Mat Magneticos

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22/08/2017
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
Fundamentos iniciais
O magnetismo é um fenômeno pelo qual alguns materiais impõemuma
força ou influência de atração ou de repulsão sobre outros materiais.
As propriedades magnéticas são muito importantes para diversas aplicações
que nos cercam.
� Geradores;
�Motores;
�Transformadores;
� Componentes eletrônicos;
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Conceitos básicos
DIPOLOS MAGNÉTICOS
As forças magnéticas são geradas pelo movimento de partículas carregadas
eletricamente. Esse movimento gera em torno das partículasuma região de
influência denominada decampo.
As distribuições de campo podem ser representadas porlinhas de força.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Os dipolos magnéticos podem ser considerados como pequenosímãs
compostos por um pólo norte e um pólo sul.
Associado ao dipolo magnético está omomento de dipolo magnético
(grandeza vetorial)que é representado por uma seta.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Origens dos momentos magnéticos
As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são consequência dos
momentos magnéticos (é uma medida da intensidade da fonte decampo
magnético).
Os momentos magnéticos que os elétrons possuem se originam de duas fontes:
� Devido à rotação em torno do núcleo, caso em que se comporta como um
pequeno circuito por onde circula corrente elétrica. O campo magnético gerado
possui um momento magnético orientado ao longo do eixo de rotação.
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
� Cada elétron pode ser considerado como estivesse girando aoredor de um
eixo. O momento magnético tem sua origem nesse movimento de rotação e
está direcionado ao longo do eixo de rotação.
� Cada elétron, então pode ser considerado como um pequeno ímãque possui
momentos magnéticos orbital e de spin.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
O momento magnético mais fundamental é omagnéton de Bohr,µB que possui
uma magnitude de 9,27 x 10-24 A-m2.
Para cada elétron em um átomo, o momento de spin é +-µB . A contribuição do
momento magnético orbital é ml µB , em que ml é o número quântico magnético
do elétron.
O que acontece então no átomo?
Em cada átomo individual os momentos orbitais de alguns pares de elétrons se
cancelam mutuamente. Isto é válido também para os momentos de spin.
O momento magnético resultante de um átomo é o somatório dos momentos
magnéticos (orbital + spin) de cada elétron que constitui o átomo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
GRANDEZAS MAGNÉTICAS
O comportamento do campo magnético pode ser descrito em termos de vários
vetores de campo.
O campo magnético aplicado externamente algumas vezes é chamado de
intensidade de campo magnético (H).
Se o campo magnético for gerado por meio de uma bobina cilíndrica
(solenóide), a intensidade de campo magnético pode ser calculada por:
NI
H
l
=
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GRANDEZAS MAGNÉTICAS
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
GRANDEZAS MAGNÉTICAS
A indução magnética ou densidade de campo magnético (B)representa a
magnitude da força do campo interno de uma substância que está sujeita a um
campo H.
A unidade de B é o tesla ou weber/m2.
A intensidade de campo magnético e densidade de campo magnético estão
relacionados por:
O parâmetroµ é chamado depermeabilidade que é uma propriedade do meio
específico através do qual o campo H passa e por onde B é medido.
µB H=
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DIAMAGNETISMO
É uma forma muito fraca de magnetismo que não é permanente e que persiste
apenas enquanto um campo externo é aplicado.
Ele é induzido por uma mudança no movimento orbital dos elétrons causada
pela aplicação do campo externo aplicado.O campo induzido se opõe ao
campo externo aplicado.
� FORMA DE MAGNETISMO QUE NÃO APRESENTA
IMPORTÂNCIA PRÁTICA.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DIAMAGNETISMO
As setas na figura acima representam momentos de dipolo atômico de um
material diamagnético quando submetido a um campo externo (H).
Exemplos: óxido de alumínio, cobre, ouro, mercúrio.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
Em certos materiais sólidos não há cancelamento total de todos os momentos
magnéticos associados a cada elétron constituinte de um determinado átomo.
Ou seja, cada átomo apresenta um momento de dipolo magnético
permanente. Esse momento é resultante dos momentos orbitale de spin
que não foram cancelados.
Acontece que a orientação de cada momento magnético de cada átomo isolado
do material é aleatória e consequentemente o material não apresenta qualquer
magnetização macroscópica.
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
Com base na figura, existem duas situações:
MATERIAIS MAGNÉTICOS
PARAMAGNETISMO
1) Campo externo H=0
2) Campo externo diferente de zero
No material paramagnético, os dipolos estão livres para girar e eles tendem a se
alinhar preferencialmente na direção do campo externo aplicado.
Esse alinhamento contribui para o aumento do campo externo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
FERROMAGNETISMO
Os materiais que fazem parte desta categoria possuem um momento magnético
permanenente na ausência de um campo externo.
Apresentam valores elevados de magnetização quando submetidos a um campo
externo.
Exemplos: ferro, cobalto, níquel.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
FERROMAGNETISMO
Os momentos magnéticos permanentes nos materiais ferromagnéticos são
originados a partir dos momentos magnéticos devidos aos spins dos elétrons.
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
MATERIAIS MAGNÉTICOS
� Aumento da vibração dos átomos;
� A tendência é tornar aleatória as direções de quaisquer momentos
magnéticos.
� À medida que a temperatura é elevada, a magnetização de saturação
diminui até chegar a zero numa temperatura denominada detemperatura
de Curie.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
Domínios
São pequenas regiões no material ferromagnético onde existe uma alinhamento
mútuo de todos de todos os momentos de dipolo magnéticos em uma mesma
direção.
Os domínios adjacentes estão separados por uma parede e cadaum está
magnetizado com sua magnetização de saturação.
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
A figura abaixo mostra as etapas de magnetização de um material
ferromagnético para diferentes valores de campo externo aplicado. Considere
que o material está inicialmente não desmagnetizado:
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
Como a permeabilidade é a inclinação da curva de B em função deH, pode ser
observado com base na figura anterior que esta é variável e dependente do
valor de H.
A inclinação de B em função de H no ponto H=0 é especificada como uma
propriedade do material denominada depermeabilidade inicial µi.
O que acontece se a direção do campo externo aplicado for invertida? Isto é
uma característica de campo alternado produzido por corrente alternada.
Quando um material ferromagnético for submetido a um campo alternado, irá
aparecer um fenômeno denominado dehisterese.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
A histerese pode ser considerada como uma defasagem do campoB em relação
ao campo H aplicado.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
� O comportamento da histerese e da magnetização pode ser explicado pelo
movimento das paredes dos domínios.
� Quando um campo é aplicado, os domínios mudam de forma e tamanho. No
ponto de saturação, a amostra do material se torna um único domínio.
� Quando o campo H é invertido, inicialmente o único domínio é invertido.
Depois são formados domínios magnéticos na direção do novo campo.
� Entretanto, existe uma resistência ao movimento por parte das paredes dos
domínios que ocorre em resposta ao aumento do campo H aplicado na
direção oposta.
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MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
É possível obter outros ciclos de histerese sem que necessariamente o material
atinja a saturação.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
DOMÍNIOS E HISTERESE
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Materiais magnéticos moles
A área do ciclo de histerese representa uma perda de energia por unidade de
volume do material por ciclo de magnetização-desmagnetização. Essa perda de
energia é refletida em calor que é gerado no interior da amostramagnética. � Materiais ferromagnéticos moles
Damos o nome de materiais ferromagnéticos moles aos materiais que se 
magnetizam com mais facilidade, apresentando magnetização residual 
baixa. Em certos casos esses materiais apresentam magnetização residual 
praticamente nula.
A figura abaixo nos mostra um material ferromagnético mole. Esses 
materiais são bastante utilizados como núcleo de eletroímãs, pois perdem 
sua magnetização quando é desligada a corrente elétrica.
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Material f erromagnético mole
MATERIAIS MAGNÉTICOS
� Os materiais magnéticos moles são usados em dispositivos que estão
sujeitos a campos alternados e nos quais as perdas de energiadevem ser
baixas.
� Utilizado em núcleos de transformadores.
� Material que possui uma elevada permeabilidade inicial, além de uma baixa
coercividade.
� Consegue atingir sua magnetização de saturação com um campo
relativamente baixo.
MATERIAIS MAGNÉTICOS
Materiais magnéticos duros
São usados em ímãs permanentes que devem possuir uma alta resistência à
desmagnetização.
Materiais ferromagnéticos duros
Os ferromagnéticos duros só se magnetizam quando aplicamos a eles um 
alto campo magnético externo. Como mostra a figura abaixo, esses materiais 
apresentam magnetização residual alta. Esses materiais têm grande 
utilização industrial, pois são ideais para a construção de ímãs permanentes, 
pelo fato de, uma vez magnetizados, reterem a sua magnetização.
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Material f erromagnético duro