PROPRIEDADES MAGNÉTICAS - 01

CURSO: ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISCIPLINA: ESTRUTURA E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Belém, Outubro de 2012

SERVIÇO PÚBLICO FEDERALMINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁDIRETORIA DE ENSINO TÉCNICO E TECNOLÓGICO

PROPRIEDADES

MAGNÉTICAS

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Os “materiais magnéticos” são utilizados em inúmeras aplicações:

• Motores eléctricos;

• 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.);

O movimento de uma carga eléctrica 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

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Propriedades Magnéticas dos Materiais

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. O campo de indução

magnética gerado, B, e proporcional a soma de H e M.

O fator de proporcionalidade é a permeabilidade magnética no vácuo.

Susceptibiliade magnética do material

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Propriedades Magnéticas dos Materiais

A base física para as propriedades magnéticas dos materiais resulta do

movimento dos elétrons : movimento orbital em torno do núcleo ou

movimento de rotação (spin).

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Domínios Magnéticos

Parede Bloch

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Curvas de Magnetização

Curvas de Magnetização

Curvas de Magnetização

Quanto maior é a área do ciclo de histerese de

magnetização mais “duro magneticamente” é o

material

EXEMPLOS DE MATERIAIS

MAGNÉTICOS DUROS E MACIOS

Classificação dos materiais em termos depropriedades 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 Ferromagnéticos (o Fe, o Ni e o Co) - χ é grande (>>1). O campo de magnetização

mantém-se quando se remove o campo aplicado. O

Materiais Antiferromagnéticos - É exibido por alguns materiais e resulta do alinhamento em

sentidos opostos dos dipolos magnéticos. Como resultado os materiais antiferromagneticos

apresentam χ=0. Exemplos de materiais antiferromagneticos: Mn e Cr.

Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral óxidos metálicos) – Os íons têm dipolos

magnéticos de intensidade diferente. Logo existe sempre um momento resultante.

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.

São substâncias diamagnéticas: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.

Para esses materiais, μr < 1 e

Xm < 0 (da ordem de –10-5).

B no interior do material é < B0.

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.

Propriedades Magnéticas dos Materiais

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.

São substâncias ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que são formadas por essas substâncias

Para estes materiais Xm é da ordem de 106, conseqüentemente H<<M

Ferro momento magnético líquido = 2,22 μbCobalto momento magnético líquido = 1,72 μbNíquel momento magnético líquido = 0,60 μb

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.

Propriedades Magnéticas dos Materiais

Influência da Temperatura sobre o Comportamento Magnético

Ferrimagnéticos - Surge em alguns materiais cerâmicos em que os íons tem

diferentes momentos magnéticos. Como tal ha um momento magnético resultante.

Os materiais ferrimagneticos naturais são conhecidos genericamente por ferrites,

sendo a magnetite Fe3O4, a mais conhecida , uma vez que e um mineral nativo em

muitas regiões do planeta.

As ferrites, em geral, tem baixas condutividades elétricas e por isso tem algumas

aplicações em eletrônica: transformadores, indutores de alta frequência, cabeças de

gravação magnética, etc.

APLICAÇÕES

Ímãs permanentes (materiais magneticamente duros)

• Campainhas,

• Alto falantes,

• Reles,

• Rotores em motores elétricos,

• etc.

Transformadores: O material esta sujeito a campos magnéticos e

elétricos alternados: deve ser magneticamente macio.

BIBLIOGRAFIA

• Halliday, Resnick e Walker, Fundaments of Physics

• Callister, Fundamentals of Materials Science and Engineering, 5. ed

• Gersten, J.I. e Smith, F.W., The Physics and Chemistry of Materials ,Ed.

Jonh Wiley & Sons, New York, 2001.