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Materiais e Medidas Magnéticas. Classificação dos Materiais Magnéticos Magnetismo dos Sólidos Átomos + rede cristalina Elétrons em movimento Classicamente,

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1 Materiais e Medidas Magnéticas

2 Classificação dos Materiais Magnéticos Magnetismo dos Sólidos Átomos + rede cristalina Elétrons em movimento Classicamente, cargas em movimento campos magnéticos Elétrons Momento angular orbital (L) Momento de Spin (S) Momento angular total: J= L+S Como se somam J para os diversos elétrons de um átomo? Regras de Hund 1. Valor total S – máximo permitido pelo Princípio de Pauli 2. Valor total L – máximo, consistente com a regra n o 1 3. Valor de J = L - S p/camada eletrônica menos meia cheia; ou J = L + S se mais meia cheia 4. J = S se meia cheia ( L =0) Átomos c/camadas completas ( J =0) não devem contribuir para o campo magnético do sólido. Elementos de interesse metais de transição, em particular série 3d.

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4 Classificação dos Materiais Magnéticos Exemplo do Fe 26 Configuração: Ar + 4s 2 3d 6 Orbital 4s completo Orbital 3d até 10 elétrons (estados) S : [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] =2 L :[+2] [+1] [ 0 ] [-1 ] [-2 ] = 2 De acordo com a regra n o 3 : J= 4 O momento magnético resultante: B = eћ/2m (Magneton de Bohr) g - fator de Landé ( 2) Fe 8,9 B O estado de valência do átomo tem grande importância na determinação do seu momento magnético.

5 Classificação dos Materiais Magnéticos Considere um sólido de volume V. Define-se a magnetização (M) de um sólido, macroscopicamente como: i momento magnético individual de cada átomo Materiais Diamagnéticos Cada átomo do material possui individualmente momento magnético nulo. i = 0 M = 0 Quando submetido a um campo magnético externo (H), praticamente nada acontece. O Zn 30 é um exemplo de material diamagnético.

6 Classificação dos Materiais Magnéticos Materiais Paramagnéticos Cada átomo do material possui momento não nulo. i 0 M = 0devido à orientação aleatória dos momentos individuais. Interação magnética entre os momentos não é forte o suficiente para ordená-los. A energia térmica (temperatura) mantém os momentos magnéticos mudando constantemente de direção. Campo externo (H) tende a alinhar os momentos à sua direção, devido à interação entre ambos. i 0 Resposta ao campo externo Susceptibilidade Paramgnética = M/H (por unidade de volume) = / (por unidade de massa) é função da temperatura (T) O Mn 25 é um paramagnético conhecido.

7 Classificação dos Materiais Magnéticos Lei de Curie (T)= Const/T O valor de Const depende fundamentalmente de i.

8 Classificação dos Materiais Magnéticos Materiais Ferromagnéticos Cada átomo do material possui momento não nulo. i 0 Interação magnética entre os momentos é forte o suficiente (frente à energia térmica) para alinhá-los parcialmente: i 0. M 0mesmo sem a aplicação de um campo (H) externo. O aumento da energia térmica (temperatura) pode forçar um ferromagneto para o estado paramagnético. Magnetização espontânea: M(T) (em H=0) Temperatura de Curie: M(T c ) = 0 T Tc o material se torna paramagnético. Fe, Co e Ni são ferromagnetos típicos.

9 Classificação dos Materiais Magnéticos Lei de Curie-Weiss (T) = Const/(T – Tc) (T >T c )

10 Classificação dos Materiais Magnéticos Magnético X Magnetizado Frações (escala nanométrica) de um material ferromagnético mostram regiões de at espontaneamente alinhados para certa temperatura T. Domínios magnéticos - cada um com sua própria orientação de M i. Ferromagneto desmagnetizado i = 0 Domínios magnéticos - com orientação preferencial de M i. Ferromagneto magnetizado i 0 Após a aplicação de um campo externo o ferromagneto se torna magnetizado.

11 O ciclo de histerese 1. Partindo de um material desmagnetizado (M=0; H=0) 2. Para um campo suficientemente forte todos os domínios terão M i alinhados. Magnetização de saturação (M s ) 3. Reduzindo o campo até zero restarão ainda alguns domínios alinhados que produzem uma magnetização residual (M R ) ou remanente. 4. É necessário aplicar um campo na direção oposta (negativo) para anular a magnetização. O campo coercivo (B c = 0 H c ). 5. Aumentando e reduzindo o campo aplicado entre valores máximos (positivos e negativos) reproduz-se o ciclo de histerese do material ferromagnético.


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