PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DE MATERIAIS GEOLÓGICOS Instituto de Geociências - UnB PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DE MATERIAIS GEOLÓGICOS

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos Átomos possuem elétrons que se movem e esse elétrons formam espiras de correntes microscópicas que se movem e produzem individualmente Campos Magnéticos. Cada espira individual gera um momento de dipolo magnético. Em muitos materiais esses momentos de dipolo magnético estão distribuídos aleatoriamente e não produzem CM resultante. Em alguns materiais, o CM externo pode fazer essas espiras se orientarem paralelamente ao campo e se somarem ao CM externo. Dizemos que esse material ficou magnetizado.

Materiais Magnéticos Um elétron movendo-se em trajetória circular é análogo a uma espira, e pela regra da mão direita é possível verificar a direção e o sentido do seu momento de dipolo magnético associado. No interior de um material magneticamente polarizado, os dipolos magnéticos criam um CM que tem o mesmo sentido que os campo magnético pela polarização. Dependendo do comportamento dos momentos magnéticos quando o material é submetido a um CM externo, estes podem ser divididos em três categorias: Paramagnéticos; Diamagnéticos; Ferromagnéticos. O elétron se movendo uma velocidade v e raio r. O dipolo Mi=IA para um elétron e área da espira A=PIr^2 A Corrente associado com período da órbita. T=v/2PiR

Materiais Magnéticos Em átomos, muito momentos magnéticos orbitais e de spin se somam produzindo resultante igual a zero. Alguns materiais, o átomo possui momento magnético resultante igual a mB. Quando esse tipo de material é colocado em um CM, o campo exerce um torque sobre cada momento magnético (t=mxB). O torque tende a alinhar os momentos magnéticos com o campo. O sentido de cada espira de corrente é tal que o seu campo se soma com o CM externo. Assim, o campo B total é também diretamente proporcional ao momento magnético total por unidade de volume. O grau de alinhamento dos dipolos magnéticos é chamado de Magnetização (M)

cm= Km - 1 (adimensional) Materiais Magnéticos O CM adicional gerado pela magnetização do material é m0M B=B0+m0M (CM total dentro do material) B0 é o CM produzido pela corrente que flui no condutor. Permeabilidade Magnética Relativa (Km)  Valor adimensional no qual o campo magnético dentro de um material fica ampliado em relação ao valor no vácuo. A diferença entre o valor de permeabilidade relativa e um valor unitário é chamado de Suscetibilidade Magnética cm= Km - 1 (adimensional) O alinhamento dos momentos magnéticos com o CM é dificultada pelo movimento caótico oriundo da agitação térmica. Por isso a susceptibilidade sempre diminui quando a T aumenta. Cuidado – mi) –e momento dipolo magnético e ou m

Paramagnetismo O paramagnetismo é observado em materiais cujos átomos possuem momentos magnéticos que não interagem fortemente. Na ausência de campo magnético externo, esses momentos magnéticos estão orientados ao acaso e a magnetização total é nula. Quando um CM externo é aplicado ao material, os momentos magnéticos do material tendem a se alinhar paralelamente ao campo, mas esta tendência é contrabalanceada pela agitação térmica, que tende a desalinhar os momentos. A porcentagem dos momentos que se alinham depende da intensidade do campo aplicado e da temperatura do material. Esta porcentagem é geralmente baixa, já que a intensidade do campo magnético externo é normalmente muito menor que a energia térmica do material.

Diamagnetismo O diamagnetismo foi descoberto por Faraday em 1846, quando ele observou que um pedaço de bismuto é repelido pelos dois pólos de um imã. Isto mostrou que para os materiais diamagnéticos, o campo magnético produzido por um imã induz um momento magnético que tem sentido oposto ao do campo. Materiais diamagnéticos são aqueles cuja as suceptibilidade magnética (cm) possuem valores negativos.

Ferromagnetismo O ferromagnetismo é observado no ferro, no níquel, no cobalto, e em ligas desses metais. O fenômeno é causado por uma forte interação entre os elétrons de camadas incompletas ou de átomos vizinhos. Os materiais ferromagnéticos apresentam valores positivos muito altos de susceptibilidade magnética. Nessas substâncias, a aplicação de um pequeno CM externo pode resultar em um alto grau de alinhamento dos momentos magnéticos. Em alguns casos o alinhamento persiste mesmo depois que o CM externo seja removido. Isto ocorre porque os momentos magnéticos influenciam os momentos vizinhos, fazendo com que todos os momentos em uma região do espaço permanecem alinhados, mesmo depois do CM ser removido.

Ferromagnetismo Relação entre a magnetização e o CM externo quando o CM aumenta é diferente da relação obtida quando ele diminui. Histerese --> Quando o material é magnetizado até atingir a saturação e a seguir o CM é reduzido até zero, alguma magnetização persiste.

Instituto de Geociências - UnB O ferromagnetismo de sólidos tem sido investigado tanto com metais e ligas metálicas. Por outro lado, tem sido observado que certos materiais sólidos tem propriedades magnéticas particulares, não pertencendo nem ao ferromagnetismo nem ao paramagnetismo. Certos materiais tem susceptibilidade em magnitude similar a materiais paramagnéticos, contudo assumem um valor elevado em certas temperaturas. Estas temperaturas são chamadas de temperatura Néel e estes materiais neste estado são chamados de antiferromagnéticos.

Instituto de Geociências - UnB O ferrimagnetismo é a propriedade que alguma ferritas (óxidos metálicos do tipo MOFe2O3, onde o M indica um átomo metálico de valência 2, tal como Mg, Ni, Co, Mn, Fe, Cu, Zn, etc) com estrutura de espinélio que mostram propriedades tanto ferromagnéticas como antiferromagnéticas, devido sua interação iônica favorecer alinhamentos tanto paralelos como antiparalelos de grupos de momentos magnéticos.

Instituto de Geociências - UnB 3 _ Propriedades magnéticas de minerais ferromagnéticos formadores de rochas   3.1- Introdução   Como as rochas são essencialmente agregados de vários grãos minerais, o problema fundamental em magnetismo das rochas está na compreensão das propriedades magnéticas dos minerais formadores. Minerais formadores de rochas são classificados em 3 grupos principais: diamagnéticos, paramagnéticos e ferrimagnéticos.

Instituto de Geociências - UnB Minerais silicatados, que compõem a grande parte das rochas comuns, são tantos paramagnéticos ou diamagnéticos conforme resposta à presença ou ausência de íons tais como Fe2+, Fe3+, Mn2+, etc na estrutura cristalina.

Instituto de Geociências - UnB Quartzo e feldspato são minerais diamagnéticos típicos de rochas, enquanto que as olivinas piroxênios e biotitas são os minerais paramagnéticos mais comuns. Ocorrências naturais de minerais silicicatados ferrimagnéticos ou antiferromagnéticos não foram ainda observadas.

Instituto de Geociências - UnB Portanto, as várias características ferromagnéticas das rochas podem ser reduzidas principalmente àquelas dos minerais sulfetados e óxidos ferrimagnéticos que estão espalhados em pequenas proporções na matriz não magnética dos minerais silicatados.

Instituto de Geociências - UnB Os óxidos são usualmente mais abundantes que os sulfetos e, consequentemente, tem maior influência nas propriedades magnéticas das rochas. Várias espécies mais ou menos puras de óxido de ferro, exemplo magnetita, titanomagnetita, maghemita, titanomaghemita, hematita, ilmenita e os minerais de solução sólida entre os dois últimos, são os mais típicos óxidos minerais ferrimagnéticos e antiferromagnéticos, presentes em quase todas as rochas.   Entre os sulfetos ferrimagnéticos, a pirrotita é o único mineral importante no magnetismo das rochas.

Instituto de Geociências - UnB A tabela a seguir apresenta a susceptibilidade de alguns minerais e rochas.

Propriedades magnéticas de materiais geológicos FIM Propriedades magnéticas de materiais geológicos