Materiais eMedidas Magnéticas
Classificação dos Materiais MagnéticosMagnetismo dos Sólidos
Átomos + rede cristalinaElétrons em movimento
Classicamente, cargas em movimento campos magnéticos
ElétronsMomento angular orbital (L)Momento de Spin (S)Momento angular total: J=
L+SComo se somam J para os
diversos elétrons de um átomo?
Regras de Hund1. Valor total S – máximo
permitido pelo Princípio de Pauli
2. Valor total L – máximo, consistente com a regra no 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.
Classificação dos Materiais MagnéticosExemplo do Fe26
Configuração: Ar + 4s2 3d6
Orbital 4s completo Orbital 3d até 10 elétrons (estados)
S : [↑↓] [↑ ] [↑ ] [↑ ] [↑ ] =2
L :[+2] [+1] [ 0 ] [-1 ] [-2 ] = 2
De acordo com a regra no3 : J= 4
O momento magnético resultante:
B= eћ/2m (Magneton de Bohr)g - fator de Landé ( 2)Fe 8,9 B
)1( JJgB 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 310
2
4
6
8
10
/
Atomic Number
Metais de Transição 3d
O estado de valência do átomo tem grande importância na determinação do seu momento magnético.
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 Zn30 é um exemplo de material diamagnético.
i
iVM 1
Classificação dos Materiais MagnéticosMateriais Paramagnéticos
Cada átomo do material possui momento não nulo. i ≠ 0
M = 0 devido 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 Mn25 é um paramagnético
conhecido.
-10 -5 0 5 10-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Ma
gn
etiz
açã
o
Campo H
Susceptibilidade paramagnética
= M/H (por unidade de volume)
Classificação dos Materiais MagnéticosLei de Curie
(T)= Const/T
O valor de Const depende fundamentalmente de i.
Classificação dos Materiais MagnéticosMateriais
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 0 mesmo 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(Tc) = 0
•TTc o material se torna paramagnético.•Fe, Co e Ni são ferromagnetos típicos.
Classificação dos Materiais MagnéticosLei de Curie-Weiss
(T) = Const/(T – Tc) (T >Tc)
Classificação dos Materiais Magnéticos
Magnético X MagnetizadoFrações (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 Mi. Ferromagneto
desmagnetizadoi = 0
Domínios magnéticos - com orientação preferencial de Mi.Ferromagneto magnetizadoi ≠ 0
Após a aplicação de um campo externoo ferromagneto se torna magnetizado.
O ciclo de histerese 1. Partindo de um material
desmagnetizado (M=0; H=0)2. Para um campo suficientemente
forte todos os domínios terão Mi alinhados. Magnetização de saturação (Ms)
3. Reduzindo o campo até zero restarão ainda alguns domínios alinhados que produzem uma magnetização residual (MR) ou remanente.
4. É necessário aplicar um campo na direção oposta (negativo) para anular a magnetização. O campo coercivo (Bc=0Hc).
5. Aumentando e reduzindo o campo aplicado entre valores máximos (positivos e negativos) reproduz-se o ciclo de histerese do material ferromagnético.