Origem e aplicações do magnetismo nos materiais: Ferromagnetismo, Paramagnetismo e Diamagnetismo.

Por que que alguns metais são atraídos por imãs enquanto que outros não são essa pergunta simples nos leva a uma análise muito mais profunda O que é que faz com que o material seja um imã até agora nessa série eu discutir as propriedades dos eletromagnetos cujas propriedades são geradas por correntes elétricas mas nossa experiência cotidiana lida principalmente com imãs permanentes Eu já mostrei que as espiras e solenoides de corrente que são eletroímãs tem polos eletromagnéticos e exibem comportamentos semelhantes aos dos imãs permanentes mas ainda nos faltam a conexão específica Entre esses dois sistemas magnéticos e

o objetivo deste vídeo é justamente complementar a sua compreensão sobre Esse aspecto desenvolvendo uma visão a nível atômico das propriedades magnéticas da matéria [Música] bem-vindos ao velho científica aqui eu procuro explicar as leis mais importantes da natureza em linguagem simples e abordagem ilustrada se isso pode vir agregar a sua visão de mundo Considere a possibilidade de se inscrever no canal e ativar o Sininho para receber mais desse tipo de conteúdo [Música] a semelhança entre as linhas de campo magnético na vizinhança de um imã em barra e aquela ao redor de um circuito de corrente sugere

que o magnetismo Em ambos os casos tem uma causa comum já Vimos que o campo magnético que envolve uma espira é criado pelas cargas que se movem no seu fio condutor eu vou mostrar agora que o campo magnético em torno de uma barra magnética também é devido ao movimento de cargas Mais o movimento não é de uma corrente através do material magnético mas sim devido ao movimento dos elétrons nos átomos do material sim o magnetismo de um material é devido ao movimento dos elétrons de seus átomos há dois tipos de movimentos eletrônicos e os dois

são responsáveis pelas propriedades magnéticas dos materiais O primeiro é o movimento orbital onde cada elétron orbitam o núcleo do átomo assim como a Terra faz em torno do sol ao se mover assim o elétron que é uma partícula carregada uma carga pontual se comporta como inspira de corrente toque de tamanho atômico e com isso ele gera um pequeno campo magnético semelhante ao de uma espira de corrente o segundo movimento é o giro que o elétron dá em torno do seu próprio eixo esse movimento é análogo ao movimento de rotação da terra Note que aqui eu

estou considerando o modelo onde o elétron é representado como uma esfera carregada e giratória um modelo Ultra simplificado e que não deve ser tomado literalmente mas adiante na série sobre fenômenos quânticos eu vou mostrar que isso não é preciso já que o elétron é uma partícula quântica Mas como eu ia dizendo nesse modelo simplista cada elétron possui um movimento de giro em torno do próprio eixo esse movimento de giro por ser tão especial ele recebe o nome também especial spin e é o Spin que dá origem ao campo magnético então nós podemos afirmar que o

campo magnético produzido por uma barra magnética é criado pelos elétrons nos átomos do material que compõem a barra de vida combinação originados em seus dois movimentos o movimento orbital e o Spin [Música] ao contrário do que acontece no sistema solar onde os planetas orbitam no mesmo sentido as órbitas dos elétrons em movimento orbital são organizadas para se opor em umas as outras assim num átomo você terá um elétron se movendo no sentido horário para cada elétron que se move no sentido anti-horário com isso os momentos magnéticos das órbitas individuais tendem a se cancelar de forma

que o momento magnético total é zero ou desprezível esse cancelamento continua mesmo quando esses átomos se unem para formar moléculas ou sólidos então numa escala macroscópica o momento magnético total de qualquer material devido aos movimentos orbital dos elétrons será tão pequeno que pode ser ignorado E com isso fica claro que o movimento orbital dos elétrons não pode explicar por exemplo os fortes efeitos magnéticos que estão presentes num pedaço de Ferro magnetizado para explicar isso teremos que recorrer ao Spin [Música] a chave para entender o magnetismo atômico foi a descoberta de que os elétrons têm Spin

o modelo clássico de uma esfera carregada giratória leva de fato a um momento magnético tem em mente que esta imagem clássica não é o retrato realista de como um elétron se comporta embora o seu comportamento magnético faça parecer mesmo que eles tivesse girando E com isso apesar do elétron não girar no sentido literal ele pode ser considerado um imã microscópico de acordo com a teoria quântica em um átomo com muitos elétrons os momentos magnéticos de spin assim como os momentos magnéticos orbitais tendem a se opor a medida que os elétrons são alocados em suas camadas

fazendo com que o momento magnético resultante de uma camada preenchida seja nulo átomos que contém o número ímpar de elétrons devem ter pelo menos um elétron de Valência com um spin desemparelhado e esses átomos tem um momento magnético resultante devido ao Spin desse elétron mas mesmo assim com momentos magnéticos não vão formar necessariamente um sólido com propriedades magnéticas isso porque para a maioria dos elementos os momentos magnéticos atômicos são arranjados de forma aleatória quando os átomos se unem para formar uma molécula ou um sólido esse arranjo aleatório produz um sólido que tem momento magnético resultante

que é muito próximo de zero e isso concorda com a nossa experiência comum de que a maioria dos materiais não são magnéticos [Música] se a tendência dos momentos magnéticos dos átomos de se auto alinhar for forte o suficiente como ocorre por exemplo em materiais Como ferro e o níquel o resultado pode ser um campo magnético intenso como de um imã de barra materiais com esse tipo de comportamento são chamados de Ferro magnéticos nesses materiais os momentos magnéticos individuais podem Se somar para criar um dipolo magnético macroscópico o material passa a ter um polo magnético Norte

e um polo magnético Sul em outras palavras ele pode se converter em um imã mas na contramão do alinhamento dos momentos atômicos surge a desordem causada pelo aumento da temperatura quando a temperatura de uma substância ferromagnética atinge ou ultrapassa uma temperatura crítica chamada temperatura de que ri todos os ferros perdem a sua magnetização e os seus momentos magnéticos atômicos passam a ter orientações aleatórias [Música] outra característica importante dos materiais ferromagnéticos é que o campo magnético de seus átomos é tão forte que as interações entre os átomos adjacentes fazem com que um grande número deles se

alinham com os outros esses aglomerados de átomos alinhados são chamados de domínios magnéticos o exame microscópico revela que cada domínio magnético possui cerca de 1 mm² de área e se comporta como se fosse um pequeno ímã dentro do material com o Polo Norte e um Polo Sul mas apesar de cada domínio ter um forte campo magnético eles normalmente têm diferentes orientações com isso o efeito Total pode ser pequeno de forma que o ferro venha exibir pouco ou nenhuma magnetismo geral o que de fato é o que nós observamos no dia a dia um pedaço de

Ferro não é um imã mas ele pode ser magnetizado se for colocado num campo magnético externo produzido por um imã permanente ou por um eletroímã ao expor o material Ferro diabético a um campo externo esse campo vai penetrar no ferro não magnetizado induzir nele o estado de magnetismo e provocar dois efeitos diferentes O primeiro é que aqueles domínios cuja magnetização está alinhada com o campo magnético externo vão aumentar de tamanho as custas de outros domínios que não estão tão orientados assim o segundo efeito é que o alinhamento magnético de alguns domínios pode ficar mais orientado

na direção do campo externo o alinhamento preferencial resultante dos domínios é o que dá ao Ferro o magnetismo Geral de forma que o ferro passa a se comportar como ímã com pólos norte e sul alguns tipos de materiais ferromagnéticos Como dióxido de cromo por exemplo usada em fitas cassetes os domínios permanecem alinhados mesmo quando o campo externo é removido nesse caso o material se torna permanentemente magnetizado Inclusive essa é a razão também pela qual um imã pode atrair pedaços de Ferro magnetizados para isso o campo do imã causa um leve realinhamento dos domínios dentro do

objeto na magnetizado o objeto então se torna também momentaneamente um pequeno imã com seu Polo Norte voltado para o Polo Sul de um imã permanente O que leva então a atração magnética o magnetismo induzido em um material ferromagnético pode ser surpreendentemente alto mesmo se o campo magnético externo for fraco não é incomum que um campo induzido seja de 100 até mil vezes mais forte que o campo externo que causa o alinhamento e é por isso que eletroímãs de Alto Campo São construídos envolvendo um fio condutor de corrente em torno de um núcleo sólido feito de

ferro ou outro material ferromagnético [Música] outra substâncias respondem fracamente a Campos magnéticos com dois tipos de magnetismo o paramagnetismo e o diamagnetismo mas nesses casos as forças são tão fracas que ela só podem ser detectadas por instrumentos sensíveis em um laboratório os materiais para magnéticos são fracamente atraídos por um campo magnético externo a tendência para o alto alinhamento de seus momentos atômicos individuais é muito fraca para produzir um campo magnético resultante mas mesmo assim é possível que o material para magnético sujeita um forte Campo aplicado possa vir apresentar uma magnetização induzida só que diferente dos

ferro imãs os paraímas não retém essa magnetização quando o campo externo é removido a magnetização desaparece devido aos efeitos de temperatura que faz com que o movimento dos átomos torne novamente aleatória a orientação dos momentos magnéticos ao contrário do ferro magnetismo e do para magnetismo onde monetização induzida aponta na mesma direção do campo externo nos materiais diamagnético a magnetização surge no sentido oposto com isso os materiais são repelidos pelos Campos magnéticos essa força repulsiva é normalmente muito fraca para poder ser notada e embora o dia magnetismo esteja presente em toda matéria seus efeitos são muito

menores do que os do paramagnetismo ou do ferro magnetismo e se tornam evidentes Apenas quando estes outros efeitos não existem [Música] o fato de nem todos os materiais serem ferromagnéticos é útil no processamento de materiais recicláveis onde os materiais são passados por um tambor giratório em torno de um imã materiais ferromagnéticos Como ferro e o aço vão aderir ao tambor mas os metais não ferro magnéticos como o alumínio e o cobre não vão como esses metais aparecem frequentemente em fluxos de resíduos e devem ser reciclados de forma diferente uns dos outros um mecanismo de triagem

rápido é eficiente crucial para recuperar esses metais valiosos evitando que ele se deteriorem em Um aterro muitos organismos vivos são conhecidos por incorporar pequenos cristais ferro magnéticos em seus compostos algumas espécies de bactérias usam cristais de magnetita para ajudar a se orientar em relação a um campo magnético da terra a magnetita também foi encontrada no cérebro de abelhas e pombos o que levanta a hipótese de que isso venha desempenhar um papel na Nave desses voadores ao escovar o excesso de pó convencional na cena de um crime um investigador pode arruinar os sulcos delicados do padrão

que permitem que a impressão digital seja identificada de forma confiável a atração entre o imã permanente e um material ferromagnético pode ser usada para contornar essa situação em vez de espanar o pó da superfícies para tornar as impressões digitais visíveis um pó magnético permite que os investigadores recupera em evidências de superfícies sem danificar as impressões no processo esse pó magnético para impressão digital consiste em pequenos flocos de Ferro revestidos com o material orgânico isso vai permitir que ele grude no resíduo gorduroso da impressão o imã permanente elimina então a necessidade de escovar o excesso de

pó criando magnetismo induzido no ferro e afastando o pó não preso diretamente ao resíduo gorduroso um trem de levitação magnética ou simplesmente o maglev USA forças que surgem no magnetismo induzido para levitar ou flutuar acima de uma guia como ele fica alguns centímetros acima da Guia ele não precisa de rodas livre do atrito devido à guia o trem pode atingir velocidades significativamente maiores do que os três convencionais com o consumo de energia relativamente mais baixo e com pouco ruído o trem maglev de Xangai também conhecido como Xangai transrapid tem uma velocidade máxima de 430 km

por hora o maglev trans rápido atinge a levitação com eletroímãs montados em braços que se estendem ao redor da guia quando uma corrente é enviada para um eletroímã o campo magnético resultante cria o magnetismo induzido em um trilho montado na guia a força de atração ascendente do magnetismo induzido é equilibrado então pelo peso do trem de modo que o trem se move sem tocar no trilho ou na guia a levitação magnética apenas levanta o trem ela não move para frente para se movimentar para frente o maglev se Vale da propulsão magnética além das redes de

eletroímãs de levitação os eletroímãs de propulsão também são colocados ao longo da Guia ao controlar a direção das correntes nos eletroímãs do trem e da guia é possível criar um polo diferente na guia logo à frente de cada eletroímã no trem e um polo semelhante logo atrás dessa forma cada eletroíma no trem é puxado e empurrado para frente por eletroímãs na guia e ajustando o tempo dos polos semelhantes e diferentes na guia a velocidade do trem pode ser ajustada a inversão dos polos nos eletroímãs da Guia serve para frear o trem nesse vídeo eu mostrei

a origem do magnetismo dos materiais e apresentei algumas de suas aplicações no próximo eu vou mostrar Ainda mais eu vou mostrar porque você não deveria gastar o seu dinheiro com a maior parte dos utensílios magnéticos disponíveis no mercado esse vídeo termina por aqui se você gostou dê um like agora e assine o canal tem a ver científico abraço e até a próxima