Tipos de materiais magnéticos

A descoberta de materiais magnéticos e da forma como estes interagem com os campos electromagnéticos foi uma parte crucial do avanço científico. James Clerk Maxwell foi o primeiro a utilizar o termo e, mais tarde, descobriu-se que os campos magnéticos eram produzidos pelo movimento de partículas carregadas, como os electrões. Assim, a criação do eletroíman e a consequente utilização generalizada da eletricidade foram possíveis graças à formulação das equações de Maxwell. Continue a ler para saber mais.

Definir materiais magnéticos
Normalmente, quando pensamos em ímanes, imaginamos o clássico íman em barra, que tem um pólo norte e um pólo sul. Mas muitos dos materiais que encontramos todos os dias têm a capacidade de atuar como ímanes; depende simplesmente da sua composição intrínseca. Uma substância magnética pode ser descrita da seguinte forma.

Os materiais que são magnéticos podem ser afectados pelos campos electromagnéticos que os rodeiam.

Mas o que é que os materiais magnéticos têm que os torna os únicos capazes de sentir os efeitos de um campo magnético exterior? Vejamos mais de perto a estrutura de uma substância magnética sólida para compreender melhor este facto.

Os átomos são as unidades fundamentais que constituem todos os materiais que nos rodeiam, como já referimos. Estes átomos têm uma sobreposição de protões e neutrões nos seus núcleos, que estão localizados no centro da sua estrutura interna. Um campo magnético rodeia as partículas carregadas, como os electrões, à medida que estas fluem, como James Maxwell descobriu em 1865. Portanto, um pequeno campo magnético é produzido perto do núcleo como resultado da precessão dos electrões. Chamamos a isto o dipolo atómico.

A figura anterior permite-nos compreender melhor a estrutura interior do dipolo atómico. Podemos observar que o pólo norte resultante deste dipolo atómico se encontra no sentido ascendente, para o topo da página indicado pela seta azul, utilizando a regra da preensão da mão direita, em que enrolamos os dedos no sentido da corrente e o polegar aponta no sentido do pólo norte.

Expandindo a estrutura do dipolo atómico, os materiais magnéticos também incluem algo chamado domínios magnéticos. Trata-se de formações constituídas por dipolos atómicos próximos que estão todos orientados para o mesmo lado. Cada um destes domínios magnéticos apresenta um campo magnético interno em forma de laço contínuo.

O material magnético é apresentado na imagem acima como uma forma retangular com domínios magnéticos internos assinalados por setas a rosa. Como podemos ver, as setas apontam principalmente em direcções diferentes, o que nos diz que os domínios estão substancialmente desalinhados e que o material não está a produzir um campo magnético coeso.

Tipos de materiais magnéticos

Agora que já definimos as estruturas internas dos materiais magnéticos, vamos tentar perceber como podemos classificar os materiais comuns.

Os materiais magnéticos mais fortes são aqueles que se enquadram na categoria dos ferromagnéticos. São capazes de exibir esta capacidade porque os domínios magnéticos que compõem o material são susceptíveis, o que significa que os domínios podem alinhar-se quando submetidos a um campo magnético externo. Devido à influência do campo externo, que induz os domínios a alinharem-se na mesma direção, o campo magnético total do material é aumentado como resultado da interação dos campos magnéticos individuais dos domínios.

Para além disso, a magnetização espontânea é uma caraterística especial dos materiais ferromagnéticos. Isto acontece quando, na ausência de um campo externo, os domínios se alinham espontaneamente uns com os outros. Isto acontece frequentemente quando o material é exposto a um ambiente extremamente frio, que arrefece os átomos da substância e reduz as suas fortes vibrações. A temperatura de Curie, que especifica o ponto abaixo do qual uma substância pode tornar-se espontaneamente magnetizada, é única para cada material ferromagnético.

Uma vez que mantêm as suas características magnéticas na ausência de um campo externo e são simples de magnetizar, os materiais ferromagnéticos são a melhor escolha para criar ímanes potentes, como os electroímanes ou os ímanes em barra.

Quando expostos a um campo externo, os paramagnéticos apresentam um campo magnético significativamente mais baixo do que os materiais ferromagnéticos, bem como uma força de atração para o campo externo. Isto resulta de uma distribuição desigual de electrões em torno do dipolo atómico. Além disso, ao contrário dos ferromagnéticos, os dipolos atómicos internos do material vibram devido à energia térmica do material e ficam desalinhados quando um campo externo é removido.

Todos os materiais possuem a caraterística do diamagnetismo, que pode ser considerado como o oposto do paramagnetismo. Ao contrário do ferromagnetismo e do paramagnetismo, que demonstram uma força atractiva em relação ao campo externo, o diamagnetismo resulta da estrutura interna do material. No entanto, a força repulsiva produzida pelos materiais diamagnéticos é frequentemente muito fraca, tornando impossível a sua observação na vida quotidiana.

Propriedades dos materiais magnéticos
Portanto, como podemos definir algo como um íman? Vejamos algumas características que os ímanes têm em comum.

Transparência magnética
A permeabilidade magnética de uma substância é um indicador do grau de magnetização em reação a um campo exterior. Descreve a rapidez com que os domínios magnéticos se alinham no interior do material quando sujeito a um campo na configuração de domínios magnéticos. Um exemplo de uma substância com uma permeabilidade magnética elevada é um material ferromagnético, que pode ser magnetizado muito rapidamente. Em oposição a isso,

Os domínios magnéticos internos de um material podem ser vistos alinhados na imagem acima, o que nos diz que a substância está magnetizada. No entanto, como a permeabilidade magnética do material depende da estrutura eléctrica interna, a imagem não diz nada sobre esse assunto.

uma sensibilidade magnética
Semelhante à permeabilidade, na medida em que demonstra a forma como um material responde a um campo externo, a suscetibilidade magnética demonstra se o campo magnético interno do material está alinhado com ou contra o campo externo. Quando os materiais ferromagnéticos e paramagnéticos são magnetizados, sente-se uma força de atração, o que sugere que os seus campos estão alinhados com os campos externos.

Quando o campo de um material é alinhado contra um campo externo, como um ímã de diamante, ele sofrerá uma força repulsiva.

Exemplos de materiais magnéticos
Voltemos ao íman em barra, um exemplo básico de íman que é frequentemente utilizado em trabalhos práticos de física. Podemos ligar este íman a outros ímanes, como um íman fixado na porta de um frigorífico ou um íman utilizado para apanhar clipes de papel, pelo que sabemos que permanece magnético mesmo na ausência de um campo magnético. Isto indica que são compostos por componentes ferromagnéticos, como o ferro, o cobalto, o níquel e uma variedade de outros elementos ferromagnéticos.

A agulha de uma bússola é mais uma utilização crucial dos ferromagnetos! Se alguma vez utilizou uma bússola tradicional, sabe que a agulha aponta sempre na direção do norte verdadeiro, independentemente da direção para a qual está virada. Isto deve-se ao facto de a Terra ter o seu próprio campo magnético natural, o que faz com que a agulha magnetizada seja constantemente atraída para o pólo norte, tornando-a a ferramenta ideal para localizar marinheiros encalhados.

Material para blindagem magnética
Neste artigo, falámos até agora de muitos tipos de materiais magnéticos, bem como da forma como respondem a um campo magnético externo. No entanto, como os campos magnéticos têm um impacto em todos os materiais de alguma forma.

A agulha da bússola é uma ilustração excelente de outra aplicação importante dos ferromagnetos. Se alguma vez utilizou uma bússola tradicional, sabe que a agulha aponta sempre na direção do norte verdadeiro, independentemente da direção para a qual está virada. A agulha magnetizada é constantemente atraída para o pólo norte, uma vez que a Terra tem o seu próprio campo magnético natural, o que a torna a ferramenta ideal para localizar marinheiros desaparecidos no mar.

Material para blindagem magnética
Neste artigo, falámos de muitos tipos de materiais magnéticos, bem como da forma como respondem a um campo magnético externo. Mas, dado que todos os materiais são afectados por campos magnéticos de alguma forma, existe algum que possa impedir que as linhas de campo penetrem através deles? Em casas com vários fios ligados simultaneamente uns aos outros, a blindagem magnética é crucial porque o campo magnético criado pela corrente num fio pode afetar os outros e distorcer o sinal. Uma vez que os ímanes formam sempre dipolos completos, em que as linhas de campo do pólo norte atingem sempre o pólo sul do íman, é impossível isolar as linhas de campo magnético.

o íman para criar um circuito completo. Por isso, em vez de tentarmos desviar as linhas de campo, tentamos impedir a sua fuga. As linhas de campo exteriores alinhar-se-ão com as linhas de campo do material de cobertura quando estes fios estiverem envoltos num material com uma elevada permeabilidade magnética, permitindo-lhes criar laços completos sem escapar.gh?