Ciência de Materiais 2 - Propriedades Magnéticas (Parte 2)

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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 II)
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Propriedades MagnéticasPropriedades Magnéticas
Magnéton de Bohr⇒ Momento magnético mais fundamental
µ
B
= 9,27 x 10-24 A.m2
� Para cada elétron em um átomo, o momento magnético 
de spin é de ± µ ;de spin é de ± µ
B
;
� A contribuição do momento magnético orbital é:
m
l
µ
B
Onde m
l
é o número quântico magnético (Fornece a 
orientação do orbital no espaço).
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Orbitais p
m
l
(orientação do orbital no espaço)
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Propriedades MagnéticasPropriedades Magnéticas
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Propriedades MagnéticasPropriedades Magnéticas
Estrutura Espinélio
Momentos Magnéticos de 
Spin Resultantes
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• Podemos classificar as substâncias em três grupos diferentes, de
acordo com seu comportamento na presença de um campo magnético
externo:
� Diamagnéticas
� Paramagnéticas
� Ferromagnéticas
Propriedades MagnéticasPropriedades Magnéticas
• Já os materiais magnéticos podem ser classificados de acordo com a
forma como os momentos magnéticos estão ordenados dentro da
estrutura cristalina do material:
� Ferromagnéticos
• Ferrimagnéticos
• Antiferromagnéticos
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Domínios Magnéticos
• Os domínios magnéticos são regiões no qual os dipolos magnéticos estão 
alinhados na mesma direção e sentido.
• Os domínios estão separados pelas chamadas paredes de Bloch, nas quais 
se produz a transição na orientação dos dipolos. 
• Um nanocristal é composto por um único domínio magnético (denominado 
monodominio). 
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Propriedades MagnéticasPropriedades Magnéticas
Domínios Magnéticos
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•Diamagnetismo é o comportamento dos materiais de serem
ligeiramente repelidos na presença de campos magnéticos fortes.
� Os momentos magnéticos são orientados no sentido contrário ao
sentido do campo magnético aplicado. São substâncias diamagnéticas: o
bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.
Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
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O paramagnetismo consiste na tendência que os dipolos
magnéticos atômicos têm de se alinharem paralelamente com um campo
magnético externo. São materiais paramagnéticos: o alumínio, o
magnésio, o sulfato de cobre, etc.
Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
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• Observamos que no diamagnetismo e no 
paramagnetismo aparece um momento 
magnético em resposta a um campo 
externo. Se o campo externo for NULO a 
Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
externo. Se o campo externo for NULO a 
Magnetização do material também será 
nula.
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Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
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Curva de Histerese
Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
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Tipos de Ordem MagnéticaTipos de Ordem Magnética
Cobalto
Níquel
Algumas terras-
raras
Óxido de 
manganês: MnO
Ferrita cúbicas:
MFe2O4
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Anisotropia MagnéticaAnisotropia Magnética
� As curvas de histerese podem ter diferentes formas:
1. Se a amostra é um monocristal ou policristalina;
2. Se for policristalina, se há qualquer orientação 
preferencial dos grãos;preferencial dos grãos;
3. Presença de poro ou de partículas;
4. Temperatura, tensão mecânica.
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Anisotropia MagnéticaAnisotropia Magnética
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SupercondutividadeSupercondutividade
� Fenômeno basicamente elétrico, mas com implicações 
magnéticas relacionadas ao estado supercondutor;
� A medida que metais de alta pureza é resfriado até 
temperaturas próximas de 0 K, sua resistividade elétrica 
diminui gradualmente, porem possui valor finito;
� Para certos materiais, a resistividade chega a valores 
muito próximos de zero a baixas temperaturas; esses 
materiais são ditos supercondutores;
� Temperatura Crítica T
C
; temperatura na qual o material 
alcança a supercondutividade;
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SupercondutividadeSupercondutividade
� TC varia entre 1K 
e 20K dependendo 
do material; 
� Alguns Óxidos 
cerâmicos 
apresentamapresentam
T
C
≈ 100K
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SupercondutividadeSupercondutividade
� O Estado supercondutor resulta das interações de 
acoplamento entre pares de elétrons condutores (Teoria de 
BCS);
� O movimento desses elétrons acoplados se formam 
coordenados , tal que a dispersão por vibrações térmicas e 
por impurezas são ineficientes, e a resistividade, sendo por impurezas são ineficientes, e a resistividade, sendo 
proporcional à incidência da dispersão dos elétrons é 
praticamente nula.
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SupercondutividadeSupercondutividade
� A Teoria BCS foi proposta por John Bardeen, Leon Cooper,
e John Robert Schrieffer e
explica fenômeno da supercondutividade.
� Ela afirma principalmente que os elétrons em um material
quando no estado supercondutor se agrupam em pares
chamados pares de Cooper.chamados pares de Cooper.
� Os pares de Cooper são elétrons condensados em estados
de menor energia. Esta formação de pares de Cooper
depende da microestrutura do material, da forma da rede
cristalina, já que este par de elétrons se move de forma
acoplada com a rede.
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SupercondutividadeSupercondutividade
� Um elétron que move-se através de um condutor atrairá cargas
positivas próximas na estrutura. Esta deformação da estrutura faz com que
um outro elétron, com “spin” oposto, mova-se na região de uma densidade
de carga positiva mais elevada. Os dois elétrons são mantidos unidos
então com alguma energia de ligação. Se esta energia de ligação é mais
elevada do que a energia fornecida por impulsos das oscilação dos
átomos no condutor (o que é verdadeiro a baixas temperaturas), então os
pares de elétrons mantêm-se juntos e resistem aos impulsos, nãopares de elétrons mantêm-se juntos e resistem aos impulsos, não
experimentando resistência.
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SupercondutividadeSupercondutividade
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SupercondutividadeSupercondutividade
� Aplicações que estão sendo exploradas:
� Transmissão de energia elétrica;
� Ímãs para aceleradores de partículas de alta 
energia;
� Comutação e transmissão de sinais em alta � Comutação e transmissão de sinais em alta 
velocidade para computadores;
� Trens de alta velocidade levitados magneticamente.
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SupercondutividadeSupercondutividade