Momentização Orbital e Moment Magnético, exemplos

O magnetização É uma quantidade de vetor que descreve o status magnético de um material e é definido como a quantidade de momentos magnéticos dipolares por unidade de volume. Um material magnético pode ser considerado -there ou níquel, por exemplo -como se fosse constituído por muitos pequenos ímãs chamados dipolos.

Normalmente, esses dipolos, que por sua vez têm polos magnéticos norte e sul, são distribuídos com um certo grau de desordem dentro do volume do material. O distúrbio é menor em materiais com fortes propriedades magnéticas, como ferro e maior em outros com magnetismo menos óbvio.

figura 1. Dipóis magnéticos são organizados aleatoriamente dentro de um material. Fonte: f. Zapata.

No entanto, ao colocar o material no meio de um campo magnético externo, como o que ocorre dentro de um solenóide, os dipolos são orientados de acordo com o campo e o material é capaz de se comportar como um ímã (Figura 2).

Figura 2. Colocando um material como um pedaço de ferro, por exemplo, dentro de um solenóide através do qual uma corrente eu passa, o campo magnético deste alinhamento dos dipolos no material. Fonte: f. Zapata.

Ser M O vetor de magnetização, que é definido como:

Onde m_Yo Por sua vez, é outro vetor, chamado Momento magnético dipolar. A origem deste vetor está no átomo e será clara na seção a seguir.

Agora, a intensidade da magnetização no material, como resultado de estar imerso no campo externo H, É proporcional a isso, portanto:

M ∝ H

A constante de proporcionalidade depende do material, é chamada de suscetibilidade magnética e denota como χ:

M =χ. H

As unidades de M No sistema internacional, eles são amperes/medidores, bem como os de H, Portanto χ não tem dimensão.

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Momento magnético orbital e spin

O magnetismo decorre de mover cargas elétricas, portanto, para determinar o magnetismo do átomo, devemos levar em consideração os movimentos das partículas carregadas que o constituem.

Pode atendê -lo: capacidade de calor Figura 3. O movimento eletrônico ao redor do núcleo contribui para o magnetismo com o momento magnético orbital. Fonte: f. Zapata.

Começando com o elétron, que é considerado orbitando o núcleo atômico, é como um minúsculo espiral (circuito fechado ou loop de corrente fechada). Este movimento contribui para o magnetismo do átomo graças ao vetor de momento magnético orbital m, cuja magnitude é:

M = i.PARA

Onde Yo É a intensidade atual e PARA É a área bloqueada pelo loop. Portanto, as unidades de m No sistema internacional (SI), eles são AMPS X MEDADO quadrado.

O vetor m É perpendicular ao plano da SPASE, como mostrado na Figura 3 e é direcionado conforme indicado pela regra do polegar direito.

O polegar é orientado na direção da corrente e os quatro dedos restantes são rolados ao redor do loop, apontando para cima. Este pequeno circuito é equivalente a um ímã de barra, conforme indicado pela Figura 3.

Momento magnético de Spin

Além do momento magnético orbital, o elétron se comporta como se se girasse sobre si mesmo. Isso não acontece exatamente dessa maneira, mas o efeito resultante é o mesmo, por isso é outra contribuição que deve ser levada em consideração para o momento magnético líquido de um átomo.

De fato, o momento magnético de Espín é mais intenso que o momento orbital e é o principal responsável pelo magnetismo líquido de uma substância.

Figura 4. O momento magnético de Espín é o que mais contribui para a magnetização líquida de um material. Fonte: f. Zapata.

Os momentos de Espín estão alinhados na presença de um campo magnético externo e criam um efeito em cascata, alinhando -se sucessivamente com momentos vizinhos.

Nem todos os materiais exibem propriedades magnéticas. Isso se deve ao fato de que os elétrons de rotação opostos formam casais e cancelam seus respectivos momentos magnéticos de Espín.

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Somente se alguém desaparecer, há contribuição para o momento magnético total. Portanto, apenas átomos com número ímpar de elétrons têm a possibilidade de ser magnético.

Os prótons no núcleo atômico também fazem uma pequena contribuição para o momento magnético total do átomo, porque eles também têm rotação e, portanto, um momento magnético associado.

Mas isso depende inversamente da massa, e a do próton é muito maior que a do elétron.

Exemplos

Dentro de uma bobina, através da qual uma corrente elétrica passa, um campo magnético uniforme é criado.

E como descrito na Figura 2, ao colocar um material lá, os momentos magnéticos disso estão alinhados com o campo da bobina. O efeito líquido é produzir um campo magnético mais intenso.

Os transformadores, dispositivos que aumentam ou diminuem as tensões alternativas, são bons exemplos. Eles consistem em duas bobinas, primário e ensino médio, sobrecarregado em um núcleo de ferro doce.

Figura 5. No núcleo do transformador, ocorre uma magnetização líquida. Fonte: Wikimedia Commons.

A bobina primária é feita por uma corrente de mudança que alternadamente modifica as linhas de campo magnéticas dentro do núcleo, que por sua vez induz uma corrente na bobina secundária.

A frequência de oscilação é a mesma, mas a magnitude é diferente. Dessa maneira, tensões maiores ou menores podem ser obtidas.

Em vez de enrolar as bobinas para um núcleo de ferro sólido, é preferível.

O motivo é devido à presença das correntes de Foucault dentro do núcleo, que têm o efeito de aquecê -lo bastante, mas as correntes induzidas nas folhas são mais baixas e, portanto, o aquecimento do dispositivo é minimizado.

Carregadores sem fio

Um telefone celular ou uma escova de dentes elétricos pode ser carregada por indução magnética, que é conhecida como carga sem fio ou carga indutiva.

Funciona da seguinte. Na alça do pincel, outra bobina é colocada (secundária).

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A corrente na bobina primária, por sua vez.

A magnitude da corrente induzida aumenta quando um núcleo de material ferromagnético é colocado na bobina principal, que pode ser ferro.

Para a bobina primária detectar a proximidade da bobina secundária, o sistema emite um sinal intermitente. Depois que a resposta é recebida, o mecanismo descrito é ativado e a corrente começa a ser induzida sem a necessidade de cabos.

Ferrofluid

Outra aplicação interessante das propriedades magnéticas da matéria é Ferrofluid. Estes consistem em pequenas partículas magnéticas de um composto de ferrita, suspensas em meio líquido, que podem ser orgânicas ou até água.

As partículas são cobertas com uma substância que impede sua aglomeração e, portanto, permanecem distribuídos no líquido.

A idéia é que a capacidade de fluir do fluido seja combinada com o magnetismo das partículas de ferrita, que não são fortemente magnéticas, mas adquirem uma magnetização na presença de um campo externo, como descrito anteriormente.

A magnetização adquirida desaparece assim que o campo externo for removido.

Ferrofluidos foram originalmente desenvolvidos pela NASA para mobilizar combustível dentro de um navio sem gravidade, dando impulso com a ajuda de um campo magnético.

Atualmente, os ferrofluidos têm muitas aplicações, algumas ainda em uma fase experimental, como:

- Reduza o atrito em falantes de alto -falantes e fones de ouvido (evite a reverberação).

- Permitir a separação de materiais com densidade diferente.

- Agir como selos nos eixos de discos rígidos e repelir a sujeira.

- Como tratamento de câncer (na fase experimental). O ferrofluido é injetado em células cancerígenas e é aplicado um campo magnético que produz pequenas correntes elétricas. O calor gerado por esses ataques malignos e os destrói.

Referências

1. Jornal brasileiro de física. Ferrofluidos: Propriedades e Aplicações. Recuperado de: sbfisica.org.Br
2. Figueroa, d. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 6. Eletromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6º.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, l. 2007. Física: uma olhada no mundo. 6ª edição abreviada. Cengage Learning. 233.
5. Shipman, j. 2009. Introdução à ciência física. Cengage Learning. 206-208.