propriedades magnéticas
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8 -PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

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PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

• A maioria dos elementos e materiais não
exibe propriedades magnéticas.

• Materiais que exibem propriedades
magnéticas:

Ferro, Níquel, Cobalto, Gadolínio, algumas
ligas (SmCo5, Nd2Fe14B, ...)

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Propriedades Magnéticas dos Materiais

Os “materiais magnéticos” 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.)

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 μo é a permeabilidade magnética no vácuo

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PERMEABILIDADE MAGNÉTICA

• Permeabilidade Magnética (µµµµ)-
está relacionada com a intensidade
de magnetização.

• A intensidade de magnetização
varia em função da intensidade do
campo aplicado.

• É característica do material

µµµµ= tg θθθθ = 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,

χ 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) – 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)

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Materiais Ferromagnéticos (o Fe, o Ni e o Co) - χ é grande (>1).
O campo de magnetização mantém-se quando se remove o
campo aplicado.

Materiais Antiferromagnéticos (Mn, Cr) - χ=0. Os dipolos
magnéticos alinham-se antiparalelamente.

Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral
óxidos metálicos) – 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 (χ <0) é normalmente observado em sólidos cujos
átomos apresentam camadas eletrônicas totalmente preenchidas.

O paramagnetismo (χ >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 χ=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 χ>>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.

• Ferromagnéticos- permeabilidade magnética >1 (subst.
Paramagnéticas) - elétrons desemparelhados

Ferro, Cobalto, Níquel e Gadolínio

• 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