Propriedades Magnétrica da Matéria

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Materiais Magnéticos

Propriedades Magnéticas da Matéria

Nesta seção discutiremos algumas propriedades magnéticas dos materiais. A teoria geral destas propriedades é em geral muito complexa, por isso nos limitaremos ao estudo das propriedades magnéticas básicas da matéria. Particularmente em substâncias permanentemente magnetizáveis a compreensão básica das interações magnéticas depende do conhecimento do comportamento mecânico-quântico de átomos e moléculas, um assunto que é muito complexo matematicamente para tratarmos neste nível do curso. Por outro lado, mostraremos que muito do comportamento observado das substâncias magnéticas pode se entendido, estudando-se os efeitos de correntes que circulam dentro de átomos ao criarem momentos magnéticos atômicos e considerando-se a interação destes momentos atômicos entre si e com campos magnéticos aplicados externamente.

Como todos os campos magnéticos são causados por correntes, é razoável tentar relacionar o campo magnético causado, pelos momentos magnéticos atômicos de substâncias magnetizáveis, às correntes eletrônicas circulantes que fluem dentro dos átomos da substância. Ampère foi quem sugeriu pela primeira vez que esses materiais possuíam propriedades magnéticas e que eram constituídos de um número muito grande de minúsculas correntes elétricas ou correntes amperianas. Atualmente sabemos, em grande parte, que a teoria de Ampère é verdadeira. Nos materiais imantados, essas pequenas correntes estão alinhadas. Ao processo de alinhamento das correntes damos o nome de imantação (ou magnetização). Por outro lado, nos materiais não imantados essas correntes estão distribuídas ao acaso, produzindo com isto uma imantação resultante em geral nula.

O processo de imantação significa, essencialmente, o alinhamento das pequenas correntes após a aplicação de um campo magnético externo, com os planos das minúsculas correntes paralelos entre si e todas na mesma direção. Como já discutido, atribuímos a existência dessas correntes ao movimento dos elétrons no interior dos átomos constituintes do material, movimento esses de revolução em torno do núcleo, ou em torno de si mesmo (spin eletrônico).

No caso dos materiais permanentemente magnetizáveis essas correntes subexistem indefinidamente e, em virtude de não haver resistência, não há produção de calor.

A figura a seguir mostra as correntes microscópicas ou atômicas em materiais magnéticos e não magnéticos.

Fig. 1 Correntes amperianas

Na Fig. 1 podemos notar que as micro correntes (correntes amperianas) se anulam no interior do material, mas na superfície do material elas não são canceladas e portanto contribuem para uma corrente de magnetização que flui na superfície externa do material. Esta corrente de magnetização (i_m) pode ser considerada como a fonte do campo magnético nos imãs. Este campo magnético é dipolar (norte-sul) cujo momento de dipolo magnético (p_m) pode ser expresso por;

, (1) onde A é área seccional do material. Vimos, em seções anteriores, que o campo elétrico de um dielétrico polarizado pode ser escrito por um vetor de polarização representando o momento dipolar elétrico por unidade de volume. De forma semelhante, podemos definir o vetor magnetização M como sendo a densidade de polarização magnética por unidade de volume, isto é;

(2) Neste caso se o momento dipolar for constante em todos os pontos do material, podemos dizer que a magnetização M é também constante.
Do que estudamos até o momento podemos concluir que campos magnéticos podem ser induzidos por duas vias distintas; uma delas através de correntes reais (i_r)provocadas pela aplicação de uma diferença de potencial aplicada em seus terminais e outra devido às micro correntes ou correntes amperianas (i_m). Dessa forma a lei de Ampère pode ser escrita por;

(3)

. (4)

A equação (4) pode ser escrita em uma forma mais simples definindo a intensidade de campo magnético H, como

. (5)

Dessa forma a lei de Ampère na forma generalizada é igual a;

. (6)

A corrente de magnetização pode ser escrita também em termos de uma densidade de corrente (J) como a seguir;

. (7)

O lado direito de (7) foi obtido usando o teorema de Stokes. Quando a magnetização M é zero, nós temos B = m_oH . Esta relação pode ser usada mesmo no caso em que M não é zero, mas é necessário considerar a permeabilidade magnética do meio m . Então temos que;

(8)

Lembramos que m_o é a permeabilidade do vácuo. Algumas vezes necessitamos de usar o conceito de permeabilidade magnética relativa k_m, de acordo com;

(9)

Então a equação (8) pode ser rescrita como a seguir;

(9)

Finalmente, podemos definir a suscetibilidade magnética através da relação;

(10)

O parâmetro c_m é uma medida quantitativa do grau de suscetibilidade do material ao ser magnetizado por um campo magnético H.

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