Postado por Vinícius Carneiro
09 de julho de 2017
Sendo o Anel de Thomson um experimento que envolve conhecer as respostas de diferentes materiais à ação de campos magnéticos, torna-se necessária uma compreensão básica da classificação e propriedades magnéticas daqueles, podendo assim, serem os materiais: paramagnéticos, diamagnéticos, e ferromagnético.
Materiais Paramagnéticos
O paramagnetismo é uma propriedade magnética que ocorre em materiais com átomos que possuem momentos de dipolo permanente (não fazendo diferença serem estes momentos de dipolo do tipo orbital ou intrínseco). Em um material paramagnético, os momentos de dipolo magnético estão aleatoriamente orientados, resultando em magnetização nula através da soma vetorial dos dipolos. No entanto, após a aplicação de um campo magnético (vide figura 1), os dipolos do material tendem a organizar-se paralelamente (e no mesmo sentido) ao campo aplicado, conferindo ao campo resultante no interior do material as componentes do campo magnético aplicado e pelo campo induzido, caracterizado pela soma vetorial dos campos individuais gerados pelos dipolos agora alinhados, logo a soma é não-nula. Materiais paramagnéticos são atraídos quando expostos a um imã.
Fig.1: Comportamento de momentos de dipolos de um paramagnético ao ser exposto a um campo externo. Em (a), ainda em ausência de tal campo, os dipolos dispostos aleatoriamente provocam um campo magnético resultante nulo. Após a aplicação de um campo externo, os dipolos alinham-se gerando um campo induzido interno não-nulo.
Fonte: Callister, 2007.
Fig.1: Comportamento de momentos de dipolos de um paramagnético ao ser exposto a um campo externo. Em (a), ainda em ausência de tal campo, os dipolos dispostos aleatoriamente provocam um campo magnético resultante nulo. Após a aplicação de um campo externo, os dipolos alinham-se gerando um campo induzido interno não-nulo.
Ao analisar o comportamento paramagnético, é interessante levantar-se a observação de que a temperatura do material influencia na magnetização que pode ser obtida. Este fato fica melhor compreendido quando leva-se em conta que com o acréscimo de temperatura e consequentemente, do grau de agitação molecular do material, os dipolos tendem a ter o alinhamento distribuído, resultando em um decréscimo da magnetização induzida do material. Tal relação inversamente proporcional fica demonstrada através da equação 1 abaixo, conhecida como lei de Curie:
M = magnetização
B0 = campo magnético aplicado (Gauss)
T = temperatura (Kelvin)
C = constante de Curie
É importante considerar que a lei de Curie é válida apenas para razões B0/T pequenas e ainda que, a magnetização resultante possui um valor limite, chamado valor de saturação, que representa o máximo de magnetização de um material que pode ser obtida através da aplicação de um campo magnético externo (todos os momentos de dipolo alinhados paralelamente). Desse modo, após excedido o valor de saturação não são percebidas alterações no campo magnético induzido
Materiais Diamagnéticos
O diamagnetismo é a propriedade magnética com menor intensidade de resposta ao ser exposta a um campo magnético externo. Todos os materiais apresentam diamagnetismo no entanto, este efeito só é melhor percebido em materiais que não são paramagnéticos, já que quaisquer outras interações provenientes das demais propriedades magnéticas acabam por sobrepor-se à interação diamagnética. Materiais diamagnéticos são repelidos por imãs. Em geral, tais materiais apresentam átomos cujos os quais possuem momento de dipolo nulo através da soma vetorial de seus momentos magnéticos orbitais e intrínsecos. Como exemplos de materiais diamagnéticos, podem ser apontados: mercúrio, prata, bismuto (figura 2) e o álcool etílico.
De modo semelhante ao campo elétrico por indução (eletrização através do dipolo induzido), os diamagnéticos não possuem momentos de dipolo magnético permanentes e adquirem momentos de dipolo magnético induzidos ao serem expostos a um campo magnético externo.
Fig.2: Imã repelido por duas placas de bismuto, um dos materiais mais diamagnéticos conhecidos.
Fonte: Site Sci-toys.com.
Materiais Ferromagnéticos
Do mesmo modo que os materiais paramagnéticos, os ferromagnéticos possuem momentos de dipolo magnético de seus átomos permanentes. No entanto, estes apresentam uma mais forte interação entre os átomos mais próximos resultando em uma configuração alinhada de dipolos magnéticos mesmo após a remoção do campo magnético externo. Tal acontecimento está em função tanto da intensidade dos dipolos magnéticos e como estes comportam-se a partir de determinadas distâncias.
Sendo assim, átomos podem ser ferromagnéticos em um determinado material, mas não em outro: dependerá do espaçamento entre estes. Sabe-se também, que a partir desta ocorrência, materiais ferromagnéticos não possuem permeabilidade magnética constante, como ocorre com os paramagnéticos e diamagnéticos.
A partir de uma determinada temperatura, esta denominada temperatura de Curie, as interações entre os átomos de um ferromagnéticos tornam-se enfraquecidas a ponto de tornarem-se assim, materiais paramagnéticos. Para o ferro (figura 3), este valor de temperatura é de 770 °C. Para o gadolínio, um elemento de terras raras, a mesma é de 16 °C, sendo este metal paramagnético à temperatura ambiente e ferromagnético à temperaturas inferiores à apontada.
Fonte: Aço Sinter.
Sendo assim, átomos podem ser ferromagnéticos em um determinado material, mas não em outro: dependerá do espaçamento entre estes. Sabe-se também, que a partir desta ocorrência, materiais ferromagnéticos não possuem permeabilidade magnética constante, como ocorre com os paramagnéticos e diamagnéticos.
A partir de uma determinada temperatura, esta denominada temperatura de Curie, as interações entre os átomos de um ferromagnéticos tornam-se enfraquecidas a ponto de tornarem-se assim, materiais paramagnéticos. Para o ferro (figura 3), este valor de temperatura é de 770 °C. Para o gadolínio, um elemento de terras raras, a mesma é de 16 °C, sendo este metal paramagnético à temperatura ambiente e ferromagnético à temperaturas inferiores à apontada.
Fig.3: O ferro, metal amplamente utilizado nas atividades humanas, é um material ferromagnético à temperatura ambiente.
Referências:
Site Sci-toys.com : http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/magnets/suspension.html. Acessado em 09 de julho.
Site da Aço Sinter (empresa de trabalhos em chapas de aço e produto de aço e ferro):
http://www.acosinter.com.br/empresa. Acessado em 09 de julho.
CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: uma introdução. 7ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 370p.
Site da Aço Sinter (empresa de trabalhos em chapas de aço e produto de aço e ferro):
http://www.acosinter.com.br/empresa. Acessado em 09 de julho.
CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: uma introdução. 7ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 370p.
