Materiais de ferromagnetismo, aplicações e exemplos

Ele Ferromagnetismo É a propriedade que dá a algumas substâncias uma resposta magnética intensa e permanente. Na natureza, existem cinco elementos com esta propriedade: ferro, cobalto, níquel, gadolinio e disposio, o último terras raras.

Na presença de um campo magnético externo, como o produzido por um ímã natural ou um eletroímã, uma substância responde de maneira característica, de acordo com sua configuração interna. A magnitude que quantifica essa resposta é a permeabilidade magnética.

Ímãs formando uma ponte. Fonte: Pixabay

A permeabilidade magnética é uma quantidade sem dimensão dada pelo quociente entre a intensidade do campo magnético gerado dentro do material e o do campo magnético aplicado externamente.

Quando essa resposta é muito maior que 1, o material é classificado como ferromagnético. Por outro lado, se a permeabilidade não for muito maior que 1, considera -se que a resposta magnética é mais fraca, eles são materiais paramagnéticos.

Em ferro, a permeabilidade magnética é da ordem de 10⁴. Isso significa que o campo dentro do ferro é cerca de 10000 vezes maior que o campo que se aplica externamente. O que dá uma idéia de quão poderosa é a resposta magnética deste mineral.

[TOC]

Como a resposta magnética se origina dentro das substâncias?

O magnetismo é conhecido é um efeito associado ao movimento de cargas elétricas. Essa é precisamente a corrente elétrica. De onde vêm as propriedades magnéticas do ímã da barra de então de onde uma nota foi atingida na geladeira?

O material do ímã, e também qualquer outra substância contém prótons e elétrons dentro, que têm seu próprio movimento e geram correntes elétricas de várias maneiras.

Um modelo muito simplificado supõe que o elétron em órbita circular ao redor do núcleo formado por prótons e nêutrons, formando uma pequena espuma de corrente da corrente. Cada SPASE associou uma magnitude vetorial chamada "Momento magnético orbital", cuja intensidade é dada pelo produto da corrente e pela área determinada pelo loop: o bohr magneton.

Obviamente, nesse pouco, a corrente depende da carga de elétrons. Como todas as substâncias contêm elétrons dentro, todos têm a possibilidade de expressar propriedades magnéticas. No entanto, nem todos eles fazem.

Isso ocorre porque seus momentos magnéticos não estão alinhados, mas organizados dentro de forma aleatória, de modo que seus efeitos magnéticos no nível macroscópico são cancelados.

a história não acaba aqui. O produto de momento magnético do movimento eletrônico ao redor do núcleo não é a única fonte possível de magnetismo nessa escala.

Pode atendê -lo: astrofísica: objeto de estudo, história, teorias, ramificações

O elétron tem um tipo de movimento de rotação ao redor de seu eixo. É um efeito que se traduz em um momento angular intrínseco. Esta propriedade é chamada rodar do elétron.

Naturalmente, também tem um momento magnético associado e é muito mais intenso que o momento orbital. De fato, a maior contribuição para o momento magnético líquido do átomo é através da rotação, apesar dos dois momentos magnéticos: a da tradução mais o momento angular intrínseco, contribui para o momento magnético total do átomo.

Esses momentos magnéticos são aqueles que tendem a se alinhar na presença de um campo magnético externo. E eles também os fazem com os campos criados por momentos vizinhos no material.

Agora, os elétrons geralmente formam casais em átomos com muitos elétrons. Os casais são formados entre elétrons com rotação oposta, resultando no momento magnético de Spin.

A única maneira de o giro contribui para o momento magnético total é que alguém desaparece, ou seja, o átomo tem um número ímpar de elétrons.

Vale a pena perguntar o que há sobre o momento magnético dos prótons no núcleo. Porque eles também têm um tempo de rotação, mas não é considerado contribuir significativamente para o magnetismo de um átomo. É porque o momento de rotação depende inversamente da massa e massa do próton é muito maior que o do elétron.

Domínios magnéticos

Em ferro, cobalto e níquel, a tríade de elementos com grande resposta magnética, o momento líquido de rotação produzido por elétrons não é zero ... nesses metais, elétrons no orbital 3D, o mais externo contribuir para o momento magnético líquido. É por isso que esses materiais são considerados ferromagnéticos.

No entanto, esse momento magnético individual de cada átomo não é suficiente para explicar o comportamento de materiais ferromagnéticos.

Dentro de materiais fortemente magnéticos, existem regiões chamadas Domínios magnéticos, cuja extensão pode variar de 10^-4 e 10^-1 cm e que contêm bilhões de átomos. Nessas regiões, os momentos de rotação líquida dos átomos vizinhos gerenciam.

Quando um possessor de domínio magnético se aproxima de um ímã, os domínios se alinham, intensificando o efeito magnético.

É devido ao fato de que os domínios, como ímãs de bares, têm pólos magnéticos, igualmente denotados como norte e sul, de modo que os pólos iguais repelem e os opostos atraem.

Pode servir a você: Som propagação

À medida que os domínios estão alinhados com o campo externo, o material emite rangos que podem ser ouvidos pela amplificação apropriada.

Este efeito pode ser visto quando um ímã atrai unhas de ferro doce e estas por sua vez se comportam como ímãs atraindo outras unhas.

Domínios magnéticos não são fronteiras estáticas estabelecidas dentro do material. Seu tamanho pode ser modificado pelo resfriamento ou aquecimento do material e também sujeitando -o à ação de campos magnéticos externos.

No entanto, o crescimento do domínio não é ilimitado. No momento em que não é mais possível alinhá -los, diz -se que o ponto de saturação do material foi alcançado. Este efeito é refletido nas curvas de histerese que aparecem mais tarde.

O aquecimento do material causa a perda de alinhamento de momentos magnéticos. A temperatura na qual a magnetização é completamente perdida de acordo com o tipo de material, para um ímã de barra, cerca de 770 º C geralmente é perdido.

Depois que o ímã foi removido, a magnetização das unhas é perdida devido à agitação térmica presente o tempo todo. Mas existem outros compostos que têm magnetização permanente, por ter domínios alinhados espontaneamente.

Os domínios magnéticos podem ser observados quando um material ferromagnético plano é cortado e polido muito bem. Uma vez que isso é polvilhado com pó ou arquivos de ferro fino.

Sob o microscópio, observa -se que os chips estão agrupados nas regiões de formação mineral com uma orientação muito bem definida, seguindo os domínios magnéticos do material.

A diferença de comportamento entre vários materiais magnéticos se deve à maneira como os domínios são comportados.

Histerese magnética

A histerese magnética é uma característica que apenas materiais com alta permeabilidade magnética têm. Não apresente os materiais paramagnéticos ou diamagnéticos.

Representa o efeito de um campo magnético externo aplicado, que é indicado como H Sobre indução magnética B de um metal ferromagnético durante um ciclo de imanação e desimanação. O gráfico mostrado tem o nome da curva de histerese.

Ciclo de histerese ferromagnética

Inicialmente no ponto ou não há campo aplicado H Sem resposta magnética B, mas como a intensidade de H, Indução B aumenta progressivamente até atingir a magnitude da saturação B_s No ponto A, o que é esperado.

Agora a intensidade de H até que seja feito, com isso é alcançado para o ponto C, no entanto, a resposta magnética do material não desaparece, mantendo um Magnetização restante indicado por valor B_r. Significa que o processo não é reversível.

Pode atendê -lo: eletrodinâmica

A partir daí a intensidade de H Aumentar, mas com a polaridade invertida (sinal negativo), para que a magnetização restante seja anulada no ponto D. O valor necessário de H É denotado como H_c e receber o nome de campo coercitivo.

A magnitude de H aumenta para o valor de saturação em e e imediatamente a intensidade de H Ele diminui até atingir 0, mas há uma magnetização restante com polaridade oposta à descrita acima, no ponto f.

Agora a polaridade de H Novamente e sua magnitude é aumentada para cancelar a resposta magnética do material no ponto G. Seguindo o caminho, sua saturação fica de novo. Mas o interessante é que ele não chegou lá na estrada original indicada pelas setas vermelhas.

Materiais magneticamente duros e macios: aplicações

O ferro doce é mais fácil de magnetizar do que o aço e tocar o material, o alinhamento dos domínios é ainda mais facilitado.

Quando um material é fácil de magnetizar e dobrá -lo, diz -se que é magneticamente macio, E, claro, se o oposto acontecer é um material magneticamente difícil. Neste último, os domínios magnéticos são pequenos, enquanto no primeiro eles são grandes, para que possam ser vistos através do microscópio, conforme detalhado acima.

A área cercada pela curva de histerese é uma medida da energia necessária para magnetizar - dobrar o material. Na Figura dois, as curvas de histerese são apreciadas por dois materiais diferentes. O da esquerda é magneticamente macio, enquanto o da direita é difícil.

Um material ferromagnético suave tem um campo coercitivo H_c pequena e estreita e alta curva de histerese. É um material apropriado para colocá -lo no núcleo de um transformador elétrico. Exemplo deles são de ferro doce e silício e ligas de ferro-níquel, úteis para equipamentos de comunicação.

Por outro lado, os materiais magneticamente difíceis são difíceis de desaparecer uma vez imaginados, como nas ligas Alnico (alumínio-nickel-golto) e ligas de terras raras com as quais os ímãs permanentes são fabricados.

Referências

1. Eisberg, r. 1978.  Física quântica.  Limusa. 557 -577.
2. Jovem, Hugh. 2016. Física da Universidade de Sears-Zansky com Física Moderna. 14ª ed. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Estudo de mineralogias associadas ao poço de petróleo de Guafita 8x pertencente ao Guafita Campo (Estado de apure) através de medições de suscetibilidade magnética e Mossbauer. Tese de diploma. Universidade Central da Venezuela.