Aula 10 - Propriedades Magneticas

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PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
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, ...)
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.
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
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
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.
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.
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)
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.
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).
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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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.
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.
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.
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
Ponto de Curie
É a temperatura na qual os domínios
magnéticos são destruídos.
Os principais materiais ferromagnéticos à temperatura ambiente
com aplicações em engenharia são:
•O Fe ( Tc = 1063 K)
•O Co (Tc = 1390 K)
•O Ni (Tc = 627 K)
Os metais de transição Dy (Disprósio), Gd (Gadolínio), Tb (Térbio)
e Ho (Hólmio) também são ferromagnéticos à temperatura
ambiente.
Curvas de magnetização:
histerese, materiais magneticamente duros e magneticamente macios
Quanto maior é a área do
ciclo de histerese de
magnetização mais “duro
magneticamente” é o
material
Hc: campo coercitivo
Bs: campo remanescente
Curva de magnetização ou de histerese
Indução residual (Br) - é a indução magnética que 
se conserva no corpo magnetizado, depois de 
anulada a intensidade do campo.
É dada em Gauss
Força coercitiva (Hc)- é a intensidade de campo 
que tem de ser aplicado para desmagnetizar.
É dado em Oersted
Material com elevado Hc = consome energia para 
alinhar os domínios magnéticos, de uma direção 
para outra. A quantidade de energia necessária 
para magnetizar é proporcional a área do ciclo de 
histerese.
Permeabilidade Magnética (µµµµ)- é a intensidade de 
magnetização. A intensidade de magnetização varia 
em função da intensidade do campo. ë 
característica do material
µµµµ= tg θθθθ= B/H É dada em Gauss/Oersted
Aplicações
Ímãs permanentes (materiais magneticamente duros)
• campaínhas,
• altofalantes, 
• relés,
• rotores em motores elétricos, 
• etc.
Transformadores: o material está sujeito a campos magnéticos 
e elétricos alternados: deve ser magneticamente macio.
Armazenamento de informação magnética.
Os dois principais requisitos que um material deve ter para poder ser 
utilizado como “armazém” de informação magnética é ter um elevado 
Br e um pequeno Hc.
Porquê? Para poder reter a magnetização quando o campo aplicado é 
retirado (elevado Br), e para poder ser magnetizado e desmagnetizado 
(limpo, reformatado) com facilidade (pequeno Hc).
Imagem por microscopia de força atômica
de uma fita de cassete de vídeo (Cr2O4)
A espessura dos domínios
magnéticos é cerca de 400 nm, ou
seja 4x10-7m, ou seja 40 milhões de
caracteres por metro...
Classificação das ligas magnéticas
• A classificação é feita de acordo com a forma 
da curva de histerese. 
• O nome esta relacionado com as propriedades 
mecânicas/metalúrgicas da liga:
• Ligas Magnéticas Duras
• Ligas Magnéticas Macias
Ligas magnéticas duras
- Se caracterizam pelo grande valor de Hc e alto Br- São ligas endurecidas com estruturas 
desequilibradas, dispersas
- São utilizadas na fabricação de imãs permanentes
Ligas magnéticas macias
- Apresentam Hc de baixo valor e pequenas perdas 
de histerese e baixo Br.
- São ligas organizadas. Geralmente metais puros 
com boa qualidade estrutural.
- São empregadas como ligas a serem submetidas 
à magnetização alternada (núcleos de 
transformadores)
Papel dos elementos de liga
• Aumentam a força coercitiva ou “dureza” magnética
• Diminuem o tamanho de grão
A formação de uma segunda fase, pela adição de
elementos de liga (acima do limite de solubilidade), contribui
para o aumento do Hc. Quanto mais elevada a dispersão da
segunda fase maior o Hc.
O endurecimento causado pela transformações de fase ou
pela diminuição do tamanho de grão aumenta o Hc, porque
evita a redistribuição ao acaso dos domínios magnéticos.
Campo Eletromagnético gerado por um toróide
Força Magneto-Motriz