Propriedades Magnéticas em Materiais

Transcrição

1 FACULDADE SUDOESTE PAULISTA Ciência e Tecnologia de Materiais Prof. Msc. Patrícia Correa Propriedades Magnéticas em Materiais

2 Propriedades Magnéticas dos Materiais Materiais magnéticos: Imãs Esses possuem propriedade de atrair ou repulsar objetos que tem sensibilidade a ação de campo magnético. 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.)

3 Imãs: Observada pela primeira vez com o tetróxido de triferro, numa região da Ásia, chamada Magnésia. Por causa desse fato esse minério de ferro é chamado magnetita, e os ímãs também são chamados magnetos. Esses materiais tem propriedade de atrair ou repulsar o ferro. A magnetita é o ímã que se encontra na natureza: é o ímã natural. Chamamos corpo neutro àquele que não tem propriedade magnética: corpo imantado àquele que se tornou ímã (artificial). De acordo com a constituição química do ímã artificial, ele pode manter a propriedade magnética por muito tempo, até por muitos anos, ou perdê-la logo depois que cesse a causa da imantação. No primeiro caso o ímã é chamado permanente; no segundo, ímã temporal, ou transitório. Os eletroímãs são sempre ímãs temporais. Os ímãs naturais são permanentes.

4 Imãs possuem propriedades magnéticas em certas regiões, que chamamos regiões polares norte e sul. Os pólos de um ímã são inseparáveis. Se cortamos um ímã, os polos norte e sul não ficam isolados. Na parte correspondente ao polo norte aparece um novo polo sul; e na parte correspondente ao polo sul primitivo aparece um novo polo norte.

5 CAMPO MAGNÉTICO Campos magnéticos Terrestre e da Bússola Orientação do campo

6 O que é um material magnético? O que ele possui que o torna tão diferentes dos demais materiais? Parede de Block Domínios Magnéticos

7 Como tornar um material magnético? 1. A partir de um outro campo magnético. 2. A partir de uma corrente elétrica.

8 TIPOS DE MATERIAIS MAGNETIZADOS: 1. Paramagnéticos 2. Diamagnéticos 3. Ferromagnéticos

9 Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhados e que, quando na presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir dessa forma um ímã que tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor do campo magnético em um ponto qualquer. Esses materiais são fracamente atraídos pelos ímãs. Na presença de H os dipolos giram, alinhando-se com H, aumentando o efeito do campo externo. μr>1 e Xm>0 (da ordem de 10-5 a 10-2 ) São materiais paramagnéticos: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.

10 Diamagnéticos são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido do campo magnético aplicado. Assim, estabelece-se um campo magnético na substância que possui sentido contrário ao campo aplicado. Para esses materiais, μr < 1 e Xm < 0 (da ordem de 10-5 ). B no interior do material é < B 0. São substâncias diamagnéticas: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.

11 Ferromagnéticos as substâncias que compõem esse grupo apresentam características bem diferentes das características dos materiais paramagnéticos e diamagnéticos. Esses materiais se imantam fortemente se colocados na presença de um campo magnético. Para estes materiais Xm é da ordem de 10 6, conseqüentemente H<<M Ferro momento magnético líquido = 2,22 μb Cobalto momento magnético líquido = 1,72 μb Níquel momento magnético líquido = 0,60 μb São substâncias ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que são formadas por essas substâncias

12 Propriedades Magnéticas dos Materiais O movimento de uma carga elétrica 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

13 Propriedades Magnéticas dos Materiais

14 Propriedades Magnéticas dos Materiais Quando um material é submetido a um campo magnético H (campo aplicado), é originado um campo de magnetização do material, M. susceptibiliade magnética do material

15 HISTERESE MAGNÉTICA A histerese é a tendência de um material ou sistema de conservar suas propriedades na ausência de um estímulo que as gerou.

16 Coercividade Magnética Coercitividade é a capacidade que apresenta um material magnético de manter seus imãs elementares presos numa determinada posição. Esta posição pode ser modificada colocando o material magnetizado num campo magnético externo. Um material da alta coercitividade significa dizer que os seus imãs elementares resistem bastante a mudança de posição, exigindo para a sua desmagnetização um campo magnético externo mais forte. Portanto, em ciência dos materiais, a coercitividade de um material ferromagnético é a intensidade do campo magnético necessária para reduzir a magnetização deste material a zero, após a magnetização da amostra alcançar a saturação (estado na qual o material não pode absorver mais campo magnético, de tal maneira que um aumento na magnetização não provoca mudança significativa na densidade do fluxo magnético).

17 Curvas de Magnetização

18 Curvas de Magnetização

19 Curvas de Magnetização Quanto maior é a área do ciclo de histerese de magnetização mais duro magneticamente é o material

20 Os materiais magnéticos são classificados em duros e moles, estes últimos também referidos como macios ou doces. Os magnetos duros, também chamados ímãs, são aqueles "permanentes" - o que significa que exigem um forte campo externo para levar sua magnetização a zero. Já os magnetos moles possuem um magnetismo facilmente reversível. Duros Moles

21 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 Ferromagneticos (o Fe, o Ni e o Co) - χ é grande (>>1). O campo de magnetização mantém-se quando se remove o campo aplicado. Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral óxidos metálicos) os íons têm dipolos magnéticos de intensidade diferente. Logo existe sempre um momento resultante.

22 As substâncias ferromagnéticas são fortemente atraídas pelos ímãs. Já as substâncias paramagnéticas e diamagnéticas são, na maioria das vezes, denominadas de substâncias não magnéticas, pois seus efeitos são muito pequenos quando sobre a influência de um campo magnético.

23 Influência da Temperatura sobre o Comportamento Magnético

24 Supercondutividade É uma propriedade física. De característica intrínseca de certos materiais, quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas. Como esses materiais não possuem resistência elétrica, o que significa que os elétrons podem se deslocar livremente através deles, eles podem transmitir grandes quantidades de corrente elétrica por longos períodos sem perder energia na forma de calor. Foi comprovado que malhas de fios supercondutores podem transmitir correntes elétricas por centenas de anos sem nenhuma perda considerável. Essa propriedade tem implicações para a transmissão de energia elétrica, se as linhas de transmissão puderem ser feitas de cerâmicas supercondutoras, e para dispositivos de armazenamento de energia elétrica.

25 Efeito Meissner Uma propriedade de um supercondutor é que, assim que ocorre a transição do estado normal para o estado supercondutor, os campos magnéticos externos não podem penetrá-lo. Esse efeito é chamado de efeito Meissner e tem implicações para a fabricação de trens de alta velocidade com levitação magnética. Isso também tem implicações quanto à fabricação de pequenos e poderosos magnetos supercondutores para a geração de imagens por ressonância magnética.