MATERIAIS MAGNÉTICOS

MATERIAIS MAGNÉTICOS

Os primeiros fenômenos magnéticos observados foram aqueles associados aos chamados “imãs naturais” (magnetos) que eram fragmentos grosseiros de ferro encontrados perto da antiga cidade de Magnésia (daí o termo “magneto”). Esses imãs tinham a propriedade de atrair ferro desmagnetizado, sendo que esta propriedade era mais acentuada em certas regiões desse material denominada, depois, de pólos. Descobriu-se então que, quando uma barra de ferro era colocada perto de um imã natural ela adquiria e retinha essa propriedade do imã natural e que, quando suspensa livremente em torno de um eixo vertical, ela alinhava com a direção norte-sul. Surgiram, então, os instrumentos de navegação.

Desde então os materiais magnéticos vêm sendo utilizados em grande volume aproveitando-se dessa característica desses materiais. Equipamentos como: transformadores, motores, geradores, auto-falantes, eletroímãs, etc., contém ferro, ou ligas de ferro, em suas estruturas, com o duplo propósito de aumentar a fluxo magnético e restringi-lo a uma região desejada.

Hoje em dia, pesquisas são feitas para se desenvolver outros tipos de materiais que tenham essa propriedade ainda mais acentuada e que possam ser manipulados de maneira a permitir novas configurações e formatos de núcleos reduzindo-se assim as perdas desses núcleos, bem como seus tamanhos.

O CONCEITO DE DOMÍNIO

Quando André-Marie Ampère descobriu que os efeitos magnéticos também poderiam ser produzidos por correntes ele propôs a teoria de que as propriedades magnéticas de um corpo fossem originadas por um grande número de minúsculas correntes circulares dentro desse corpo. O campo magnético total no material seria, então, a soma do campo gerado pela corrente externa com o campo gerado por estas correntes microscópicas. Mais tarde, foi desenvolvida a teoria dos domínios onde se mostra que, os elétrons apresentam uma propriedade chamada spin que faz com que eles se comportem como pequenos imãs. Nos materiais magnéticos, o campo total devido aos spins dos elétrons é zero, seja porque eles se anulam naturalmente, seja porque estão orientados de forma aleatória. Em materiais magnéticos, como o ferro e o aço, os campos magnéticos dos elétron (grupos de até 1012 elétrons) se alinham (acoplamento de troca) formando regiões que apresentam magnetismo espontâneo. Essas regiões são chamadas de domínios. Os domínios são entidades isoladas, isto é, cada domínio é independente dos domínios vizinhos.

Em uma peça não-magnetizada de um material magnético os domínios estão distribuídos de forma aleatória e o campo magnético total em qualquer direção é zero. Quando esse material sofre a ação de uma força magnetizante externa, os domínios que estão aproximadamente alinhados com o campo aplicado crescem à custa dos outros domínios, como mostrado na figura abaixo. Se o campo externo aplicado for suficientemente intenso, todos os domínios se orientarão nessa direção e, daí em diante, qualquer aumento do campo externo não causará nenhum aumento na magnetização da peça. Nesse caso diz-se que o material atingiu a saturação.

Quando o campo magnético externo é removido, o grau de alinhamento diminui e o campo no interior do material cai para um valor, não necessariamente igual ao anterior, ou seja, a remoção da força magnetizante faz com que alguns domínios voltem a ficar desalinhados. Essa perda do alinhamento, porém, não é total e os domínios alinhados remanescentes são os responsáveis pela existência dos imãs permanentes.

O comportamento exposto acima é hoje explicado através da Teoria Quântica e pela Física do Estado Sólido que mostra que as dimensões de cada domínio assumem grandezas da ordem de 10-2 a 10-3 cm numa variação de infinitas posições dentro dos seus átomos. Perante temperaturas bem inferiores ao ponto de Curie, colocando-se finas limalhas de ferro em um material ferromagnético de superfície lisa e polida, magnetizado lentamente, pode-se estabelecer o contorno exato desses domínios. As figuras que daí resultam são denominadas de figuras de Akulov, ver figura 1, provando-se portanto a existência dos mesmos.

Figura 1 - Domínios

CLASSIFICAÇÃO MAGNÉTICA DOS MATERIAIS

Fisicamente, os materiais podem pertencer ao grupo dos materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos.

Os materiais ferromagnéticos caracterizam-se por uma magnetização espontânea, que é totalmente independente de campos magnéticos externos. A grandeza dessa magnetização depende da temperatura que, quando crítica (Temperatura de Curie - variável para cada material) o material passa de ferromagnético para diamagnético. Já, nos outros dois grupos de materiais, essa magnetização se manifesta somente na presença do campo externo.

Fisicamente os materiais diamagnéticos e paramagnéticos diferenciam-se da seguinte forma:

• diamagnéticos: a direção do campo adicional (formado através da teoria dos domínios) é oposta à do campo externo fazendo com que o campo resultante seja menor que o campo externo;

• paramagnéticos: nesses materiais a direção do campo adicional é a mesma do campo externo, portanto, o campo resultante é maior que o campo externo, como mostrado na figura abaixo.

Na prática, uma grandeza magnética classifica esses três tipos de materiais, qual seja, a permeabilidade magnética (μ). A permeabilidade desses materiais é comparada com a permeabilidade do vácuo (μo) e assim tem-se:

• materiais ferromagnéticos (ferro, níquel, cobalto, aço): possuem uma permeabilidade magnética CENTENAS ou MILHARES de vezes maior que a do vácuo;

• materiais paramagnéticos: possuem uma permeabilidade magnética LIGEIRAMENTE MAIOR que a do vácuo;

• materiais diamagnéticos: possuem uma permeabilidade magnética MENOR que a do vácuo;

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DOS MATERIAIS

a) permeabilidade magnética: é a facilidade com