Fontes de Campo Magné0co

Transcrição

1 FONTES Fontes de Campo Magné0co * Imã e * corrente elétrica (movimento de carga elétrica) Fio reto Espira circular Solenóide

2 LINHAS Densidade de linhas n o de linhas α B área (Gauss)

3 spin * Microscopicamente órbita DIPOLO Os elétrons de um átomo estão em movimento. Eles produzem campo magnético. Dois tipos de movimento dos elétrons contribuem para o magnetismo: a rotação (spin) do elétron em torno de si mesmo e sua rotação em torno do núcleo.

4 ALINHAMENTO Momentos de dipolos magné0cos

5 Uma espira com uma corrente elétrica (convencional) tem um momento de dipolo magné0co com direção perpendicular ao plano da espira e sen0do dado pela regra da mão direita. Um elétron, numa órbita atômica, pode ser pensado como uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica. Dessa forma, podemos associar ao elétron um momento de dipolo magné0co orbital, perpendicular ao plano da órbita, mas com sen0do contrário àquele dado pela regra da mão direita. DIPOLO Momento de dipolo magné4co

6 FERROMAGNÉTICOS Em materiais como o ferro, o níquel e o cobalto (Fe-Co-Ni) esses campos não se anulam inteiramente. Cada átomo de ferro possui 4 elétrons cujo magnetismo gerado por seus spins não anulam. Cada átomo de ferro é um pequeno ímã. O mesmo é verdadeiro, em menor intensidade, para os átomos de níquel e cobalto. A maior parte dos ímãs comuns são feitos de ligas que contém ferro, níquel e cobalto em diversas proporções.

7 Domínio magné0co (materiais ferromagné0cos) FERROMAGNÉTICOS

8 A Terra é um grande ímã. MAGNETOSFERA

9 MAGNETOSFERA Origem do campo magné4co terrestre Matéria quente e, portanto, ionizada (plasma), girando ao redor do núcleo caracterizam uma corrente elétrica. i B

10 BÚSSOLA Pequena agulha imantada. Possui seus pólos magné0cos NORTE e SUL. Segue a linha de indução externa resultante na região. Seu pólo NORTE aponta no sen0do da linha de indução externa resultante. Bússola

11 A bússola segue a linha de indução resultante BÚSSOLA

12 BÚSSOLA Sul magnético Norte geográfico Sul geográfico Norte magnético ( ) A bússola aponta para o norte.

13 Corrente elétrica gera campo magné0co i Oersted 1820 i B

14 Regra da mão direita i

15 Represente o vetor indução magné0ca (B) no ponto P MÃO DIREITA

16 i Fio reto infinito B = µ 0.i 2π R Espira circular B centro = µ 0.i 2R μ 0 permeabilidade magné0ca do vácuo μ 0 = 4π T.m/A A espira se comporta como um pólo de um ímã Existe uma unidade técnica que é o Gauss (G): 1 T = 10 4 G

17 A espira se comporta como um pólo de um ímã PÓLOS

18 SOLENÓIDE B = N L µ.i B = N L µ 0.i Solenóide com * núcleo

19 SOLENÓIDE Regra da mão direita para o solenóide

20 Atração ou Repulsão? SOLENÓIDE

21 PROPRIEDADE PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DA MATÉRIA Diamagne4smo relacionado ao movimento orbital do elétron Paramagne4smo relacionado ao spin do elétron Ferromagne4smo relacionado ao spin do elétron /(DOMÍNIOS)

22 DIAMAGNETISMO Comportamento caracterís0co de determinado 0po de material que apresenta pequena repulsão por campos magné0cos externos fortes. Este comportamento jus0fica- se pelo fato de os elétrons terem uma tendência a se agruparem em pares com spins orientados em direções opostas. Cada par, então, tem um spin total nulo. Consequentemente, a maior parte dos átomos com número par de elétrons tem um spin total nulo. O campo de indução magné0ca induzido é oposto ao campo externo o que provoca repulsão. A maior parte das substâncias são diamagné0cas, como é o caso da água, do vidro, do plás0co e dos compostos orgânicos. Número muito grande de elétrons produzindo campos em todos sen0dos, de modo que há um cancelamento dos campos. Com um campo magné0co externo, alguns elétrons têm aumento de velocidade orbital, outros diminuição (F cp ). Efeito final é a produção de um campo magné0co da amostra de sen4do oposto ao campo externo. O Efeito diamagné0co ocorre em todas as substâncias (mas é superado pelos efeitos paramagné0cos e ferromagné0cos em algumas).

23 PARAMAGNETISMO Há substâncias cujos átomos (ou moléculas) possuem alguns elétrons que não formam pares (ou porque o número de elétrons é ímpar). Esse grande número de elétrons não emparelhados passa a se alinhar de acordo com o campo magné0co externo estabelecido sobre a amostra desse material. À medida que aumenta a temperatura, diminui o grau de alinhamento. A temperatura não afeta o efeito diamagné0co. As substâncias paramagné0cas são aquelas em que o efeito paramagné0co supera o efeito diamagné0co. Exemplos: sódio, cálcio, alumínio, urânio, oxigênio gasoso, oxigênio líquido, nitrogênio gasoso, magnésio. O campo resultante no interior da amostra tem o mesmo sen4do e intensidade um pouco maior que a do campo externo.

24 Quanto maior a densidade de linhas, mais intenso é o campo. COMPARANDO

25 FERROMAGNETISMO É um efeito semelhante ao paramagne0smo, estando também relacionado com o spin dos elétrons não emparelhados. A diferença é que, nos materiais paramagné0cos, esses elétrons, na ausência de um campo externo, produzem campos em todos os sen0dos, resultando assim um campo global nulo. Já nos materiais ferromagné0cos, há um alinhamento espontâneo predominante dos spins num dado sen0do dentro de regiões chamadas de DOMÍNIOS. Quando a intensidade do campo externo é pequena, a magne0zação ocorre por aumento do volume dos domínios. Quando o campo externo é intenso, ocorre também a rotação de domínios. Na situação de campo intenso, o aumento de volume dos domínios e a rotação dos domínios é irreversível. Assim, a amostra permanece magne0zada após a re0rada do campo externo. Essa irreversibilidade é conhecida como HISTERESE. O campo resultante é bem maior que o campo externo.

26 HISTERESE A curva I da (imantação) em função de H 0 (indução magné0ca externa) para uma substância ferromagné0ca é ob0da desde que a substância esteja inicialmente desimantada e a intensidade do campo externo seja aumentada gradualmente a par0r de zero. Par0ndo de zero, a intensidade do campo vai sendo aumentada até o valor de saturação H s. Obtém- se a curva OP. A um valor H do campo, corresponde um valor I da imantação. A par0r do valor de saturação H s, diminui- se o campo até zero. Assim, a curva de volta não é PO, mas PI r. A imantação terá valor I r, maior do que I, assim permanecendo. A área entre as curvas indica a carga magné0ca residual. Quanto menor essa área, melhor. O Ideal seria voltar pela mesma curva.