Post on 14-Nov-2018
Analogia com a polarização elétrica
◦ Polarização – orientação de dipolos elétricos, devido à ação de um campo elétrico.
◦ Magnetização - orientação de dipolos magnéticos, devido à ação de um campo magnético.
1º material magnético conhecido pelo homem – magnetita (Fe3O4 ou FeO.Fe2O3) (mineral natural)
1a utilização prática do magnetismo - bússola
A unidade fundamental geradora de um campo magnético é o DIPOLO MAGNÉTICO
Comportamento dos materiais num campo magnético externo édeterminado pela origem de seus dipolos e pela natureza da interação entre eles.
Origem dos dipolos magnéticos
O momento magnético nos átomos pode ser gerado:
pelos elétrons orbitando o núcleo (momento magnético orbital), pelos elétrons girando ao redor de seu eixo (momento magnético de spin)
Em um orbital podem existir elétrons emparelhados ou desemparelhados:
Elétrons emparelhados spins +1/2 e -1/2 dipolos magnéticos se anulam.
Quanto maior o número de orbitais com elétrons desemparelhados, possivelmente maior será a magnetização que esse elemento pode assumir.
Elétrons na camada de valência (desemparelhados) não fornecem um dipolo magnético global devido à interação com outros átomos.
Distribuição de elétrons em orbitais (níveis de energia)
1s2
2s2 2p6
3s2 3p6 3d10
4s2 4p6 4d10
Ferro (Z=26)1s2 4s2 3d6
2s2 2p6
3s2 3p6 3d6 4e- desemparelhados4s2 4p 4d
Ferro apresenta possibilidade de magnetização
Desbalanceamento nos “spins” magnéticos indica o número de magnétons de Bohr
Cerâmicas – ânions comuns aos materiais cerâmicos
O2-, F-, Cl-, S2-, N3-, CO3-2
Um ânion sempre oferece complemento para os 8 elétrons da camada de valência os spins eletrônicos devem ser balanceados.
A maioria dos cátions que forma as cerâmicas não possui níveis orbitais parcialmente preenchidos.
Permeabilidade Magnética ()- estárelacionada com a intensidade de magnetização. A intensidade de magnetização varia em função da intensidade do campo aplicado. É característica do material
B - indução magnética ou densidade de fluxo magnéticoH - campo magnético permeablidade
Tipos de magnetismo encontrados nos materiais
Cada material responde de alguma maneira à aplicação de um campo magnético externo. Interação entre dipolos magnéticos e campo magnético
Diamagnetismo
Forma muito fraca de magnetismo que não é permanente e persiste somente quando o campo magnético está sendo aplicado. Induzido pela mudança no movimento do orbital dos elétrons, devido ao campo magnético aplicado. r 1 – dipolos se opõe ao campo magnético
Paramagnetismo
Dipolos se alinham ao campo magnético Efeito se perde após a remoção do corpo Cada átomo possui um dipolo magnético permanente devido às camadas internas não completamente preenchidas com elétrons emparelhados Possuem dipolos magnéticos, porém isolados uns dos outros. r ~ 1
Ferromagnetismo
Dipolos se alinham com o campo
Possuem domínios magnéticos permanentes na ausência de campo elétrico
Domínios magnéticos – são regiões onde os dipolos magnéticos originados por elétrons com spins desemparelhados interagem e se alinham formando uma região onde todos os spins apontam na mesma direção.
A magnetização permanece após a remoção do campo
São regiões da estrutura do material onde todos os átomos cooperam magneticamente, ou seja, são zonas de magnetização espontânea (<0,05mm).
Quando um campo magnético é aplicado, os domínios magnéticos tendem a se alinhar com o campo e, então, o material exibe propriedades magnéticas
Domínios magnéticos
Ferrimagnetismo
Compostos iônicos – ferritas (MFe2O4)
onde M = Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Fe, Etc.
quando M = Fe Fe3O4 – magnetita natural
Características magnéticas macroscópicas são similares aos ferromagnéticos – distintas nas fontes de dipolos magnéticos.
Magnetização não corresponde ao alinhamento paralelo dos momentos magnéticos
Suas propriedades decorrem da existência de íons magnéticos como Fe, Ni, Co, Mn...
FeFe2O4 - Magnetita (espinélio invertido) Íons Fe2+ nas posições octaedrais Íons Fe3+ nas posições tetraedrais e octaedrais
Fe – Z=26
1/2 das posições octaedrais preenchidas e 1/8 das posições tetraedrais preenchidas
Fe2+ - íons ferrosos – 1s2 2s2 3p6 3d6
3d6
Fe3+ - íons férricos – 1s2 2s2 3p6 3d5
3d5
cátion Posições octaedrais
Posições tetraedrais
Momento magnético
líquido
Fe3+ Cancelamento
completo
Fe2+ -
• Os momentos de spin de todos os íons Fe3+
localizados nas posições octaédricas estão alinhados paralelamente uns aos outros; entretanto, eles estão posicionados em direção oposta à dos íons Fe3+ localizados nas posições tetraédricas, os quase também estão alinhados. Dessa forma, os momentos de spin do todos os Fe3+ se cancelam• Todos os Fe2+ possuem os seus momentos alinhados na mesma direção
NiFe2O4 Ferrita de níquel – espinélio invertido Íons Fe3+ nas posições tetraedrais Íons Ni2+ e Fe3+ nas posições octaedrais
É possível produzir um grande número de ferritas com magnetização intrínseca, pela substituição adequada dos íons metálicos.
cátion Posições octaedrais
Posições tetraedrais
Momento magnético
líquido
Fe3+ Cancelamento
completo
Ni2+ -
Ni – Z=28 4s2 3d8
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
cátion Posições octaedrais
Posições tetraedrais
Momento magnético
líquido
Fe3+
Cancelamento
completo
Zn
ZnFe2O4 Ferrita de zinco – espinélio normal Íons Fe3+ nas posições octaedrais Íons Zn2+ nas posições tetraedrais
Zn – Z = 30 1s2
2s2 2p6
3s2 3p6 3d10
4s2 4p 4d
4s2 3d10
Ferritas Propriedades magnéticas inferiores às das ligas metálicas 1950 – novas aplicações tais como: rádio, televisão, linha telefônica, circuitos de computadores, etc. Alta resistividade – não desenvolve correntes parasitas que são responsáveis pelo aquecimento e perda de energia nos materiais ferromagnéticos
Ferritas duras (“hard”) Difícil de magnetizar e desmagnetizar Ferritas de bário e estrôncioAplicações: ímãs permanentes, blindagem de fornos microondas alto falantes, em geladeiras como acessório utilizado no contorno da porta para que haja hermeticidade quando fechada
Ferritas moles (“soft”) Facilmente magnetizada e desmagnetizada Ferritas de Níquel e Zinco - NixZn1-xFe2O4Aplicações: cabeças magnéticas para leitura, disquetes
Ferritas de Mn –Zn – maior parte das ferritas moles produzidas