Analogia com a polarização elétrica

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2 Analogia com a polarização elétrica Polarização orientação de dipolos elétricos, devido à ação de um campo elétrico. Magnetização - orientação de dipolos magnéticos, devido à ação de um campo magnético.

3 1º material magnético conhecido pelo homem magnetita (Fe 3 O 4 ou FeO.Fe 2 O 3 ) (mineral natural) 1 a utilização prática do magnetismo - bússola A unidade fundamental geradora de um campo magnético é o DIPOLO MAGNÉTICO Comportamento dos materiais num campo magnético externo é determinado pela origem de seus dipolos e pela natureza da interação entre eles.

4 Origem dos dipolos magnéticos O momento magnético nos átomos pode ser gerado: pelos elétrons orbitando o núcleo (momento magnético orbital), pelos elétrons girando ao redor de seu eixo (momento magnético de spin)

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6 Em um orbital podem existir elétrons emparelhados ou desemparelhados: Elétrons emparelhados spins +1/2 e -1/2 dipolos magnéticos se anulam. Quanto maior o número de orbitais com elétrons desemparelhados, possivelmente maior será a magnetização que esse elemento pode assumir. Elétrons na camada de valência (desemparelhados) não fornecem um dipolo magnético global devido à interação com outros átomos.

7 Distribuição de elétrons em orbitais (níveis de energia) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 Ferro (Z=26) 1s 2 4s 2 3d 6 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4e - desemparelhados 4s 2 4p 4d Ferro apresenta possibilidade de magnetização Desbalanceamento nos spins magnéticos indica o número de magnétons de Bohr

8 Cerâmicas ânions comuns aos materiais cerâmicos O 2-, F -, Cl -, S 2-, N 3-, CO 3-2 Um ânion sempre oferece complemento para os 8 elétrons da camada de valência os spins eletrônicos devem ser balanceados. A maioria dos cátions que forma as cerâmicas não possui níveis orbitais parcialmente preenchidos.

9 B - indução magnética ou densidade de fluxo magnético H - campo magnético permeablidade Permeabilidade Magnética ( )- está relacionada com a intensidade de magnetização. A intensidade de magnetização varia em função da intensidade do campo aplicado. É característica do material

10 Tipos de magnetismo encontrados nos materiais Cada material responde de alguma maneira à aplicação de um campo magnético externo. Interação entre dipolos magnéticos e campo magnético Diamagnetismo Forma muito fraca de magnetismo que não é permanente e persiste somente quando o campo magnético está sendo aplicado. Induzido pela mudança no movimento do orbital dos elétrons, devido ao campo magnético aplicado. r 1 dipolos se opõe ao campo magnético

11 Paramagnetismo Dipolos se alinham ao campo magnético Efeito se perde após a remoção do corpo Cada átomo possui um dipolo magnético permanente devido às camadas internas não completamente preenchidas com elétrons emparelhados Possuem dipolos magnéticos, porém isolados uns dos outros. r ~ 1

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13 Ferromagnetismo Dipolos se alinham com o campo Possuem domínios magnéticos permanentes na ausência de campo elétrico Domínios magnéticos são regiões onde os dipolos magnéticos originados por elétrons com spins desemparelhados interagem e se alinham formando uma região onde todos os spins apontam na mesma direção. A magnetização permanece após a remoção do campo

14 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

15 Ferrimagnetismo Compostos iônicos ferritas (MFe 2 O 4 ) onde M = Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Fe, Etc. quando M = Fe Fe 3 O 4 magnetita natural Características magnéticas macroscópicas são similares aos ferromagnéticos distintas nas fontes de dipolos magnéticos. Magnetização não corresponde ao alinhamento paralelo dos momentos magnéticos Suas propriedades decorrem da existência de íons magnéticos como Fe, Ni, Co, Mn...

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17 1/2 das posições octaedrais preenchidas e 1/8 das posições tetraedrais preenchidas FeFe 2 O 4 - Magnetita (espinélio invertido) Íons Fe 2+ nas posições octaedrais Íons Fe 3+ nas posições tetraedrais e octaedrais Fe Z=26 Fe 2+ - íons ferrosos 1s 2 2s 2 3p 6 3d 6 3d 6 Fe 3+ - íons férricos 1s 2 2s 2 3p 6 3d 5 3d 5 cátion Posições octaedrais Posições tetraedrais Momento magnético líquido Fe 3+ Cancelamento completo Fe 2+ -

18 Os momentos de spin de todos os íons Fe 3+ localizados nas posições octaédricas estão alinhados paralelamente uns aos outros; entretanto, eles estão posicionados em direção oposta à dos íons Fe 3+ localizados nas posições tetraédricas, os quase também estão alinhados. Dessa forma, os momentos de spin do todos os Fe 3+ se cancelam Todos os Fe 2+ possuem os seus momentos alinhados na mesma direção

19 NiFe 2 O 4 Ferrita de níquel espinélio invertido Íons Fe 3+ nas posições tetraedrais Íons Ni 2+ e Fe 3+ nas posições octaedrais Ni Z=28 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 4s 2 3d 8 cátion Posições octaedrais Posições tetraedrais Momento magnético líquido Fe 3+ Cancelamento completo Ni 2+ - É possível produzir um grande número de ferritas com magnetização intrínseca, pela substituição adequada dos íons metálicos.

20 ZnFe 2 O 4 Ferrita de zinco espinélio normal Íons Fe 3+ nas posições octaedrais Íons Zn 2+ nas posições tetraedrais Zn Z = 30 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4d 4s 2 3d 10 cátion Posições octaedrais Posições tetraedrais Momento magnético líquido Fe 3+ Cancelamento completo Zn

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24 Ferritas Propriedades magnéticas inferiores às das ligas metálicas 1950 novas aplicações tais como: rádio, televisão, linha telefônica, circuitos de computadores, etc. Alta resistividade não desenvolve correntes parasitas que são responsáveis pelo aquecimento e perda de energia nos materiais ferromagnéticos Ferritas duras ( hard ) Difícil de magnetizar e desmagnetizar Ferritas de bário e estrôncio Aplicações: ímãs permanentes, blindagem de fornos microondas alto falantes, em geladeiras como acessório utilizado no contorno da porta para que haja hermeticidade quando fechada Ferritas moles ( soft ) Facilmente magnetizada e desmagnetizada Ferritas de Níquel e Zinco - Ni x Zn 1-x Fe 2 O 4 Aplicações: cabeças magnéticas para leitura, disquetes Ferritas de Mn Zn maior parte das ferritas moles produzidas