Propriedades magnéticas dos materiais| Ciência e Tecnologia dos Materiais - SENAC

Centro Universitário Senac Engenharia Ambiental e Sanitária Ciência e Tecnologia dos Materiais

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DOS MATERIAIS Aline Vieira Jade Souza Thiago Rocha

Prof.ª Emília Seo

Junho/2016

INTRODUÇÃO • Todas as substâncias (sólidas líquidas ou gasosas) possuem alguma característica magnética, em todas as temperaturas.

• O que faz com que o magnetismo seja uma propriedade básica de qualquer material.

FENÔMENOS MAGNÉTICOS

ATRAÇÃO E REPULSÃO • Alguns materiais apresentam a capacidade de atração e repulsão entre eles.

• Podendo ser explicada pela existência de dois pólos diferentes no material – norte e sul. A esta configuração de dois pólos dá-se o nome de dipolo- magnético.

Secretaria da Educação do Paraná, sd.

MAGNETISMO • O magnetismo é uma propriedade de natureza elétrica, e está relacionada com uma carga em movimento e tem sua origem na estrutura eletrônica dos átomos (camadas de valência).

• São de dois tipos os movimentos, associados ao elétron que podem explicar a origem dos momentos magnéticos: o momento angular orbital do elétron, e o momento angular do “spin” do elétron.

• As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são uma consequência dos momentos magnéticos que estão associados aos elétrons individuais.

FILHO & SARAIVA, 2007

COMPORTAMENTOS MAGNÉTICOS DOS MATERIAIS

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS • Diamagnetismo; • Paramagnetismo; • Ferromagnetismo  Antiferromagnetismo

São classificados em termos da influência de um campo magnético externo sobre a orientação de seus momentos magnéticos.

 Ferrimagnetismo

•

Todos os materiais exibem pelo menos um desses tipos, e o comportamento depende da resposta do elétron e dos dipolos magnéticos atômicos à aplicação de um campo magnético externo.

DIAMAGNETISMO • Apresentam um momento magnético externamente, ou seja, pólos magnéticos como um imã permanente.

• Quando submetidas a um campo externo, sempre respondem com uma tendência de se afastarem da região em que este campo é mais forte e, por este motivo, diz-se que possuem magnetismo negativo.

• Quando na presença deste campo externo produzem seu próprio campo magnético, mas sempre com uma polaridade oposta.

• São resultados do movimento orbital dos elétrons que, circulando ao redor do núcleo, formam um anel eletrônico de corrente e produzem um campo magnético.

• O diamagnetismo é uma propriedade de todos os materiais, mas como é um efeito relativamente fraco, ele só pode ser facilmente observado nos materiais que não sejam também paramagnéticos.

• Substâncias puramente diamagnéticas podem ser caracterizadas por uma propriedade magnética chamada susceptibilidade, ; e pode ser aproximada por: Z = nº de elétrons em cada átomo ; A = massa; NA= nº de Avogadro ; r = distância média dos elétrons ao núcleo; µ0 = permeabilidade do vácuo.

PARAMAGNETISMO • Os materiais paramagnéticos são aqueles em que a ação do campo magnético externo a eles aplicado é o de alinhar os momentos magnéticos dos seus átomos (quando existirem) ou moléculas com o campo externo.

• Eles exibem uma magnetização líquida (diferente de zero), apenas enquanto estão sob a ação de um campo magnético externo.

• http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6038

COSMO QUIMICA, 2016

COSMO QUIMICA, 2016

DREAMSTIME, s.d.

COSMO QUIMICA, 2016

• Os materiais também são atraídos por imãs, interagindo com outros objetos que produzem campos magnéticos. No entanto, a força de atração exercida por esses materiais é bem menor que as forças exercidas pelos imãs.

• O paramagnetismo dos materiais tem relação com o momento de dipolo magnético dos seus constituintes.

•

Assim, uma substância será paramagnética se os átomos tiverem elétrons não emparelhados.

Relação entre paramagnetismo e diamagnetismo

Fonte: USP, s.d.

FERROMAGNETISMO • O ferromagnetismo apresenta como característica o momento magnético permanente na ausência de um campo externo, e magnetizações muito grandes e permanentes.

Ligas Heusler

• Quando os materiais ferromagnéticos não estão imantados, a orientação de seus diversos domínios magnéticos é aleatória, cancelando seus efeitos. Mas quando são submetidos a ação de um campo externo, seus domínios magnéticos podem mudar de orientação. Dependendo da intensidade do campo externo, esses domínios podem se orientar paralelamente a ele, somando seus efeitos e magnetizando o material.

Fonte: Docplayer, 2016

ANTIFERROMAGNETISMO • O alinhamento dos momentos de spin de átomos ou íons vizinhos em direções exatamente opostas é denominado antiferromagnetismo. Exemplo: Compostos de Cromo e Manganês.

Fonte: Dos Autores, 2016.

FERRIMAGNETISMO • Os materiais ferrimagnéticos também se ordenam em subredes que apresentam cada uma dessas magnetizações espontâneas em direções distintas. Porém , as subredes não são equivalentes resultando numa soma não nula das magnetizações.

PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PRESENTES EM FERROFLUIDOS • Fluidos magnéticos (ferrofluidos) são dispersões coloidais compostas por nano partículas magnéticas dispersas em um fluído.

• Dentre as técnicas de controle são definidos o tamanho das partículas presentes no fluido e o seu revestimento com uma camada de proteção.

FRAZÃO, 2014.

Domínios • Qualquer material ferromagnético ou ferrimagnético que esteja em uma temperatura abaixo de Tc é composto por regiões de pequeno volume nas quais há um alinhamento mútuo de todos os momentos de dipolo magnéticos em uma mesma direção (região denominada domínio).

UNAD, s.d.

Os domínios adjacentes estão separados por contornos ou paredes de domínio, através dos quais a direção da magnetização varia gradualmente.

OUTRAS PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DOS MATERIAIS

ARMAZENAMENTO MAGNÉTICO • Os materiais magnéticos são armazenamento de informações.

importantes

na

Mesquita, s.d.

Americanas, s.d.

Mastercard, 2016.

área

de

SUPERCONDUTIVIDADE • É uma propriedade física que certos materiais apresentam quando são esfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistências e nem perdas de energia.

Sala de Física, s.d.

Verli, 2016

Essa propriedade não é aplicada somente na transmissão de energia elétrica, mas também em várias outras como, por exemplo: • Nos fios supercondutores utilizados em computadores, permitindo que os chips sejam cada vez menores e mais rápidos no processamento de dados.

• Em ímãs, permitindo que eles possam flutuar sobre a superfície de um material supercondutor.

OS PAPÉIS DAS PROPRIEDADES MAGNÉTICAS E DA ENGENHARIA PARA UMA SOCIEDADE SUSTENTÁVEL

MAGLEV

TRANSPORTE

ENERGIA

• Com relação a sistemas de transporte sobre trilhos – o trem Maglev se diferencia de um trem convencional por não têm um motor (quase imperceptível).

• Energia eólica através da turbina Maglev que utiliza levitação magnética para oferecer um desempenho muito superior em relação às turbinas tradicionais.

• Ao invés de usar combustível fóssil, o campo magnético criado pela bobina eletrificada nas paredes do trilho guia e o trilho se juntam para impulsionar o trem.

• A turbina utiliza ímãs permanentes feitos de neodímio, e não eletroímãs, que poderiam diminuir seu rendimento líquido

Sala de Física, 2015.

Sala de Física, 2015.

Mijndomein, 2014.

REFERÊNCIAS • ARANTES, F. R. Estudo do comportamento magnético de nanopartículas de magnetita e nanofios de níquel diluídos em cristais líquidos liotrópicos. Brasília: Tese (Doutorado em Física) - Instituto de Física, Universidade de Brasília., 2006.

• FARIA, R. N.; LIMA, L. F. C. P. Introdução ao magnetismo dos materiais.

São Paulo: Editora Livraria da Física, 2005.

• SHACKELFORD, J. F. Introdução à ciência dos materiais para engenheiros.

Tradução de DANIEL VIEIRA. 6ª. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. 416 - 431 p.

• CALISSTER, W. D. J.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Oitava. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 686 - 687 p.