TRABALHO DE MATERIAIS ELETRICOS

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FACULDADE ÁREA 1 - WYDEN
MATÉRIAIS MAGNÉTICOS
	
	Carlos Higor Neres dos Santos
Felipe Cruz
João Vitor de Jesus Oliveira
Luan Chaves Leão dos Anjos
Luis Uilian Lima Gandarela
Roberte Maicon Almeida da Purificação
Wesley Vitor Bispo da Silva
Salvador
2018
FACULDADE ÁREA 1 - WYDEN
MATÉRIAIS MAGNÉTICOS
																													
		Este relatório trata-se de um material desenvolvido para apresentação ao professor Uerlis, docente da matéria de Materiais Elétricos na Área1 Wyden, o mesmo refere-se aos tipos de materiais magnéticos e aplicações nas áreas elétricas e afins.
Salvador
2018
						
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	1
2.	CONCEITOS BÁSICOS	1
2.1	DIPOLOS MAGNÉTICOS	1
2.2	INDUÇÃO MAGNÉTICA	1
2.3	MOMENTO MAGNÉTICO	1
3.	DIAMAGNETISMO E PARAMAGNETISMO	2
3.1	APLICAÇÕES	2
4.	FERROMAGNETISMO	2
4.1	APLICAÇÕES	2
5.	ANTIFERROMAGNETISMO	3
6.	FERRIMAGNETISMO 	4
7. ANÁSILE GRÁFICA: DIAMAGNÉTICOS X PARAMAGNÉTICOS X FERROMAGNÉTICOS	4
8.	A INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE O COMPORTAMENTO MAGNÉTICO..	4
8.1 EXEMPLOS DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS DEVIDO A TEMPERATURA	5
9.	DOMÍNIOS E HISTERES 	5
10.	MATERIAIS MAGNÉTICOS MOLES	6
10.1 	APLICAÇÕES	6
11.	MATERIAIS MAGNÉTICOS DUROS	7
12. CONCLUSÃO	7
 REFERÊNCIAS	7
INTRODUÇÃO
O magnetismo é um fenômeno onde materiais impõem forças sobre outros, forças estas que podem ser de atração ou repulsão, este fenômeno existe a milhares de anos, porém devido ao fato do mesmo ser regido por “detalhes” singelos e complexos, nos sentimos dificuldade em decodificar todas as informações sobre o fenômeno, por isso existem muitas descobertas que são relativamente recente. Atualmente existem muitos componentes utilizados nas industriais e até em nossas residências que utilizam o magnetismo como base de funcionamento, alguns exemplos são os motores elétricos, transformadores, computadores, dentre outros. Vale ressaltar que todos as substancias são influenciadas pelo magnetismo, porém em intensidades menores.
CONCEITOS BÁSICOS
Antes de começar a classificar o fenômeno e os materiais, julgamos necessário apresentar alguns conceitos necessários para melhor compressão e discernimento dos mesmos.
DIPOLOS MAGNÉTICOS 
Tem grande semelhança com os dipólos elétricos, porém em vez de cargas com sinais opostos, Dipolos magnéticos são pequenos imãs (material magnético) compostos por um polo norte e um polo sul, na figura 1.0 abaixo podemos observar tal fenômeno, vale ressaltar que o sentido das linhas de campo é sempre do norte para o sul.
	Figura 1.0 
INDUÇÃO MAGNÉTICA 
É a intensidade da força do campo magnético no interior de um material que está sujeito a um campo magnético.
MOMENTO MAGNÉTICO 
Está propriedade é muito complexa, porém tentarei ser mais claro o possível. Todas as propriedades magnéticas são consequências do momento magnético dos elétrons, visto que cada elétrons em um átomo possui momentos magnéticos, obtidos através de duas maneiras, a primeira é, sabe-se que o elétron gira em movimento orbital ao redor do núcleo, logo podemos associá-lo a um circuito elétrico e como sabemos que um partícula carregada em movimento gera um campo magnético, logo existe um pequeno campo magnéticos ao redor de cada elétron, a segunda é o momento magnético de spin, que pode apenas ser considerado para cima ou para baixo. Ver figura 2 ilustrando movimento de spin.
 Figura 2
DIAMAGNETISMO E PARAMAGNETISMO 
Diamagnetismo é uma forma de magnetismo muito fraca não permanente que surge somente em virtude da aplicação de um campo externo. Com a aplicação do campo magnético externo o mesmo altera o movimento orbital do elétron, produzindo um momento magnético induzido, muito pequena devido a intensidade do campo magnético do elétron, este momento magnético induzido pelo campo externo tem sentido oposto ao campo que foi aplicado, e por isto eles se atraem. Todos os materiais são diamagnéticos.
Normalmente os momentos magnéticos dos elétrons se anulam, e é por isto que não andamos atraindo objetos magneticamente em nossa casa, porém existem casos de materiais sólidos em que cada átomo tem um momento magnético permanente, devido a uma anulação incompleta dos momentos magnéticos de spin ou do orbital dos elétrons, como não existe um campo externo, estes momentos não nulos tem movimentos randômico e por isto não apresentam magnetização macroscópica. É então que surge o paramagnetismo quando existe um campo externo os átomos agora Dipolos magnéticos (dipolos atômicos) individuais se atraem ao campo externo. Ambos os casos de magnetização são considerados não magnéticos, pois apresentação intensidade magnética muito pequena. Ver figura ilustrativa do paramagnetismo abaixo:
Figura 3: Nesta, observa-se o momento do dipolo com E sem a presença de um campo Externo H.
APLICAÇÕES 
Alguns exemplos de materiais diamagnéticos são mercúrio, ouro, chumbo e prata. Estes possuem diversas aplicações na área elétrica, o mercúrio é bastante utilizado em lâmpadas fluorescentes, e como fluído manométrico para instrumentos de medição. O ouro e a prata são bastante utilizados em componentes eletrônicos, pois não oxida facilmente e então mantém sua condutividade elétrica constante por mais tempo. O chumbo bastante utilizado em ligas para se aumentar a resistência mecânica, também é bastante utilizado em baterias de automóveis.
 Exemplos de materiais paramagnéticos são alumínio, sódio, magnésio e cálcio.
FERROMAGNETISMO
Estes são materiais que assim como os paramagnéticos tem momentos magnéticos permanentes, porém os ferromagnéticos tem magnetização muito forte mesmo na ausência de campos externos, está propriedade pode ser encontrada na tabela periódica nos metais de transição. Esta magnetização magnética é obtida através do momento magnético do spin, existem cientistas que dizem que o momento magnético do orbital também colabora, porém numa parcela muito menor.
APLICAÇÕES 
Um exemplo básico de aplicações são os imãs que normalmente fixamos em nossas geladeiras. Núcleos de transformadores são formados por materiais ferromagnéticos devido à necessidade de alta magnetização para a transferência do potêncial elétrico da bobina primária para a secundária. Pólos de imãs permanentes de motores elétricos, pois como é necessário um campo magnético para “cortar” as espirar da bobina e assim haver o torque na mesma, é necessário um campo magnético permanente para tal função.
ANTIFERROMAGNETISMO
Nos materiais ferromagnéticos, é observado um alinhamento mútuo entre os dipolos magnéticos atómicos, não se sabe ao certo a natureza dessa força que faz com que eles se alinhem, isto é chamado de acoplamento.
				 N Figura 4
Antiferromagnetismo é acoplamento antiparalelo do momento magnético de spin, principalmente encontrado em materiais iônicos, aqueles onde existe o cancelamento total dos momentos. 
FERRIMAGNETISMO
 Alguns materiais também apresentam uma magnetização permanente, a exemplo dos cerâmicos, onde tal magnetização é chamada de ferrimagnetismo. Este difere na fonte do momento magnético, que é resultado do acoplamento de íons de maneira antiparalela assim como os antiferromagnéticos, porém com cancelamento incompleto do momento magnético de spin, no caso dos antiferromagnéticos o cancelamento é completo.
ANÁLISE GRÁFICA: DIAMAGNÉTICOS X PARAMAGNÉTICOS X FERROMAGNÉTICOS
 	
	
Figura 5 
 No gráfico acima temos a intensidade do campo no eixo x e a densidade do fluxo no eixo y, então podemos comparar três tipos de materiais magnéticos, onde fica claro que os materiais ferromagnéticos tem uma maior densidade magnética dos que os demais, e por isso o mesmo é amplamente utilizado em aplicações que requerem uma forte magnetização macroscópica. 
A INFLUÊNCIA DA TEMPERTURA SOBRE O COMPORTAMENTO MAGNÉTICO 
 A temperatura tem influência direta na capacidade de magnetização dos materiais, pois como saber quando fornecemos energiaem forma de calor pra um material, os átomos tendem a aumentar a amplitude de suas vibrações, com isso com o aumento da temperatura existe um maior movimento térmico dos átomos e tende a tornar-se aleatória as direções dos momentos magnéticos que poderiam estar alinhados ou não.
Como a temperatura causa este desalinhamento, materiais ferromagnéticos, ferrimagnéticos e antiferromagnéticos que em seu estado normalmente são alinhados independente da presença de um campo externo, perderá capacidade em magnetizar.
 	
 Figura 6: magnetização no eixo Y e temperatura no eixo X.
No gráfico apresentado acima onde temos a magnetização como função da temperatura, percebe-se que a magnetização de saturação é máxima, quando a temperatura é 0, para ombos os materiais analisados, porém a medida que a temperatura aumenta, a magnetização de saturação vai diminuindo até chegar a 0, ponto este conhecido como temperatura Curie em homenagem ao casal de cientistas Marie Curie e Pierre Curie, que foram os difusores de tal ideia.
Em resumo, a temperatura Curie é o ponto em que um material ferromagnético ou ferrimagnético perde suas propriedades magnéticas.
 8.1 EXEMPLOS DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS DEVIDO A TEMPERATURA 
Um ótimo exemplo são os transformadores, que é basicamente dois circuitos elétricos (Bobina primária e secundária), interligados através de um campo magnético, o núcleo que é responsável por transferir o potencial elétrico é feito de um material ferromagnético, normalmente em alguns projetos a temperatura não é levada em consideração e acaba gerando falhas no sistema, perda de energia, e etc... Como existe efeito joule nos condutores, correntes parasitas e etc... a temperatura deve ser monitorada, quando maior a temperatura menor será a magnetização do núcleo, a mesma linha de raciocínio segue para geradores, motores elétricos, dentre outros dispositivos que seguem princípios de funcionamento do eletromagnetismo.
DOMÍNIOS E HISTERESES 
Qualquer material ferromagnético ou ferrimagnético com temperatura abaixo da temperatura de Curie é composto de regiões, onde existe um alinhamento de todos os dipolos magnéticos na mesma direção, está região é chamada de domínio. 
Conforme imagem abaixo os domínios são microscópios e em um único sólido podem existir inúmeros domínios, cada um com um sentido e direção diferentes de magnetização.
	 Figura 7
Sendo assim a capacidade de magnetização de um material é a soma vetorial de todos os domínios. No caso dos diamagnéticos e paramagnéticos esta soma é igual a zero, pois eles não tem alinhamento natural.
A histerese é o retardo do campo magnético em relação ao campo que está sendo aplicado, Em caso de transformadores o alto ou baixo histerese pode ser observado em relação ao comportamento da corrente que é aplicado as bobinas.
MATERIAIS MAGNÉTICOS MOLES
São materiais ferromagnéticos que se magnetizam com maior facilidade e não tem campo magnético residual, perfeito para aplicações com eletroímãs, pois em momento de desacionamento o tempo de resposta será imediato.
APLICAÇÕES
Um exemplo bastante interessante são os discos rígidos de computadores, onde um atuador direciona um sensor que magnetiza a região em que pretende “utilizar”, ao fazer isto o campo aplicado desorganiza os dipolos atômicos do material, e o sistema de leitura interpreta como 1 ou 0, isto é feito em larga escala e assim será gravado este documento que estou escrevendo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS DUROS 
Os materiais ferromagnéticos duros só se magnetizam quando aplicamos um campo de alta intensidade, tem alta magnetização residual, são ótimos para fazer imãs permanentes, pois uma vez magnetizado, irá demorar para desmagnetizar.
CONCLUSÃO 
Neste documento foram apresentados conceitos básicos para se compreender os materiais magnéticos e suas propriedades, descobrimos que existem cinco maneiras de classificar os materiais magnéticos, são elas, diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, ferrimagnéticos e antiferromagnéticos, vimos também exemplos de cada um deles. Entendemos como a temperatura afeta estes materiais em especial os ferromagnéticos e ferrimagnéticos, pois apresentam acoplamento e momento magnético permanente, entendemos o que são os domínios, histereses, além de classificar os ferromagnéticos em duros ou moles, onde os mesmos se diferem em relação à capacidade de magnetizar e de magnetização residual.
REFERÊNCIAS
JUNIOR, William D. Callister. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais: Uma abordagem integrada. Rio de Janeiro: LTC, 2006.