Propriedades Magnéticas dos Materiais Eduardo Paranhos
Introdução O magnetismo é um fenômeno pelo qual os materiais exercem forças (de atração e de repulsão) uns sobre os outros. (PADILHA, 2000) É uma definição simples que precisa de algumas observações: O estado magnético de um material pode ser alterado de diversas formas; Materiais não magnéticos podem se repelir e se atrair;
Introdução O magnetismo é conhecido desde milhares de anos pelo homem (magnetita). Christian Oersted (1820): a passagem de uma corrente elétrica por um condutor gera um campo magnético que afeta uma agulha imantada de uma bússola; Michael Faraday (1831): contribuições teóricas e invenção do dínamo; James Clerk Maxwell: formulou as leis atuais do eletromagnetismo Outros nomes que contribuíram para o desenvolvimento dessa área: Oliver Heaviside, Hendrik Lorentz e Heinrich Hertz.
Conceitos Básicos As forças magnéticas surgem quando as cargas carregadas eletricamente passam a se movimentar. As linhas de força saem do polo norte em direção ao polo sul. O momento magnético de um corpo é a soma dos momentos magnéticos de cada unidade elementar que o constitui.
Conceitos Básicos A densidade de fluxo de um campo magnético é determinado por: Alguns dos parâmetros que definem as propriedades de um material: Permeabilidade Magnética Relativa: Medem a facilidade com que um campo magnético B pode ser introduzido num material; Susceptibilidade Magnética: Campo Magnético Induzido Permeabilidade Magnética Mede capacidade de um material de magnetizar-se. Campo Magnético Aplicado
Conceitos Básicos Tabela com valores de permeabilidade magnética relativa.
Comportamento magnético dos materiais Os materiais reagem de forma diferente à exposição de um campo magnético, sendo que os efeitos magnéticos ocorrem: Nas minúsculas correntes elétricas associadas; Elétrons em órbita atômica; Spins de elétrons. Quanto a classificação dos materiais magnéticos temos: Diamagnéticos; Paramagnéticos; Ferromagnéticos; Antiferromagnéticos; Ferrimagnéticos
Diamagnetismo É um magnetismo muito fraco (-10-6 a -10-5 ), pois precisa de um campo magnético externo para que os átomos do material possam ter valores de momento. Todos os materiais tem diamagnetismo, e este só pode ser observado se não ocorrer outro tipo de magnetismo. Esse tipo de magnetismo pode ser encontrado em diversos materiais como gases inertes, metais, não metais, moléculas diatômicas, compostos orgânicos e água. A susceptibilidade magnética dos materiais diamagnéticos não varia com a temperatura, e não possuem temperatura crítica. Os materiais supercondutores tem um comportamento diamagnético.
Paramagnetismo Esse tipo de magnetismo é muito fraco, assim como o diamagnetismo, apresentando susceptibilidade magnética entre 10-5 e 10-3 Os valores de susceptibilidade magnética podem variar com a mudança de temperatura. Constante Temperatura Os materiais paramgnéticos possuem em seus átomos momentos magnéticos, no entanto as orientações desses momentos tornam o momento total nulo, ou seja, sem magnetização.
Ferromagnetismo Alguns materiais metálicos possuem um momento magnético mesmo na ausência de campo externo. Possuem susceptibilidade magnética alta (10 6 ), e diminuem com o aumento da temperatura, dada pela lei de Curie-Weiss: θ aprox. θc Eles possuem uma temperatura crítica chamada temperatura de Curie (θc). Atingida essa temperatura esses materiais perdem o ferromagnetismo e passam a ter características de paramagnéticos. Algumas temperaturas de materiais ferromagnéticos: Ferro 770 C Níquel 358 C Cobalto 1130 C
Ferrimagnetismo Alguns materiais ferrimagnéticos apresentam forte magnetização. Embora sejam similares aos ferromagnéticos macroscopicamente, as origens dos momentos magnéticos os tornam diferentes. Eles são chamados de ferritas e são representadas pela fórmula geral: MFe 2 O 4, em que M pode ser um elemento metálico. Eles também apresentam a temperatura de Curie (θc), e susceptibilidade magnética é semelhante ao dos ferromagnéticos, bem como o fato de diminuir com o aumento da temperatura. θ diferente de θc
Antiferromagnetismo Esse comportamento é apresentado por alguns materiais, sendo o MnO o protótipo. Nesse tipo de material é observado um momento magnético permanente para os íons de Mn -2 e nulo para os íons de O -2. Mas o arranjo da estrutura forma momentos opostos ou antiparalelos, e assim o momento final é nulo. Eles apresentam temperatura crítica chamada de temperatura de Néel (θn), a suas susceptibilidades magnética são da mesma ordem dos paramagnéticos. E os efeitos magnéticos diminuem com o aumento da temperatura. θ diferente de θn
Materiais Magnéticos Moles e Duros As propriedades magnéticas de um material é definido pela sua estrutura eletrônica, estrutura cristalina e pela sua microestrutura (domínios magnéticos). Para explicar o fenômeno ferromagnético P. Weiss afirmou que um material ferromagnético é dividido em regiões, nas quais a magnetização é igual o valor de saturação. A fronteira (100nm) desses domínios é uma região de transição da direção de magnetização, e é denominada parede de Bloch.
Materiais Magnéticos Moles e Duros Os materiais magnéticos podem ser classificados em: duros ou moles. Os materiais moles são facilmente magnetizados ou desmagnetizados, eles possuem uma alta magnetização de saturação para um pequeno campo aplicado. São aplicados em geradores, motores elétricos e transformadores. Os materiais duros são magnetizados durante a sua fabricação e tende a retê-la, do mesmo modo eles são resistentes a desmagnetização. A maioria apresentam comportamento ferromagnético, e são aplicados em refrigeradores e fones de ouvido.
Materiais Magnéticos Moles e Duros Em relação a temperatura, por serem majoritariamente ferromagnéticos, ao ser aumentada a magnetização ou desmagnetização ocorre mais facilmente. Isso ocorre pelo aumento da movimentação das paredes de Bloch. Em casos de exceder a temperatura de Curie o comportamento ferromagnético desaparece.
Referências Bibliográficas PADILHA, A. F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. Curitiba. Hemus Livraria, 2000. 350 p.