Propriedades magnéticas de minerais e rochas

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1 Propriedades magnéticas de minerais e rochas

2 Magnetismo de rochas Associação do movimento do eletron ao redor do núcleo atômico com o movimento dos planetas ao redor do Sol. - carga orbitando forma uma corrente elétrica com momento magnético orbital associado; - momento magnético do spin associado ao movimento de rotação que o eletron faz ao redor do seu eixo; Cada momento magnético é diretamente relacionado ao seu momento angular. O momento magnético m de cada átomo é associado a um circuito de corrente.

3 Intensidade de magnetização e momento magnético Lembrando que: momento magnético m: produto d.p entre a intensidade p e a distância d definida de p a +p. SI o momento é dado em Am 2 intensidade de magnetização M é dada pela razão entre a soma dos momentos magnéticos do dipolo, mi, e o volume O momento do dipolo é o parâmetro mais importante de um corpo magnetizado. A intensidade de magnetização é a quantidade fundamental que descreve o estado magnético do corpo. As duas grandezas têm a mesma direção. [M]=A m 2 /m 3 =A/m Relembrando algumas dimensões no SI campo B [B]=N/Am constante [µ 0 ]=N/A 2 B/ µ 0 =A/m M e B/ µ 0 tem a mesma dimensão m d p mi M i V

4 Intensidade de magnetização M e B/ µ 0 tem a mesma dimensão - mas dentro de um material M não é exatamente igual a B/ µ 0 - diferença é o campo H H B / M 0 Linhas de força de B sempre formam um circuito fechado Linhas de forca de H são descontínuas nas superfícies onde a magnetização M muda em intensidade ou direção. Métodos magnéticos usam H

5 Intensidade de magnetização anomalias magnéticas são analisadas como distribuição fictícia de dipolos conceitualmente falso mas mais fácil de ser modelado H e M tem polaridades opostas Fora do corpo B e H são paralelos e H é descontínuo No vácuo M=0 e B e H são paralelos e proporcionais B 0 H Dentro de um material magnetizável campo B tem duas fontes: - sistema externo de correntes que produzem o campo H; - conjunto de correntes atômicas internas que levam os momentos magnéticos atômicos a se alinharem causando a magnetização M

6 Intensidade de magnetização Em materiais anisotrópicos B M e H não são paralelos No caso de um corpo que não é fortemente anisotrópico, todos os momentos magnéticos ficam estatisticamente alinhados com o campo magnético. Neste caso M e H são paralelos e proporcionais k é a suscetibilidade magnética. Uma medida da facilidade com que o material pode ser magnetizado. No SI é adimensional B M kh 0 ( H M ) B 0 ( H M ) 0H (1 k) 0H μ = (1+k) é conhecida como permeabilidade magnética do material, é uma medida da habilidade do material de transmitir o fluxo magnético. Para minerais e rochas comuns, não ferromagnéticas, μ 1.

7 Propriedades magnéticas As propriedades magnéticas estão associadas ao movimento orbital do elétron em torno do núcleo e ao movimento de rotação do eletron em torno do próprio eixo, spin. Segundo o princípio da exclusão de Pauli: dois eletrons em um sistema NÃO podem ter o mesmo conjunto de números quânticos. Cada órbita de elétrons possível pode ser ocupadas por 2 eletrons com spin opostos (+1/2, -1/2) Átomos com camadas eletrônicas completas tem momento magnético nulo Átomos com camadas eletrônicas incompletas possui momento magnético diferente de zero Os spins tendem a alinhar-se na direção de um campo magnético externo Sólido: a magnetização é dependente da posição de cada átomo dentro da rede cristalina e de como esta rede é estruturada

8 Suscetibilidade magnética A - Paramagnéticos: pequena e positiva. minerais de argila, clorita, anfibólio, piroxênio, olivina. B- Diamagnéticos: baixa e negativa, no SI é da ordem Ex.: quartzo e calcita.

9 Suscetibilidade magnética Ferromagnéticos: (ferro, níquel, cobalto) a posição que os átomos ocupam dentro do arranjo cristalino permite a troca de elétrons entre os átomos vizinhos. Essa troca produz um forte campo molecular dentro do metal que permite o alinhamento do momento magnético atômico exatamente paralelo ao campo indutor produzindo magnetização espontânea. C - Antiferromagnetismo: o alinhamento dos domínios é antiparalelelo, não é possível adquirir magnetização remanescente, a susceptibilidade é fraca e positiva, ex.: ilmenita. D- Ferrimagnetismo: o alinhamento dos domínios é antiparalelelo mas não chegam a se cancelar, ex.: magnetita (Fe3O4), maghematita, pirrotita e goetita.

10 Susceptibilidade magnética (SI) Rocha Intervalo Média Rocha Intervalo Média Sedimentar Ígnea Calcáreo Granito Arenito Dolerito Folhelho Diabásio Média Gabro Metamórfica Basalto Anfibolito 60 Piroxenito Gneisse Peridotito Quartizito 350 Andesito Serpentinito Média ácidas Média Média básicas

11 Magnetização remanente nas rochas Histerese M magnetização H é o campo indutor MS é a magnetização de saturação (limite de magnetização que o material pode adquirir), MRS é a magnetização residual (remanente térmica), HC é o campo coercivo (campo necessário para remover toda a magnetização adquirida), HRC é o campo necessário para induzir uma magnetização reversa

12 Magnetização remanente nas rochas Termoremanente Temperatura de Curie da magnetita: 578 o C e da hematita: 675 o C.

13 Magnetização remanente nas rochas Deposicional Química