético
é aplicado, os domínios
magnéticos tendem a se alinhar
com o campo e, então, o material
exibe propriedades magnéticas.
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Domínios Magnéticos
De modo a minimizar a sua energia magnetostática (associada ao fecho 
das linhas de campo), os dipolos formam domínios magnéticos de 
dimensões relativamente reduzidas (por vezes submicrométricas).
Os domínios estão separados por limites de domínio designados por 
paredes de Bloch.
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Domínios Magnéticos
Quando expostos a um campo aplicado externo, os domínios
tendem a alinhar-se segundo a direção do campo aplicado, à custa
do crescimento dos domínios com orientações favoráveis (b) ou da
reorientação dos dipolos (c).
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Domínios Magnéticos
Imagem dos domínios
magnéticos numa liga 
YFe11-xTix
Obtida por microscopia 
de força atômica.
Notem que os domínios
magnéticos na zona A e B 
(amp em c) têm cerca de 
300 nm de espessura.
A
B
(fonte: Daniela Nunes, Tese de Mestrado, IST, Abril de 2008)
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Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo
O antiferromagnetismo é exibido por alguns
materiais e resulta do alinhamento em sentidos
opostos dos dipolos magnéticos. Como resultado os
materiais antiferromagnéticos apresentam \u3c7=0.
Exemplos de materiais antiferromagnéticos: Mn e Cr.
O ferrimagnetismo surge em alguns materiais
cerâmicos em que os íons têm diferentes momentos
magnéticos. Como tal há um momento magnéticos
resultante. Os materiais ferrimagnéticos naturais são
conhecidos genericamente por ferrites, sendo a
magnetite Fe3O4, a mais conhecida , uma vez que é
um mineral nativo em muitas regiões do planeta.
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As ferrites, em geral, têm baixas condutividades elétricas e por 
isso têm algumas aplicações em electrónica:
transformadores, indutores de alta frequência, cabeças de
gravação magnética, etc.
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Ferromagnetismo
Os sólidos ferromagnéticos são aqueles que apresentam \u3c7>>1.
São materiais que apresentam uma forte interação entre os
dipolos magnéticos locais (domínios magnéticos) associados a
spins desemparelhados dos eletrons.
Ou seja, os dominíos magnéticos locais permanecem após a
remoção do campo aplicado daí resultando que o campo de
magnetização permanece após a remoção do campo
aplicado.
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Ferromagnetismo
É a propriedade de concentrar as linhas de força 
magnética, caracterizada pela permeabilidade 
magnética.
\u2022 Ferromagnéticos- permeabilidade magnética >1 (subst. 
Paramagnéticas) - elétrons desemparelhados
Ferro, Cobalto, Níquel e Gadolínio
\u2022 Outros metais-permeabilidade magnética <1 (subst. 
Diamagnéticas) - elétrons emparelhados
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As flutuações de origem
térmica tendem a desalinhar
aleatoriamente estes domínios
magnéticos, enfraquecendo a
sua interação e, como tal os
materiais ferromagnéticos só o
são abaixo de uma
determinada temperatura
crítica designada por
Temperatura de Curie.
Existe um valor máximo de M,
designado por magnetização