Ferromagnetismo

Definição

Ferromagnetismo se refere ao fenômeno exibido por substâncias, como o ferro, que têm permeabilidades relativas muito maiores do que a unidade e aumento da magnetização com campo de magnetização aplicado.

Ferromagnetismo se refere ao fenômeno pelo qual metais ferromagnéticos, como ferro, níquel, cobalto e certas ligas tornam-se magnetizados em um campo magnético e retêm seu magnetismo quando o campo é removido.

Ferromagnetismo é um fenômeno pelo qual certas substâncias podem se tornar ímãs permanentes quando submetidas a um campo magnético.

Os materiais ferromagnéticos geralmente contêm ferro, níquel ou cobalto.

Algumas dessas substâncias retêm sua magnetização na ausência do campo aplicado. O efeito é causado pelo alinhamento do spin do elétron em regiões chamadas de domínios

Ferromagnetismo, observando ou pertencendo a uma substância, como o ferro, que abaixo de uma certa temperatura, o ponto Curie, pode possuir magnetização na ausência de um campo magnético externo. Observando ou pertencendo a uma substância na qual os momentos magnéticos dos átomos estão alinhados.

Ferromagnetismo

O que é ferromagnetismo?

Ferromagnetismo é uma propriedade de um material em que partículas chamadas de momentos magnéticos se organizam paralelamente umas às outras quando existe um campo magnético.

Essas partículas permanecem no lugar mesmo quando o ímã é removido.

O magnetismo ocorre em um nível atômico, com o campo tendo um efeito direto sobre os elétrons em um átomo.

Elétrons que giram em direções opostas podem estar na mesma órbita do átomo, e até mesmo mudar de órbita, fazendo com que tenham uma repulsão mais forte. Chamada de repulsão de Coulomb, isso permite que os elétrons sejam dispostos em paralelo e resulta na estrutura paralela de materiais ferromagnéticos, como ferro e níquel.

A temperatura também tem uma forte influência nos materiais ferromagnéticos.

Dependendo do material, ele se tornará paramagnético em uma determinada temperatura, na qual os momentos do ímã apontam em direções aleatórias. O pedido é interrompido pela energia térmica.

A temperatura em que esse fenômeno ocorre é determinada por equações derivadas da Lei de Curie-Weiss do ferromagnetismo.

O Ímã e o Campo Magnético

No ferromagnetismo, um material não é completamente preenchido com elétrons paralelos. Existem domínios em que os elétrons são organizados como tais, mas a energia magnética total também é influenciada pela forma de um objeto, do qual sua energia magnetostática é derivada. Um material ferromagnético também é afetado pela estrutura atômica, de modo que a energia magnetocristalina pode variar ao longo de diferentes eixos. Energia magnetostritiva é aquela que causa pequenas mudanças no comprimento dos materiais quando magnetizados.

Onde a energia magnética faz com que a direção da magnetização mude é chamado de parede de domínio, o que é visto no ferromagnetismo de estruturas cristalinas.

A capacidade dos materiais ferromagnéticos de reverter aos arranjos anteriores tem sido usada como base para a memória do computador. A memória de acesso aleatório (RAM) na década de 1970 usava ferro para criar forças magnéticas polares que serviam como uma forma de criar sinais binários durante o armazenamento da memória. A histerese é uma propriedade magnética utilizada para aproveitar se a magnetização pode ser revertida ou não.

Não está presente em materiais ferromagnéticos que são reversíveis e retornam ao estado desmagnetizado quando os campos magnéticos são removidos.

Um ímã permanente permanece magnetizado, e quando um campo forte o suficiente na direção oposta do primeiro é aplicado, ele pode inverter a polaridade.

O ponto em que isso acontece não depende de valores matemáticos específicos, mas é representado por uma curva gráfica de histerese.

Ferromagnetismo é onde os materiais permanecem magnetizados devido à sua estrutura interna e é um dos princípios mais estudados do magnetismo.

Ferromagnetismo – Tipo

O magnetismo é um fenômeno que cativa a humanidade há séculos.

Existem cinco tipos diferentes de magnetismo, eles são: diamagnetismo, ferromagnetismo paramagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo.

Ferromagnetismo é o mais comum que a pessoa média se lembra. Isso ocorre porque a maioria das pessoas encontrou ímãs permanentes em algum momento de suas vidas e eles são feitos de material ferromagnético.

Isso é realmente semelhante ao material paramagnético, mas com uma diferença importante que os separa.

O paramagnetismo não tem campo magnético líquido porque os spins dos elétrons estão apontando em todas as direções diferentes. Isso significa que quando um ímã forte de atração positiva ou negativa é colocado próximo ao material paramagnético, um alinhamento parcial dos spins resultará em uma atração fraca. Onde, como no ferromagnetismo, os spins dos elétrons estão todos apontando na mesma direção. Isso é o que faz com que os ímãs permanentes se atraiam pelos pólos opostos, de sul para o norte e vice-versa, bem como se repelam quando os mesmos pólos estão frente a frente.

Ferromagnetismo – Propriedade

A propriedade de ser fortemente atraído por qualquer um dos pólos de um ímã.

Os materiais ferromagnéticos, como o ferro, contêm elétrons desemparelhados, cada um com um pequeno campo magnético próprio, que se alinham prontamente entre si em resposta a um campo magnético externo.

Esse alinhamento tende a persistir mesmo após a remoção do campo magnético, fenômeno denominado histerese.

Ferromagnetismo é importante no projeto de eletroímãs, transformadores e muitos outros dispositivos elétricos e mecânicos e na análise da história das reversões magnéticas da Terra.

Ferromagnetismo – Física

Ferromagnetismo, fenômeno físico no qual certos materiais eletricamente descarregados atraem fortemente outros.

Dois materiais encontrados na natureza, a magnetita (ou magnetita, um óxido de ferro, Fe₃O₄ e o ferro, têm a capacidade de adquirir esses poderes de atração e são frequentemente chamados de ferromagnetos naturais. Eles foram descobertos há mais de 2.000 anos, e todos os primeiros estudos científicos do magnetismo foram conduzidos nesses materiais. Hoje, os materiais ferromagnéticos são usados em uma ampla variedade de dispositivos essenciais para a vida cotidiana – por exemplo, motores e geradores elétricos, transformadores, telefones e alto-falantes.

Ferromagnetismo é um tipo de magnetismo que está associado ao ferro, cobalto, níquel e algumas ligas ou compostos contendo um ou mais desses elementos.

Também ocorre no gadolínio e em alguns outros elementos de terras raras.

Em contraste com outras substâncias, os materiais ferromagnéticos são magnetizados facilmente e, em campos magnéticos fortes, a magnetização se aproxima de um limite definido chamado saturação.

Quando um campo é aplicado e, em seguida, removido, a magnetização não retorna ao seu valor original – esse fenômeno é conhecido como histerese.

Quando aquecidos a uma determinada temperatura chamada ponto Curie, que é diferente para cada substância, os materiais ferromagnéticos perdem suas propriedades características e deixam de ser magnéticos; no entanto, eles se tornam ferromagnéticos novamente no resfriamento.

O magnetismo em materiais ferromagnéticos é causado pelos padrões de alinhamento de seus átomos constituintes, que atuam como eletroímãs elementares.

O ferromagnetismo é explicado pelo conceito de que algumas espécies de átomos possuem um momento magnético – isto é, que tal átomo em si é um eletroímã elementar produzido pelo movimento dos elétrons sobre seu núcleo e pelo spin de seus elétrons em seus próprios eixos. Abaixo do ponto Curie, átomos que se comportam como pequenos ímãs em materiais ferromagnéticos se alinham espontaneamente. Eles ficam orientados na mesma direção, de modo que seus campos magnéticos se reforçam.

Um requisito de um material ferromagnético é que seus átomos ou íons tenham momentos magnéticos permanentes. O momento magnético de um átomo vem de seus elétrons, pois a contribuição nuclear é desprezível. Outro requisito para o ferromagnetismo é algum tipo de força interatômica que mantenha os momentos magnéticos de muitos átomos paralelos uns aos outros. Sem essa força, os átomos seriam desordenados por agitação térmica, os momentos dos átomos vizinhos se neutralizariam e o grande momento magnético característico dos materiais ferromagnéticos não existiria.

Há ampla evidência de que alguns átomos ou íons têm um momento magnético permanente que pode ser retratado como um dipolo consistindo de um pólo positivo, ou norte, separado de um pólo negativo ou sul.

Em ferromagnetos, o grande acoplamento entre os momentos magnéticos atômicos leva a algum grau de alinhamento dipolo e, portanto, a uma magnetização líquida.

O físico francês Pierre-Ernest Weiss postulou um tipo de ordem magnética em grande escala para ferromagnetos chamada estrutura de domínio. De acordo com sua teoria, um sólido ferromagnético consiste em um grande número de pequenas regiões, ou domínios, em cada um dos quais todos os momentos magnéticos atômicos ou iônicos estão alinhados.

Se os momentos resultantes desses domínios forem orientados aleatoriamente, o objeto como um todo não exibirá magnetismo, mas um campo de magnetização aplicado externamente irá, dependendo de sua força, girar um após o outro dos domínios em alinhamento com o campo externo e causa alinhada domínios cresçam às custas dos não-alinhados. No estado limite denominado saturação, o objeto inteiro compreenderá um único domínio.

A estrutura do domínio pode ser observada diretamente. Em uma técnica, uma solução coloidal de pequenas partículas magnéticas, geralmente magnetita, é colocada na superfície de um ferromagneto.

Quando os pólos de superfície estão presentes, as partículas tendem a se concentrar em certas regiões para formar um padrão que é prontamente observado com um microscópio óptico.

Padrões de domínio também foram observados com luz polarizada, nêutrons polarizados, feixes de elétrons e raios-X.

Em muitos ferromagnetos, os momentos dipolares são alinhados paralelamente pelo forte acoplamento. Este é o arranjo magnético encontrado para os metais elementares ferro (Fe), níquel (Ni) e cobalto (Co) e para suas ligas entre si e com alguns outros elementos. Esses materiais ainda constituem o maior grupo de ferromagnetos comumente usados.

Os outros elementos que possuem uma ordem colinear são os metais de terras raras gadolínio (Gd), térbio (Tb) e disprósio (Dy), mas os dois últimos tornam-se ferromagnetos apenas bem abaixo da temperatura ambiente.

Algumas ligas, embora não sejam compostas por nenhum dos elementos mencionados acima, apresentam uma disposição de momentos paralelos. Um exemplo disso é a liga de Heusler CuAlMn₃, na qual os átomos de manganês (Mn) têm momentos magnéticos, embora o metal manganês em si não seja ferromagnético.

Desde 1950, e particularmente desde 1960, vários compostos ligados ionicamente foram descobertos como ferromagnéticos.

Alguns desses compostos são isolantes elétricos; outros têm uma condutividade de magnitude típica de semicondutores. Esses compostos incluem calcogenetos (compostos de oxigênio, enxofre, selênio ou telúrio), halogenetos (compostos de flúor, cloro, bromo ou iodo) e suas combinações. Os íons com momentos de dipolo permanentes nesses materiais são manganês, cromo (Cr) e európio (Eu); os outros são diamagnéticos.

Em baixas temperaturas, os metais de terras raras hólmio (Ho) e érbio (Er) têm um arranjo de momento não paralelo que dá origem a uma magnetização espontânea substancial.

Alguns compostos iônicos com estrutura de cristal de espinélio também possuem ordenação ferromagnética. Uma estrutura diferente leva a uma magnetização espontânea em túlio (Tm) abaixo de 32 kelvins (K).

Acima do ponto Curie (também chamado de temperatura de Curie), a magnetização espontânea do material ferromagnético desaparece e ele se torna paramagnético (ou seja, permanece fracamente magnético).

Isso ocorre porque a energia térmica torna-se suficiente para superar as forças de alinhamento internas do material.

As temperaturas de Curie para alguns ferromagnetos importantes são: ferro, 1.043 K; cobalto, 1.394 K; níquel, 631 K; e gadolínio, 293 K.

Fonte: eng.libretexts.org/automationforum.in/Encyclopaedia Britannica/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/www.wisegeek.org/www.sciencedirect.com/www.greenfacts.org/research.physics.illinois.edu