Campo Magnético em Materiais: Magnetização e Propriedades Magnéticas, Esquemas de Materiais

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Tema 5. Campo Magnético na matéria

5.1. Magnetização;

5.2. Diamagnetismo;

5.3. Paramagnetismo;

5.4. Ferromagnetismo;

5.5. Energia em Magnetostática

5.1. Magnetização

Um corpo tem propriedades magnéticas porque os seus átomos têm momento dipolar magnético μ (ver tema 4).

Os eletrões podem produzir magnetismo de 3 modos diferentes: 1º) O magnetismo de cargas em movimento (já foi visto). 2º) O magnetismo e o spin. Um eletrão isolado pode ser considerado como uma minúscula carga negativa girando,com um momento angular intrínseco ou spin , S.

Onde h=constante Planck, e carga do e- e m massa.

• As linhas de campo magnético são as de um dipolo magnético.
• O vetor de momento magnético do spin do elétron (μS=μB) é oposto ao vetor de momento angular do spin( S ).

5.1. Magnetização

M ⃗ = d^ μ⃗ m

dV

→ I (^) m =∮ c

M d ⃗ l

Corrente de magnetização Dentro dos materiais magnéticos podemos ver cada átomo e que circula uma corrente eletrónica devida aos eletrões de cada átomo. As correntes dentro do material vai em sentido contrario, pelo que cancelam entre elas. Mas as correntes atómicas na superfície do material não cancelam-se. Produzindo uma corrente total chamada Corrente de magnetização superficial neta lm. O momento dipolar magnético total do material é:

μm = Im A, onde A, é área da secção transversal.

Vetor de magnetização O vetor de Magnetização M , definido como o momento do dipolo magnético por unidade de volumem do material.

A direção do vetor M é perpendicular à área da secção transversal e com orientação de acordo com a regra da mão direita.

5.1. Magnetização

Lei de Ampere em materiais Quando temos um cilindro magnético dentro dum solenoide com uma corrente Ic, esta produz um

campo magnético dentro do cilindro que lo magnetiza e faz ter uma corrente superficial de magnetização na mesma direção que Ic. Pelo que

a corrente total é In=NIc+Im.

Sendo a intensidade H. No S.I [A/m].

c

H d ⃗ l = N I c

5.1. Magnetização

Suscetibilidade magnética χ

5.2. Diamagnetismo

Dependendo da origem dos dipolos magnéticos e da natureza da interação entre eles, os materiais podem ser classificados em uma das seguintes categorias:

DIAMAGNÉTICOS χ ≈ -10-6^ (χ<0) PARAMAGNÉTICOS χ ≈ 10 -5^ - 10-2. FERROMAGNÉTICOS 103 ≲ χ ≲ 106

5.3. Paramagnetismo

Materiais paramagnéticos

• Nestes materiais, os átomos constituintes possuem momento de dipolo magnético permanente, do momento angular de spin dos eletrões desemparelhados. Na ausência dum campo magnético, as direções dos momentos de dipolo são aleatórias e o campo produzido pelo material é nulo. B=0 B → →
• Quando um campo é aplicado sobre um material paramagnético, os momentos de dipolo magnético dos átomos tendem a se alinhar na mesma direção e sentido de campo. Esses materiais apresentam magnetização bastante fraca, de mesma direção e sentido do campo, sendo o campo magnético no seu interior um pouco.
• Depende fundamentalmente da intensidade de H e da temperatura do material. Quanto mais baixa a temperatura, menos intenso é o campo necessário para atingir um dado grau de alinhamento.

5.3. Paramagnetismo

• A influencia orientadora dum campo magnético sobre as moléculas duma substancia paramagnética fica mais pequena pelo efeito desorientador da agitação térmica. Para muitas substancias, a variação da temperatura faz que a suscetibilidade magnética fique como: χm= C/T

Onde C é a constante de Curie, que depende do material paramagnético e T é a temperatura absoluta.

• Em campos magnéticos baixos, os materiais paramagneticos mostram uma magnetização M na mesma direção do campo externo B , descrita pela lei de Curie : M = C B /T

5.4. Ferromagnetismo

• Quando a temperatura chega ou é maior que a temperatura critica, chamada temperatura Curie, o material ferromagnético perde a sua magnetização espontânea e muda para um material paramagnético.
• A magnetização dos materiais ferromagnéticos não é uma função linear do campo magnético aplicado (como os materiais paramagneticos).
• A suscetibilidade destes materiais muda varia segundo a forma em que muda o campo aplicado.

5.4. Ferromagnetismo

Ciclo de Histerese É o gráfico do campo B do material ferromagnético frente à intensidade magnética H aplicada ao material. A forma e tamanho do ciclo dependem das propriedades do material e da intensidade do campo magnético aplicado.

Materiais magneticamente duros (imãs permanentes) são os que têm um ciclo largo e os materiais magneticamente moles (núcleos dos transformadores) têm um ciclo estreito.

A área dentro do ciclo de Histerese é a energia dissipada durante o ciclo de magnetização. Pontos 1 e 4. Saturação, o material está totalmente orientado na direção de H. Ponto 2. Magnetização remanente Br, é a magnetização que têm o material

alem da intensidade magnética ser zero (H=0). Ponto 3. Campo coercitivo Hc, é o campo magnético preciso para que a

magnetização do material seja zero (B=0) ponto 3.

Bibliografia

1. Bibliografia do programa

2. https://www.youtube.com/watch?v=LH-UtLc3_H