PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

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Substâncias nas quais esse efeito excede o diamagnetismo comum a todos os átomos mostram a propriedade do paramagnetismo. Nos átomos das substâncias ferromagnéticas existem elétrons não-emparelhados cujos spins são orientados na mesma direção. O ferro, o cobalto e o níquel, os elementos de terras raras, gadolínio e disprósio, algumas ligas desses e de outros elementos e certos óxidos metálicos, chamados ferritas, exibem fortes propriedades ferromagnéticas. Os níveis quânticos eletrônicos internos, ou camadas, das estruturas atômicas da maioria dos elementos contém apenas elétrons emparelhados. O nível quântico mais alto, ou camada externa, de cada um dos gases nobres (exceto o hélio) consiste de um octeto estável de elétrons, composto de quatro pares eletrônicos, e os átomos de outros elementos atingem essa configuração estável formando ligações químicas. Somente em certos elementos de transição, que têm camadas internas incompletas, é que os elétrons não-emparelhados resultam em propriedades ferromagnéticas.

A configuração eletrônica do átomo do ferro, na ilustração abaixo, mostra quatro elétrons não-emparelhados no terceiro nível quântico principal. Os spins identicamente orientados desses elétrons explicam seu forte termomagnetismo.

O átomo de ferro tem fortes propriedades ferromagnéticas.

Os domínios magnéticos do que se disse acima pareceria que todo pedaço de ferro deveria comportar-se como ímã. Todavia, os átomos são agora agrupados em microscópicas regiões magnéticas, chamadas domínios. Os átomos em cada domínio são magneticamente polarizados, paralelamente a um eixo de cristal. De ordinário, esses domínios são orientados em todas as direções possíveis paralelas aos eixos de cristal, de modo que tendem a cancelar-se mutuamente, e o magnetismo liquido é essencialmente zero. Na ilustração abaixo, a polaridade de cada domínio em um material desmagnetizado é representada por uma seta.

Os domínios de uma substância ferromagnética desmagnetizada

são polarizados ao longo do eixo do cristal. Os sinais de ponto e

x representam setas saindo e entrando no monitor, respectivamente.

Quando um material ferromagnético é colocado num campo magnético externo e se torna imantado, acredita-se que ocorram dois efeitos. Os domínios favoravelmente orientados no campo magnético podem aumentar de tamanho à custa dos domínios adjacentes. Outros domínios podem tornar-se mais favoravelmente orientados com respeito ao campo externo. Se os limites dos domínios permanecem aumentados até certo ponto, depois que a força magnetizadora externa foi retirada, diz-se que o material está "permanentemente" imantado.

A temperatura Curie

Quando a temperatura de um material ferromagnético é elevada acima de certo valor crítico, as regiões dos domínios desaparecem e o material se torna simplesmente paramagnético. Esta temperatura é conhecida como ponto Curie, e é normalmente inferior ao ponto de fusão da substância. Os pontos Curie para certas substâncias ferromagnéticas constam da seguinte tabela.

PONTOS CURIE DE ELEMENTOS FERROMAGNÉTICOS

Elemento

Ferro

Cobalto

Níquel

Gadolínio Ponto Curie

770oC

1131oC

358oC

16oC

A fotomicrográfica

Os físicos aperfeiçoaram uma técnica que lhes permite ver e fotografar os domínios microscópicos num material ferromagnético, sendo os domínios delineados com partículas coloidais de óxido de ferro. Uma fotomicrográfica típica de domínios magnéticos aparece na ilustração a seguir, e esta técnica pode ser usada para indicar o que ocorre dentro de um ímã quando ele é sujeito a várias manipulações experimentais.

Foto micrográficas de domínios magnéticos (Bell Telephone Laboratories).

Uma tecnologia de ímãs, baseada num grupo de substâncias ferromagnéticas conhecidas como ferritas, resulta em ímãs fortes e resistentes, dotados de propriedades únicas. As ferritas são óxidos de ferro combinados com óxidos de outros metais como o manganês, o cobalto, o níquel, o cobre e o magnésio, os quais são pulverizados, moldados na forma desejada sob pressão e aquecidos a temperaturas elevadas. Como óxidos, as ferritas têm resistência elétrica muito elevada, propriedade extremamente importante em algumas aplicações dos materiais ferromagnéticos.

A pedra-ímã original é um material desse tipo, comumente chamado óxido de ferro magnético; quimicamente, é uma combinação de óxido de ferro (II), Fe0, e óxido de ferro (III) Fe203. Julga-se que sua fórmula seja Fe(Fe02)2.

2.2 – Histerese.

O que é um processo de histerese e como ele induz a liberação de energia?

O esquema acima mostra como a magnetização de um material magnético varia em função da intensidade do campo magnético aplicado sobre ele (adaptado de Hyper Physics).

Os retângulos com as pequenas setas sugerem a existência de domínios magnéticos no material. Na verdade, as setas representam os momentos magnéticos, algo como ímãs microscópicos responsáveis pela magnetização do material. No estado desmagnetizado, os momentos magnéticos dos domínios apontam aleatoriamente em todas as direções. É por isso que nesse estado a magnetização total é nula.

A situação muda se o material for colocado em uma região na qual existe um campo magnético. À medida que a intensidade do campo magnético H aumenta, os momentos magnéticos tendem a seguir a orientação do campo externo, da mesma maneira como a agulha de uma bússola segue a orientação do campo magnético terrestre. Os momentos magnéticos que apontam no sentido do campo externo produzem a magnetização do material, que cresce até certo limite, conhecido como magnetização de saturação. Este é um processo que exige energia: gastamos energia ao usar o campo externo H para orientar os momentos magnéticos dos domínios.

A curva tracejada representa a evolução do material