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EM11 - MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS

traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/ferromagmaterials.php

Após ler essa seção você estará apto ao seguinte:

  • Explanar as diferenças entre um ímã permanente e um ímã temporário.
  • Explanar porque alguns materiais apresentam propriedades magnéticas apenas quando estão sob a ação de um campo magnético externo.
  • O que está acontecendo na experiência da figura abaixo?
  • A que conclusões chegamos acerca de ímãs e magnetismo a partir da experiência expressa na figura abaixo?
Ima e clips

    Na experiência retratada na figura acima, observe que mesmo que os clipes de papel nãosejam naturalmente magnéticos, quando atraídos a um ímã permanente eles tornam-se magnéticos (capazes de atrair outros materiais ferromagnéticos).

    Quando ao final do trajeto o ímã permanente ficcionalmente perde seu poder de magnetização, os clipes de papel deixam de ser atraídos pelo ímã e caem.


Perguntas

  1. O que está acontecendo neste experimento?
  2. Que conclusões você pode tirar sobre ímãs e magnetismo a partir deste experimento?

Discussão

Como um objeto pode atuar como um ímã?

Definimos em discussões anteriores que os ímãs podem ser permanentes ou temporários. Um ímã permanente é mais difícil (precisa de uma força de magnetização mais intensa) de magnetizar , mas manterá as propriedades de magnetismo indefinidamente. Um ímã temporário é geralmente feito de ferro ou aço com baixo teor de carbono (dito doce ou macio) e permanecerá magnetizado apenas praticamente enquanto a força  magnetizante estiver presente. A partir das experiências anteriores você viu como a diferença entre um material magnetizado e um não imaginado depende do movimento e arranjo dos átomos no material. Colocar um objeto ferromagnético, como uma ferradura, na presença do campo magnético de um ímã forte pode fazer com que os átomos do material ferro se alinhem e a ferradura se torne um ímã temporário. Enquanto estiver sob a presença do campo magnético do ímã na forma de barra, a ferradura age como um ímã e atrai outros materiais ferromagnéticos. Neste caso é o clipe de papel. Em seguida, o clipe de papel torna-se um ímã (temporário) e pode pegar outro clipe de papel, e assim por diante.

Diamagnetismo e Paramagnetismo

Materiais ferromagnéticos exibem uma forte resposta ao campo magnético a eles se alinhando. Mas, não são apenas o ferro, níquel, cobalto, gadolínio e disprósio (a baixas temperaturas) que são substâncias ferromagnéticas, que exibem propriedades magnéticas. Todos os materiais apresentam alguma reação aos campos magnéticos, embora essa reação possa ser tão fraca e imperceptível ao olho humano.

As forças magnéticas podem ser difíceis de entender porque ocorrem a nível atômico, devido a presença dos elétrons (cargas carregadas negativamente) que existem nos átomos. Os elétrons reagem a campos magnéticos externos, se orientando numa direção ou na direção oposta. Essa direção é conhecida como momento magnético.

Nos materiais ferromagnéticos, os elétrons se alinham prontamente (em regiões chamadas domínios mageticos) quando da ação de campo magnéticos externos, e tendem a permanecer com esse alinhamento.Materiais paramagnéticos também se alinham com campos magnéticos externos, mas o efeito é fraco e fugaz.  Diferente dos materiais ferromagnéticos que retém o alinhamento mesmo após a retirada do campo magnético externo, os elétrons dos materiais paramagnéticos retornam a orientação aleatória anterior. Os materiais ferromagnéticos permanecem magnetizados por causa do arranjo único dos seus elétrons.

Nos materiais diamagnéticos, outro fenômeno magnético ocore. Os elétrons respondem ao campo magnético externo com uma maior auto rotação nos seus eixos ("spinning"). Essa auto rotação gera um campo magnético interno que se opõe ao campo magnético externo aplicado. Como todos os materias possuem atomos e esses atomos possuem elétrons, todos os materiais são diamagnéticos num certo grau. Mas se os fenomenos de ferromagnetismo ou paramagnetismo estiverem presentes no material certamente sobressaem ao diamagnetismo.

Observe na experiência retratada abaixo a resposta exibida por uma variedade de materiais para e dia magnéticos expostos a um forte campo magnético externo. As moedas de material paramagnético caracteristicamente alinham-se a força do campo magnético externo, enquanto as moedas de material diamagnético repelem-se ao campo magnético externo aplicado de forma a ficarem perpendiculares às linhas de força magnética.
Alumínio
PARAMAGNÉTICO
Cobre
DIAMAGNÉTICO
Chumbo
DIAMAGNÉTICO
Ouro
DIAMAGNÉTICO
Alumínio Paramagnético
Cobre Diamagnético
Chumbo Diamagnético
Ouro Diamagnético
Platina
PARAMAGNÉTICO
Carbono
DIAMAGNÉTICO
Prata
DIAMAGNÉTICO
Zinco
DIAMAGNÉTICO
Platina Paramagnético
Carbono Diamagnético
Prata Diamagnética
Zinco Diamagnético

Observe também na experiência acima que os tempos de reação, quando retirados da posição de equilíbrio, são diferentes para os diferentes materiais, mostrando que diferentes materiais apresentam diferentes suscetibilidades magnéticas.

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