Propriedades Magnéticas

7/29/2019 Propriedades Magnticas

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PROPRIEDADES MAGNTICAS

A maioria dos elementos e materiais noexibe propriedades magnticas.

Materiais que exibem propriedades

magnticas:

Ferro, Nquel, Cobalto, Gadolnio, algumasligas (SmCo5, Nd2Fe14B, ...)


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Propriedades Magnticas dos Materiais

Os materiais magnticos so utilizados em inmeras aplicaes: motores eltricos, geradores armazenamento de informao(quer como suporte da informao (fitas magnticas, discos decomputador, etc.), quer como ferramentas de gravao ou leitura dainformao armazenada em bandas magnticas.)

Iremos tentar perceber umpouco da fsica do comportamentomagntico de materiais.


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O movimento de uma carga elctrica resulta na criao de um

campo magntico. Um enrolamento de fio condutor (solenide),

com n espiras, atravessado por uma corrente i origina um campo

magntico, H, dado por:

E induz um campo, B (de induo), dado por

em que o a permeabilidade magntica no vcuo


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PERMEABILIDADE MAGNTICA

Permeabilidade Magntica ()-est relacionada com a intensidadede magnetizao.

A intensidade de magnetizao

varia em funo da intensidade docampo aplicado.

caracterstica do material

= tg = B/H

dada em Gauss/Oersted


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O Campo de Magnetizao

Quando um material submetido a um campo magntico H (campo

aplicado), originado um campo de magnetizao do material, M.

O campo de induo magntica gerado, B, proporcional soma de H

e M.

O fator de proporcionalidade a permeabilidade magntica no vcuo.


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A susceptibilidade magntica

Uma vez que M resulta da aplicao de H, natural que M seja

proporcional a H ou seja,

designa-se por susceptibilidade magntica do material.

A susceptibilidade magntica permite classificar os materiais em

termos das suas propriedades magnticas.


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Classificao dos materiais em termos de

propriedades magnticas

Materiais diamagnticos (Ex. Zn, Cd, Cu, Ag, Sn) pequenos

valores negativos de (ou seja, o campo de magnetizao

ope-se ao campo aplicado e desaparece quando de retira o

campo aplicado)

Materiais Paramagnticos (ex. Al, Ca, Pt, Ti) pequenos

valores positivos de (o campo de magnetizao desaparece

quando de retira o campo aplicado)


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Materiais Ferromagnticos (o Fe, o Ni e o Co) - grande (>1).O campo de magnetizao mantm-se quando se remove ocampo aplicado.

Materiais Antiferromagnticos (Mn, Cr) - =0. Os dipolosmagnticos alinham-se antiparalelamente.

Materiais Ferrimagnticos (ferrites, magnetites, em geralxidos metlicos) os ions tm dipolos magnticos deintensidade diferente. Logo existe sempre um momento

resultante.


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Porqu estes comportamentos diferentes ?A base fsica para as propriedades magnticas dos materiais resulta

do movimento dos eltrons.

Quer o movimento orbital em torno do ncleo quer o movimento de

rotao (spin).


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Diamagnetismo e Paramagnetismo

Quer o diamagnetismo quer o paramagnetismo so formas fracas deinterao entre os slidos e um campo magntico aplicado.

O diamagnetismo ( 0) normalmente aparece associado a tomos

com eletrons desemparelhados na ltima camada.

O movimento orbital dos e- resulta sempre numa contribuio

diamagntica, enquanto que o spin pode resultar numa contribuioparamagntica.


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O diamagnetismo est associado aos momentos magnticos orbitais dos

eltrons nos tomos ou molculas que constituem a substncia em

questo. Por isso, est presente em todas as substncias embora, na

maioria, com uma intensidade to pequena que sua presena

mascarada por outros comportamentos.

Nos supercondutores, parece que o diamagnetismo suficientementeintenso para que o campo magntico resultante no interior da amostra

seja nulo.


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Ao se aplicar um campo magntico a uma substncia qualquer,

cada eltron que se move nos tomos ou molculas fica sujeito a

uma fora adicional que provoca uma perturbao no seumovimento equivalente a uma mudana no mdulo da sua

velocidade e, portanto, uma mudana no mdulo do seu

momento magntico orbital.


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Domnios magnticosSo regies da estrutura do

material onde todos os tomoscooperam magneticamente, ouseja, so zonas de magnetizao

espontnea (


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Domnios Magnticos

De modo a minimizar a sua energia magnetosttica (associada ao fecho

das linhas de campo), os dipolos formam domnios magnticos de

dimenses relativamente reduzidas (por vezes submicromtricas).

Os domnios esto separados por limites de domnio designados por

paredes de Bloch.

Domnios Magnticos


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Domnios Magnticos

Quando expostos a um campo aplicado externo, os domnios

tendem a alinhar-se segundo a direo do campo aplicado, custa

do crescimento dos domnios com orientaes favorveis (b) ou da

reorientao dos dipolos (c).

D i M ti


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Domnios Magnticos

Imagem dos domniosmagnticos numa liga

YFe11-xTixObtida por microscopiade fora atmica.Notem que os domnios

magnticos na zona A e B(amp em c) tm cerca de300 nm de espessura.

A

B

(fonte: Daniela Nunes, Tese de Mestrado, IST, Abril de 2008)


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Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo

O antiferromagnetismo exibido por algunsmateriais e resulta do alinhamento em sentidosopostos dos dipolos magnticos. Como resultado os

materiais antiferromagnticos apresentam =0.Exemplos de materiais antiferromagnticos: Mn e Cr.

O ferrimagnetismo surge em alguns materiaiscermicos em que os ons tm diferentes momentosmagnticos. Como tal h um momento magnticosresultante. Os materiais ferrimagnticos naturais so

conhecidos genericamente por ferrites, sendo amagnetite Fe3O4, a mais conhecida , uma vez que um mineral nativo em muitas regies do planeta.


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As ferrites, em geral, tm baixas condutividades eltricas e por

isso tm algumas aplicaes em electrnica:transformadores, indutores de alta frequncia, cabeas degravao magntica, etc.

Ferromagnetismo


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Os slidos ferromagnticos so aqueles que apresentam >>1.

So materiais que apresentam uma forte interao entre os

dipolos magnticos locais (domnios magnticos) associados a

spins desemparelhados dos eletrons.

Ou seja, os dominos magnticos locais permanecem aps aremoo do campo aplicado da resultando que o campo de

magnetizao permanece aps a remoo do campo

aplicado.

i


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Ferromagnetismo

a propriedade de concentrar as linhas de fora

magntica, caracterizada pela permeabilidademagntica.

Ferromagnticos- permeabilidade magntica >1 (subst.Paramagnticas) - eltrons desemparelhados

Ferro, Cobalto, Nquel e Gadolnio

Outros metais-permeabilidade magntica


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As flutuaes de origemtrmica tendem a desalinharaleatoriamente estes domniosmagnticos, enfraquecendo a

sua interao e, como tal osmateriais ferromagnticos s oso abaixo de umadeterminada temperatura

crtica designada porTemperatura de Curie.Existe um valor mximo de M,designado por magnetizao

de saturao

Ponto de Curie


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Ponto de Curie

a temperatura na qual os domnios

magnticos so destrudos.


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Os principais materiais ferromagnticos temperatura ambiente

com aplicaes em engenharia so:

O Fe ( Tc = 1063 K)

O Co (Tc = 1390 K)

O Ni (Tc = 627 K)

Os metais de transio Dy (Disprsio), Gd (Gadolnio), Tb (Trbio)

e Ho (Hlmio) tambm so ferromagnticos temperatura

ambiente.

Curvas de magnetizao:


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histerese, materiais magneticamente duros e magneticamente macios

Quanto maior a rea dociclo de histerese demagnetizao mais duromagneticamente o

material

Hc: campo coercitivoBs: campo remanescente

C d ti d hi t


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Curva de magnetizao ou de histereseInduo residual (Br) - a induo magntica quese conserva no corpo magnetizado, depois deanulada a intensidade do campo.

dada em Gauss

Fora coercitiva (Hc)- a intensidade de campoque tem de ser aplicado para desmagnetizar.

dado em Oersted

Material com elevado Hc = consome energia para

alinhar os domnios magnticos, de uma direopara outra. A quantidade de energia necessria

para magnetizar proporcional a rea do ciclo de

histerese.

Permeabilidade Magntica ()- a intensidade de

magnetizao. A intensidade de magnetizao variaem funo da intensidade do campo. caracterstica do material

= tg = B/H dada em Gauss/Oersted

Aplicaes


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ms permanentes (materiais magneticamente duros)

campanhas,

altofalantes,

rels,

rotores em motores eltricos,

etc.

Transformadores: o material est sujeito a campos magnticose eltricos alternados: deve ser magneticamente macio.

Armazenamento de informao magntica.


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Os dois principais requisitos que um material deve ter para poder ser

utilizado como armazm de informao magntica ter um elevado

Br e um pequeno Hc.

Porqu? Para poder reter a magnetizao quando o campo aplicado

retirado (elevado Br), e para poder ser magnetizado e desmagnetizado

(limpo, reformatado) com facilidade (pequeno Hc).

Imagem por microscopia de fora atmica


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de uma fita de cassete de vdeo (Cr2O

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A espessura dos domniosmagnticos cerca de 400 nm, ou

seja 4x10-7

m, ou seja 40 milhes decaracteres por metro...

Classificao das ligas magnticas


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Classificao das ligas magnticas

A classificao feita de acordo com a forma

da curva de histerese. O nome esta relacionado com as propriedades

mecnicas/metalrgicas da liga:

Ligas Magnticas Duras

Ligas Magnticas Macias

Ligas magnticas duras


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Ligas magnticas duras

- Se caracterizam pelo grande valor de Hc e alto Br

- So ligas endurecidas com estruturasdesequilibradas, dispersas

- So utilizadas na fabricao de ims permanentes

Ligas magnticas macias


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Ligas magnticas macias

- Apresentam Hc de baixo valor e pequenas perdasde histerese e baixo Br.

- So ligas organizadas. Geralmente metais puros

com boa qualidade estrutural.

- So empregadas como ligas a serem submetidas magnetizao alternada (ncleos detransformadores)


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Os materiais magneticamente maciosSo utilizados sobretudo emaplicaes onde existam camposmagnticos alternados e as perdas deenergia devem ser minimizadas.

Os materiais magneticamente durosso utilizados em ms permanentes.

CURVA HISTERTICA PARA LIGAS MAG DURAS E MACIAS


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CURVA HISTERTICA PARA LIGAS MAG. DURAS E MACIAS


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Papel dos elementos de liga Aumentam a fora coercitiva ou dureza magntica Diminuem o tamanho de gro

A formao de uma segunda fase, pela adio deelementos de liga (acima do limite de solubilidade), contribui

para o aumento do Hc. Quanto mais elevada a disperso dasegunda fase maior o Hc.

O endurecimento causado pela transformaes de fase ou

pela diminuio do tamanho de gro aumenta o Hc, porqueevita a redistribuio ao acaso dos domnios magnticos.

Campo Eletromagntico gerado por um toride


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Fora Magneto-Motriz


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Regra de Fleming para determinar a relao entre I, H e F


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Regra de Ampre Regra da Mo Direita


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Mo direita envolvendo o condutor com o polegar apontando para o sentidoconvencional da corrente eltrica, os demais dedos indicam o sentido das linhasde campo que envolvem o condutor.

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