Ciência de Materiais 2 - Propriedades Magnéticas (Parte 1)

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PPG – CIMA
Ciência de Materiais IICiência de Materiais II
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade UnB Planaltina – FUP
PPG – CIMA
Prof. Cleilton Rocha
Propriedades Magnéticas
(parte I)
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Aspectos Históricos
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•APLICAÇÕES:
� Tecnológicas:
→ Geradores e transformadores de energia elétrica;
motores elétricos; rádio; televisões, telefone;
computadores; sistema de navegação;computadores; sistema de navegação;
� Biomedicina:
→ Exames de ressonância magnética nuclear;
remédios magnéticos usando nanopartículas
magnéticas (fluidos magnéticos); orientação magnética
de alguns insetos e animais;
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•CONCEITOS BÁSICOS:
� Dipolo Magnético:
→ As forças magnéticas são geradas pelo movimento
de partículas carregadas eletricamente;
→ As forças magnéticas são representadas por linhas
de campo.de campo.
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•CONCEITOS BÁSICOS:
� Momento Magnético (m):
→ Representação matemática do dipolo magnético
(vetor):
→ Interação do dipolo magnético com um campo→ Interação do dipolo magnético com um campo
externo;
m
r
m
r
0H =
r
H
r
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•CONCEITOS BÁSICOS:
� Vetor Campo Magnético (H):
→ Intensidade de campo magnético H;
→ Se o campo é gerado por meio de uma bobina ou
solenóide de N volta, com comprimento l e que conduzsolenóide de N volta, com comprimento l e que conduz
uma corrente I:
NI
H
l
=
Unidade: A/m
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•CONCEITOS BÁSICOS:
� Indução Magnética ou Densidade do Fluxo
Magnético (B):
→ Representa a magnitude da força do campo no
interior de uma substância que está sujeita a um campo
magnético H:magnético H:
B Hµ=
Onde µ é a constante de
permeabilidade, que é uma propriedade
da substância (meio).
Vácuo µ0 = 1,257 x 10
-6 H/m
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•CONCEITOS BÁSICOS:
� Magnetização (M)
→ Na presença de um campo H, os momento
magnéticos no interior de um material tendem a ficar
alinhados com o campo e a reforça-lo em virtude de
seus campos magnéticos:seus campos magnéticos:
→ O valor deM é proporcional ao campo aplicado:
0 0B H Mµ µ= +
m
M Hχ=
Suscetibilidade Magnética
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• CONCEITOS BÁSICOS:
� Unidades Magnéticas:
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• Por que certos materiais são magnéticos e outros não?
• O ímã gruda na geladeira, mas a moeda não!
• Qual a diferença entre os materiais que formam o ímã e a
moeda? Não é tudo feito de átomos?
O Fenômeno do Magnetismo
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� É preciso distinguir a origem do magnetismo nos átomos
da origem do magnetismo nos materiais macroscópicos,
embora obviamente os dois fenômenos estejam
estreitamente relacionados.
� O magnetismo nos átomos surge dos elétrons nos
orbitais quânticos!
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•Origem dos Momentos Magnéticos:
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� Quando tratamos com partículas subatômicas, como o elétron, o
momento angular (“que vem da rotação”) recebe o nome de Spin.
• Mas, pela Física Quântica, o elétron é tratado como um função de onda.
Assim, não se pode dizer que “spin” e a rotação do elétron.
� De fato, uma partícula carregada que gira em torno de seu próprio eixo
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•Origem dos Momentos Magnéticos:
� De fato, uma partícula carregada que gira em torno de seu próprio eixo
gera um momento magnético. Acontece que certas partículas sem carga,
como o nêutron, também possuem spin! A existência do spin não é
prevista pela teoria de Schrödinger da mecânica quântica. Foi P.M. Dirac
quem em 1929 mostrou que a origem do spin é relativística! Dirac foi
quem fundou a Mecânica Quântica Relativística.
� O spin deve ser visto como uma propriedade intrínseca da partícula,
assim como sua massa e sua carga. Trata-se de uma grandeza que não
possui análogo clássico.
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• Resumindo:
� O momento magnético de um átomo possui duas origens:
uma associada ao seu momento angular orbital, L, e outra
associada ao spin, S;
� Momentos orbitais com sentidos opostos se cancelam
Origem dos Momentos Magnéticos:
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� Momentos orbitais com sentidos opostos se cancelam
mutuamente; Isto serve para os momentos de spin;
� O Momento Magnético resultante de um átomo é a soma
dos momentos magnéticos de todos os elétrons;
� Átomos com camadas e subcamadas eletrônicas
completamente preenchidas não são capazes de ser
magnetizados permanentemente;
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Os sistemas relevantes para o magnetismo 
são aqueles nos quais existem:
a) átomos com camadas eletrônicas 
incompletas,
O Fenômeno do Magnetismo
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incompletas,
b) elétrons de condução.
• A Ordem Magnética surge da interação de 
troca (ou intercâmbio)
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• Imagine então uma rede cristalina onde cada átomo possui um momento
magnético diferente de zero.
• Para podermos afirmar se o material é magnético ou não, precisamos verificar a
magnetização, M. Que pode ser definida também como sendo o número de
momentos magnéticos por unidade de volume:
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� Onde mi é o valor do momento magnético do i-ésimo átomo na rede, e V é o 
volume do material. 
• Dizemos que o material está magneticamente ordenado ou possui ordem 
magnética se a magnetização for diferente de zero. 
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Interação de Troca⇒ Interação entre os elétrons de átomos 
vizinhos na rede cristalina 
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