Propriedades_Magneticas

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Ciência dos Materiais
Relação entre Estrutura e Propriedades
Propriedades Magnéticas
Propriedades Magnéticas
 Introdução
 Origem
 Propriedades
 Tipos de Materiais
Materiais magnéticos Armazenam muita informação em pouco espaço
Ex: cartão magnético, geradores e transformadores de eletricidade, motores 
elétricos
Propriedades magnéticas : 
- Relacionadas com a mobilidade dos elétrons, 
por isso propriedades elétricas e magnéticas 
são relacionadas.
- são determinadas pela estrutura: eletrônica,
cristalina e microestrutura.
 Exemplos: Fe, alguns aços, magnetita (Fe3O4).
Introdução
Introdução
 Classificação dos materiais quanto ao comportamento magnético: 
 Diamagnéticos
Paramagnéticos
 Ferromagnéticos
 Ferrimagnéticos
 Antiferromagnéticos
Origem
Magnésia (Grécia)
Mineral comum na região,
apresenta atração por
materiais metálicos .
Magnetita Fe3O4
Fenômenos conhecidos
empiricamente.
Bússola
 Inventada pelos chineses mais de
2000 a.C.
 Utilizada amplamente na época das
grandes navegações, já que a
orientação pelas estrelas não era
eficiente, pois as constelações vistas
são diferentes nos hemisférios norte e
sul, além de depender das condições
climáticas para se orientar.
Origem
"Si Nan" é considerada como a primeira bússola.
"Si Nan" significa "O Governador do Sul" e é 
simbolizada por uma concha cujo cabo aponta 
para Sul.
Em 1819 o físico dinamarquês Oersted observou que, quando
a agulha de uma bússola é colocada próxima de uma
corrente elétrica, essa agulha é desviada de sua posição.
Uma agulha magnética, suspensa pelo centro de gravidade,
só entra em movimento quando está em um campo
magnético.
Hans Christian Oersted
Origem
O deslocamento da agulha só se
explica pela formação de um campo
magnético em torno do condutor
percorrido por corrente elétrica.
Foi essa a primeira vez que se
observou o aparecimento de um
campo magnético juntamente com
uma corrente elétrica.
Propriedades
(a) Campo magnético (H) é gerado pela
passagem de uma corrente i por uma
espira cilíndrica de comprimento l e
contendo N voltas.
A densidade de fluxo magnético (B),
representa a intensidade do campo
magnético induzido no interior de uma
substância .
µ0 - permeabilidade magnética no vácuo
(4π 10-7 H/m)
B - dado em Tesla (T)
µ - permeabilidade magnética do meio
HB

00 µ=
HB

µ=
Permeabilidade Magnética (µ)
- É a intensidade de magnetização;
- Varia em função da intensidade do campo;
- É característica do material;
Permeabilidade Relativa (µr)
- É um parâmetro adimensional;
)(
H
Btg=µ
 µ e µr medem a facilidade com que um campo magnético B pode
ser introduzido em um material sob a ação de um campo externo H;
Propriedades
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Suscetibilidade Magnética (χm)
- É um parâmetro adimensional;
- Mede a facilidade com que um material se magnetiza;
Magnetização (M)
- É a densidade de momentos magnéticos de dipolo;
1−= rm µχ
Propriedades
Origem eletrônica do magnetismo
O movimento de cargas (+) ou (-) gera uma corrente, esse
movimento gera um campo magnético perpendicular a direção
da corrente elétrica.
A opinião atual é que as propriedades magnéticas da matéria são
de origem elétrica, resultante dos movimentos dos elétrons dentro
dos átomos das substâncias.
Dois tipos de movimentos eletrônicos são importantes neste modelo
proposto para explicar o magnetismo.
O primeiro tipo de movimento
eletrônico é um elétron girando
em torno do núcleo de um átomo.
O segundo tipo de movimento eletrônico
é o "spin" do elétron em torno do seu
próprio eixo.
Origem eletrônica do magnetismo
Propriedades
O magnetismo pode aparecer de diversas formas, e podemos
classificar os materiais pela forma como estes respondem a
um campo magnético aplicado.
 Diamagnéticos
 Paramagnéticos
 Ferromagnéticos
 Ferrimagnéticos
Antiferromagnéticos
Diamagnéticos
- O diamagnetismo é um magnetismo fraco no qual a magnetização
induzida pelo campo magnético é oposta à direção desse campo.
- É um fenômeno comum a todas as substâncias, embora não possa ser
normalmente observado devido a outras formas de magnetismo mais
intensas que a ele se sobrepõem.
Configuração de dipolos de um material
diamagnéticos. (a) na ausência de um
campo externo. (b) na presença de um
campo externo
Características:
- Persiste enquanto o campo externo estiver aplicado;
- Suscetibilidade negativa (χ < 0);
- Não varia com a temperatura;
- Susceptibilidade de materiais diamagnéticos(χm): -10-6 a -10-5;
Al2O3 -1,81 10-5
Cobre -0,96 10-5
Ouro -3,44 10-5
Silício -0,41 10-5
NaCl -1,41 10-5
Diamagnéticos
- Átomos individuais possuem momentos magnéticos:
orientações ao acaso magnetização nula para um grupo de átomos
Representação esquemática dos 
momentos magnéticos de um 
material paramagnético.
Dipolos podem
ser alinhados na
direção do campo
aplicado
Configuração de
dipolos em um material
paramagnético: Na
ausência de campo
externo; e com campo
externo aplicado
Paramagnéticos
- Paramagnetismo é uma forma muito fraca de magnetismo sem aplicação prática,
sendo observado em alguns metais como o Cromo e o Manganês.
- Susceptibilidade magnética: 10-5 a 10-3 (positiva e diminui com a temperatura)
Alumínio 2,07 10-5
Cromo 3,13 10-4
Cloreto de cromo 1,51 10-3
Sulfato de Mn 3,70 10-3
Molibdênio 1,19 10-4
Sódio 8,48 10-6
Titânio 1,81 10-4
Zircônio 1,09 10-4
Paramagnéticos
Ferromagnéticos
Domínios ferromagnéticos.
Assim como nos paramagnéticos, os materiais ferromagnéticos tem sua
influência devido ao spin do elétron, porém apresentam regiões onde
ocorre um alinhamento destes spins, formando os domínios
ferromagnéticos. Estes são responsáveis pela magnetização espontânea
do material.
- Materiais metálicos com momento magnético na ausência de campo externo;
- Exemplos: Feα(CCC), cobalto, níquel, gadolíneo, ligas de manganês como MnBi e Cu2MnAl;
- Susceptibilidade magnética (χm) alta de ≅ 106
- Temperatura crítica temperatura de Curie (θc), acima desta perdem o
ferromagnetismo e tornam-se paramagnéticos
- θc varia conforme o material:
Fe (770°C), Ni (358°C), Co (1130°C), Gd (20°C), SmCo5 (720°C) e Nd2Fe14B (312°C).
- Susceptibilidade magnética (χm) diminui com o aumento da temperatura
Configuração de dipolos de um material
ferromagnético na ausência de um campo
externo.
Ferromagnéticos
Ferrimagnetismo ocorre em alguns materiais cerâmicos que apresentam forte
magnetização permanente→ Ferritas (MFe2O4)
Momentos magnéticos
dos 2 ânions não se
cancelam totalmente e o
material apresenta
magnetismo permanente
Ex: Fe, Ni, Mn, Co, Cu, e Mg
NiFe2O4, (Mn, Mg)Fe2O4
Ferrimagnéticos
Configuração 
dos momentos 
magnéticos na 
ferrita
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
Curva de histerese.
 Indução residual (Br) - é a indução
magnética que se conserva no corpo
magnetizado, depois de anulada a
intensidade do campo. (Gauss)
 Força coercitiva (Hc) - é a intensidade
de campo que tem de ser aplicado
para desmagnetizar. (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.
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
LIGAS MAGNÉTICAS DURAS 
significa que ele permanece magnético ou é um 
magneto permanente.
LIGAS MAGNÉTICAS MACIAS 
significa que é fácil de ser magnetizado e 
desmagnetizado .
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
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• Apresentam: Hc de baixo valor 
pequenas perdas de histerese
baixo Br
• A área do ciclo de histerese e a perda de energia por ciclo sãopequenas 
• Operam na presença de um campo magnético.
• São ligas organizadas. Geralmente metais puros com boa qualidade estrutural.
• São empregadas como ligas a serem submetidas à magnetização alternada 
(núcleos de transformadores)
Ex.: geradores, motores elétricos e transformadores utilizam-se materiais magnéticos 
moles, de baixa remanência, como: Fe puro, aço ao silício, supermalloy e ferritas
cúbicas do tipo espinélio.
Material magneticamente mole
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
EFEITO DA TEMPERATURA: 
As características de um ferromagnético (material magnético mole) variam com a T
↑T ↑energia térmica ↑ mobilidade das paredes de Bloch* dos domínios magnéticos
MAGNETIZAÇÃO E DESMAGNETIZAÇÃO: São facilitadas: T > θc comportamento 
ferromagnético desaparece 
Efeitos da T (a) ciclo de histerese, (b) 
magnetização de saturação.
Material magneticamente mole
*Paredes de Bloch: fronteira onde a 
direção de magnetização muda 
gradualmente.
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
→ Se caracterizam pelo grande valor de Hc e alto Br
→ Importante: resistência a desmagnetização (área BH é maximizada)
→ Apresenta um ciclo de histerese grande.
→ São ligas endurecidas com estruturas desequilibradas, dispersas
→ São utilizadas na fabricação de imãs permanentes
→ Aplicações: refrigeradores e fones de ouvido, utilizando- se: 
ferritas cerâmicas, SmCo5, Sm2Co17 e NdFeB
→ Magnetos duros são constituídos de
ferromagnéticos, e algumas ferritas hexagonais 
Material magneticamente duro
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
Ciência dos Materiais 27
EFEITO DOS ELEMENTOS LIGA
→ Aumentam o campo coercitivo 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 aumentam o Hc, porque evitam a 
redistribuição ao acaso dos domínios magnéticos
Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
Nestes materiais ocorre um
alinhamento antiparalelo dos
momentos resultantes dos spins
dos íons metálicos.
Exemplo: Óxido de Manganês
Magnetização resultante = Zero
Antiferromagnéticos
- Protótipo deste caso é o MnO Material cerâmico, com caráter iônico
- Momento magnético O- - é zero
- Momento magnético M++ é permanente num arranjo que
forma momentos opostos ou antiparalelo
Diagrama esquemático mostrando a configuração de 
momentos magnéticos no MnO
Antiferromagnéticos
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- O material como todo não apresenta momento magnético
- Alguns compostos de metais de transição apresentam este
comportamento: MnO, CoO, NiO, Cr2O3, MnS, MnSe e CuCl2 ;
- Temperatura crítica temperatura de Néel (θn)
- Susceptibilidade magnética (χm) da ordem dos materiais
Paramagnéticos;
Antiferromagnéticos
Temperatura vs Suscetibilidade
Dependência susceptibilidade magnética com a temperatura:
(a)Paramagnético
(b) ferromagnético (mostrando a transição para paramagnético)
(c) antiferromagnético (mostrando a transição para paramagnético).
Para os ferromagnéticos – Temperatura de Curie (TC)
Para os antiferromagnéticos – Temperatura de Néel (TN)
T (°C)
χm
T (°C)
χm
T (°C)
χm
Paramagnético
Paramagnético
Ferromagnético
Antiferromagnético
Paramagnético
TC TN
(a) (b) (c)
	Ciência dos Materiais��Relação entre Estrutura e Propriedades��Propriedades Magnéticas
	 Propriedades Magnéticas
	Slide Number 3
	Slide Number 4
	Origem
	Origem
	Origem
	Propriedades
	Propriedades
	Slide Number 10
	Origem eletrônica do magnetismo
	Slide Number 12
	Propriedades
	Diamagnéticos
	Slide Number 15
	Slide Number 16
	Slide Number 17
	Ferromagnéticos
	Ferromagnéticos
	Ferrimagnéticos
	Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
	Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
	Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
	Slide Number 24
	Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
	Ferromagnéticos e Ferrimagnéticos
	Slide Number 27
	Slide Number 28
	Slide Number 29
	Slide Number 30
	Temperatura vs Suscetibilidade