1. .
Propriedades Magnéticas dos Materiais
Os “materiais magnéticos” são utilizados em inúmeras aplicações:
• motores eléctricos,
• geradores
•armazenamento de informação
(quer como suporte da informação (fitas magnéticas, discos de
computador, etc.), quer como ferramentas de gravação ou leitura da
informação armazenada em bandas magnéticas.)
Iremos tentar perceber um pouco da
física do comportamento magnético de
materiais.

2. Propriedades Magnéticas dos
Materiais
O movimento de uma carga eléctrica resulta na criação de um campo
magnético. Um enrolamento de fio condutor (solenóide), com n
espiras, atravessado por uma corrente i origina um campo
magnético, H, dado por:
r 0.4 "ni r
H= ez
l
r r
E induz um campo, B (de indução), dado por B = µ0 H em que µo é a
permeabilida
! de magnética
no vazio
! ez

3. Aumento do campo de indução
Se existir, por exemplo uma barra de ferro no interior do solenóide
campo de indução, B, aumenta. Porquê ?
Nota: B tem como unidades o Tesla (V.s/m2), H tem como unidades (A/m)

4. O Campo de Magnetização
Quando um material é submetido a um campo magnético H
(campo aplicado), é originado um campo de magnetização do
material, M.
O campo de indução magnética gerado, B, é proporcional à
soma de H e M.
O factor de proporcionalidade é a permeabilidade magnética no
vazio.
r r r
B = µ0 H + M( )

5. A susceptibiliade magnética
Uma vez que M resulta da aplicação de H, é natural que M seja
proporcional a H ou seja,
r r
M = "H
χ designa-se por susceptibiliade magnética do material.
A susceptibilidade magnética permite classificar os materiais em
termos das suas propriedades magnéticas.
!

6. Classificação dos materiais em termos de
propriedades magnéticas
Materiais diamagnéticos (Ex. Zn Cd Cu, Ag, Sn) – pequenos valores negativos de
χ (ou seja, o campo de magnetização opôe-se ao campo aplicado e desaparece
quando de retira o campo aplicado)
Materiais Paramagnéticos (ex. Al, Ca, Pt, Ti) – pequenos valores positivos de χ (o
campo de magnetização desaparece quando de retira o campo aplicado)
Materiais Ferromagneticos (o Fe, o Ni e o Co) - χ é grande (>1). O campo de
magnetização mantém-se quando se remove o campo aplicado.
Materiais Antiferromagnéticos (Mn, Cr) - χ=0. Os dipolos magnéticos alinham-se
antipararlelamente.
Materiais Ferrimagnéticos (ferrites, magnetites, em geral óxidos metálicos) – os
iões têm dipolos magnéticos de intensidade diferente. Logo existe sempre um
momento resultante.

7. Porquê estes comportamentos diferentes ?
A base física para as propriedades magnéticas dos materiais
resulta do movimento dos electrões.
Quer o movimento orbital em torno do núcleo quer o
movimento de rotação (spin).

8. Diamagnetismo e
Paramagnetismo
Quer o diamagnetismo quer o
paramagnetismo são formas fracas de
interação entre os sólidos e um campo
magnético aplicado.
O diamagnetismo (χ <0) é
normalmente observado em sólidos
cujos átomos apresentam camadas
eléctrónicas totalmente preenchidas.
O paramagnetismo (χ >0)
normalmente aparece associado a
átomos com electrões
desemparelhados na última camada.
O movimento orbital dos e- resulta sempre
numa contribuição diamagnética, enquanto
que o spin pode resultar numa contribuição
paramagnética.

9. Domínios Magnéticos
De modo a minimizar a sua energia magnetostática (associada ao fecho das linhas de
campo), os dipolos formam domínios magnéticos de dimensões relativamente
reduzidas (por vezes submicrométricas).
Os domínios estão separados por limites de domínio designados por paredes de
Bloch.

10. Domínios Magnéticos
Quando expostos a um campo aplicado externo, os domínios tendem a alinhar-se
segundo a direcção do campo aplicado, à custa do crecimento dos dominios com
orientações favoráveis (b) ou da reorientação dos dipolos (c).

11. Domínios Magnéticos
A
Imagem dos domínios
magnéticos numa liga YFe11-xTix
B Obtida por microscopia de força
atómica.
Notem que os domínios
magnéticos na zona A e B (amp
em c) têm cerca de 300 nm de
espessura.
(fonte: Daniela Nunes, Tese de Mestrado,
IST, Abril de 2008)

12. Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo
O antiferromagnetismo é exibido por alguns materiais e resulta do
alinhamento em sentidos opostos dos dipolos magnéticos. Como resultado
os materiais antiferromagnéticos apresentam χ=0. Exemplos de materiais
antiferromagnéticos: Mn e Cr.
O ferrimagnetismo surge em alguns materiais cerâmicos em que os iões têm
diferentes momentos magnéticos. Como tal há um momento magnéticos
resultante. Os materiais ferrimagnéticos naturais são conhecidos
genericamente por ferrites, sendo a magnetite Fe3O4, a mais conhecida , uma
vez que é um mineral nativo em muitas regiões do planeta.
As ferrites, em geral, têm
baixas condutividades
eléctricas e por isso têm
algumas aplicações em
electrónica:
transformadores, indutores
de alta frequência, cabeças
de gravação magnética, etc.

13. Ferromagnetismo
Os sólidos ferromagnéticos são aqueles que apresentam χ>>1.
São materiais que apresentam uma forte interação entre os dipolos magnéticos locais (domínios
magnéticos) associados a spins desemparelhados dos electrões.
Ou seja, os dominíos magnéticos locais permanecem após a remoção do campo aplicado
daí resultando que o campo de magnetização permanece após a remoção do campo
aplicado.
As flutuações de origem térmica tendem
a desalinhar aleatoriamente estes
domínios magnéticos, enfraquecendo a
sua interacção e, como tal os materiais
ferromagnéticos só o são abaixo de
uma determinada temperatura crítica
designada por Temperatura de Curie.
Existe um valor máximo de M,
designado por magnetização de
saturação

14. Ferromagnetismo
Os principais materiais ferromagnéticos à temperatura
ambiente com aplicações em engenharia são:
•O Fe ( Tc = 1063 K)
•O Co (Tc = 1390 K)
•O Ni (Tc = 627 K)
Os metais de transição Dy, Gd, Tb, Ho também são
ferromagnéticos à temperatura ambiente.

15. Curvas de magnetização:
histerese, materiais magneticamente duros e magneticamente
macios
Quanto maior é a área do ciclo de histerese de
magnetização mais “duro magneticamente” é o material
Os materiais
magneticamente macios
utilizam-se sobretudo em
aplicações onde existam
campos magneticos
alternados e as perdas de
energia devem ser
minimizadas. Os materiais
magneticamente duros
utilizam-se em ímanes
permanentes.
Hc: campo coercivo
Bs: campo remanescente

16. Aplicações
Ímanes
permanentes
(materiais
magneticamente duros)
(campaínhas,
altifalantes, relés,
rotores em motores
eléctricos, etc.)

17. Aplicações
Transformadores: o material está sujeito a campos magnéticos e
eléctricos alternados: deve ser magneticamente macio.

18. Aplicações
Armazenamento de informação magnética.
Os dois principais requisitos que um material deve ter para poder ser utilizado como “armazém” de
informação magnética é ter um elevado Br e um pequeno Hc.
Porquê? Para poder reter a magnetização quando o campo aplicado é retirado (elevado Br), e para
poder ser magnetizado e desmagnetizado (limpo, reformatado) com facilidade (pequeno Hc).

19. Imagem por microscopia de força atómica
de uma fita de cassete de video (Cr2O4)
A espessura dos domínios
magnéticos é cerca de 400 nm, ou
seja 4x10-7 m, ou seja 40 milhões de
caracteres por metro...