Existem diferentes tipos de materiais e também substâncias constituídas por partículas carregadas: semelhantes; elétrons e prótons. Esses materiais podem apresentar algum tipo de propriedade magnética quando são magnetizados por um campo magnético externo que é conhecido como materiais magnéticos. Esses materiais possuem momentos magnéticos induzidos ou permanentes no campo magnético. Para estudar as propriedades magnéticas desses materiais, normalmente, o material é colocado em um campo magnético padronizado, então o campo magnético é alterado. Na tecnologia moderna, estes materiais desempenham um papel fundamental e são componentes significativos para transformadores , motores e geradores. Este artigo fornece breves informações sobre materiais magnéticos .
O que são materiais magnéticos?
Os materiais que são magnetizados a um campo magnético aplicado externamente são conhecidos como materiais magnéticos. Essas substâncias também obtêm magnetização sempre que são atraídas pelo ímã. Exemplos desses materiais são; Ferro, Cobalto e Níquel.
Esses materiais são categorizados em materiais magneticamente duros (ou) magneticamente macios.
Materiais magneticamente duros são magnetizados através de um campo magnético externo muito forte gerado por um eletroímã. Esses materiais são usados principalmente para criar ímãs permanentes feitos de ligas geralmente consistindo de quantidades variáveis de ferro, níquel, alumínio, cobalto e elementos de terras raras como samário, neodímio e disprósio.
Materiais magneticamente macios são facilmente magnetizados, embora o magnetismo induzido seja temporário. Por exemplo, se você acariciar um ímã permanente com uma chave de fenda ou um prego, ele ficará magnetizado temporariamente e gerará seu campo magnético fraco porque um grande número de ferro átomos estão alinhados temporariamente em uma direção semelhante através do campo magnético externo.
Propriedades
Propriedades dos materiais magnéticos são um dos conceitos mais fundamentais da física. Assim, as propriedades incluem principalmente; paramagnetismo, ferromagnetismo e antiferromagnetismo que são discutidos abaixo.
O paramagnetismo é um tipo de magnetismo em que alguns materiais são fracamente atraídos por um campo magnético aplicado externamente. Forma campos magnéticos internos e induzidos dentro da direção do campo magnético aplicado. No paramagnetismo, os elétrons desemparelhados são organizados aleatoriamente.
Ferromagnetismo é um fenômeno onde um material como o ferro fica magnetizado e permanece magnetizado dentro de um campo magnético externo para aquele estágio. No ferromagnetismo, os elétrons desemparelhados estão todos conectados.
O antiferromagnetismo é um tipo de ordem magnética que ocorre principalmente sempre que os momentos magnéticos dos átomos (ou) íons adjacentes se alinham em direções reversas e resulta em momentos magnéticos líquidos nulos. Portanto, esse comportamento se deve principalmente à interação de troca entre íons ou átomos vizinhos, o que auxilia no alinhamento antiparalelo para redução da energia do sistema. Normalmente, os materiais antiferromagnéticos exibem ordenação magnética sob uma temperatura específica conhecida como; Temperatura Néel. O material acima desta temperatura se tornará paramagnético e perderá suas propriedades antiferromagnéticas.
Como funcionam os materiais magnéticos?
Esses materiais possuem pequenas regiões onde o momento magnético pode ser direcionado dentro de uma direção específica denominadas domínios magnéticos que são responsáveis principalmente pelo desempenho exclusivo dos materiais. A energia completa dos materiais pode ser fornecida simplesmente pela energia anisotrópica, energia de troca e energia magnetostática. Sempre que o tamanho do material magnético é reduzido, ele aumenta vários domínios do material. Portanto, devido à redução da energia magnetoestática, mais paredes de domínio aumentarão a energia de troca e anisotropia. Assim, o tamanho do domínio decidirá a natureza do material magnético.
O momento magnético não é estável para alguns materiais que possuem diâmetros de partículas menores em comparação com o diâmetro crítico do superparamagnetismo. Sempre que o diâmetro da partícula estiver entre o diâmetro crítico do superparamagnetismo e o domínio único, o momento magnético se tornará estável.
Tipos de materiais magnéticos
Existem diferentes tipos de materiais magnéticos disponíveis no mercado, que são discutidos a seguir.
Materiais Paramagnéticos
Esses materiais não são fortemente atraídos por um ímã; estanho, magnésio, alumínio e muito mais. Esses materiais têm permeabilidade relativa pequena, mas positiva como a permeabilidade do alumínio é: 1.00000065. Esses materiais só são magnetizados quando estão localizados em um campo magnético muito forte e atuam na direção do campo magnético.
Sempre que um forte campo magnético é fornecido externamente, os dipolos magnéticos permanentes ajustam-nos em autoparalelos para o campo magnético aplicado e aumentam para uma magnetização positiva. Se a orientação do dipolo paralela ao campo magnético aplicado não for completa, a magnetização será extremamente pequena.
Materiais Diamagnéticos
Esses materiais são repelidos por um ímã como mercúrio, zinco, chumbo, madeira, cobre, prata, enxofre, bismuto, etc., são chamados de materiais diamagnéticos. Esses materiais têm permeabilidade ligeiramente abaixo de um. Por exemplo, a permeabilidade do material de cobre é 0,000005, do material de bismuto é 0,00083 e do material de madeira é 0,9999995.
Quando esses materiais estão localizados em um campo magnético extremamente forte, eles serão ligeiramente magnetizados e agirão na direção oposta ao campo magnético aplicado. Nestes tipos de materiais, existem dois campos magnéticos bastante fracos causados pela revolução orbital e pela rotação axial dos elétrons em torno do núcleo.
Materiais Ferromagnéticos
Esses tipos de materiais que são fortemente atraídos por um campo magnético são chamados de materiais ferromagnéticos. Exemplos desses materiais são; níquel, ferro, cobalto, aço, etc. Esses materiais têm permeabilidade extremamente alta que varia de várias centenas a milhares.
Os dipolos magnéticos dentro desses materiais são simplesmente organizados em domínios diferentes, onde o arranjo dipolo individual é significativamente perfeito e pode gerar campos magnéticos fortes. Normalmente, esses domínios são organizados aleatoriamente e o campo magnético de cada domínio é cancelado por meio de outro e todo o material não mostra o comportamento de um ímã.
Sempre que um campo magnético externo é fornecido a esses materiais, os domínios se reorientarão para suportar o campo externo e gerarão um campo magnético interno muito forte. Pela dedução do campo externo, a maioria dos domínios espera e continua aliada na direção do campo magnético.
Portanto, o campo magnético destes materiais persiste mesmo quando o campo externo se afasta. Portanto, esta propriedade principal é utilizada para a produção de ímãs permanentes que utilizamos diariamente. Os materiais utilizados na fabricação de ímãs permanentes são geralmente altamente ferromagnéticos, como ferro, níquel, neodímio, cobalto, etc.
Consulte este link para Materiais Ferromagnéticos .
Matérias-primas magnéticas
Normalmente, os ímãs permanentes ao redor do mundo são feitos com diferentes tipos de materiais e cada material possui características diferentes. Esses materiais incluem principalmente; alnico, borracha flexível, ferrita, samário, cobalto e neodímio, que são discutidos abaixo.
Ferritas
O grupo especial de materiais ferromagnéticos que ocupam uma posição intermediária entre materiais ferromagnéticos e não ferromagnéticos é conhecido como ferritas. Esses materiais possuem partículas finas de material ferromagnético que possuem alta permeabilidade e são mantidas mutuamente por meio de uma resina de ligação. Nas ferritas, a magnetização gerada é muito suficiente, embora sua saturação magnética não seja alta como nos materiais ferromagnéticos.
A geração desses materiais não é cara, o que está relacionado à sua força magnética. Estes são significativamente mais fracos em comparação com materiais de terras raras, mas ainda são amplamente utilizados em diversas aplicações comerciais. Esses materiais têm resistência como resistência à corrosão e desmagnetização.
Neodímio
O neodímio é um elemento de terra muito raro ((Nd) e seu número atômico é 60. Foi descoberto simplesmente no ano de 1885 pelo químico austríaco Carl Auer von Welsbach. Este material é misturado com boro, ferro e também vestígios de outros elementos como; praseodímio e disprósio para gerar uma liga ferromagnética chamada Nd2Fe14b, que é o material magnético mais forte. Os ímãs de neodímio substituem outros tipos de materiais em vários aparelhos industriais e comerciais modernos.
Alnico
A sigla de alumínio, níquel e cobalto é ‘alnico’, onde esses três elementos principais são usados principalmente na criação de material magnético alnico. Esses ímãs são ímãs permanentes muito fortes em comparação com ímãs de terras raras. Os ímãs de alnico podem ser substituídos por ímãs permanentes dentro motores , alto-falantes e geradores.
Samário Cobalto
Esses ímãs foram simplesmente desenvolvidos pelo Laboratório de Materiais da Força Aérea dos EUA no início dos anos 1970. Samário cobalto ou SmCo é um material magnético feito com uma liga de elementos terrestres incomuns como; samário, metal duro cobalto, vestígios de ferro, háfnio, cobre, praseodímio e zircônio. Os ímãs de samário-cobalto são ímãs de terras raras como o neodímio porque o samário é um elemento de um elemento semelhante do grupo de terras raras, como o neodímio.
Materiais Magnéticos versus Materiais Não Magnéticos
As diferenças entre esses dois materiais são discutidas abaixo.
| Materiais Magnéticos | Materiais não magnéticos |
| Os materiais que são atraídos por um ímã são conhecidos como materiais magnéticos. | Os materiais que não são atraídos por um ímã são conhecidos como materiais não magnéticos. |
| Exemplos desses materiais são; ferro, cobalto e níquel. | Exemplos desses materiais são; plástico, borracha, pena, aço inoxidável, papel, mica, prata, ouro, couro, etc. |
| A condição magnética desses materiais pode ser aliada em arranjos antiparalelos ou paralelos, portanto eles podem reagir a um campo magnético uma vez que estejam sob o controle de um campo magnético externo. | A condição magnética desses materiais pode ser organizada de forma aleatória, portanto, os movimentos magnéticos desses domínios são cancelados. Assim, eles não reagem a um campo magnético. |
| Esses materiais ajudam a criar ímãs permanentes porque podem ser facilmente magnetizados por meio de um ímã. | Esses materiais não podem ser magnetizados através de um ímã. Portanto, nunca poderá se transformar em um material magnetizado. |
Comparação
A comparação entre diferentes materiais magnéticos é discutida abaixo.
| tipo de material | Composição | Temperatura máxima de operação | Coeficiente de temperatura | Densidade g/cm^3 |
| Ferrita | Óxido de ferro e materiais cerâmicos. | 180ºC | -0,02% | 5g / cm^3 |
| Neodímio | Principalmente neodímio, boro e ferro. | 80ºC | 0,11% | 7,4g / cm^3 |
| Alnico | Principalmente níquel, alumínio, ferro e cobalto. | 500ºC | -0,2% | 7,3g / cm^3 |
| Borracha Magnética | Potência de bário/estrôncio e PVC ou borracha sintética. | 50ºC | 0,2% | 3. 5g / cm^3 |
| Samário Cobalto | Principalmente Samário e Cobalto | 350ºC | 0,11% | 8. 4g / centímetros^3 |
Formulários
O aplicações de materiais magnéticos inclui o seguinte.
- Eles são usados para criar e distribuir eletricidade nos aparelhos que utilizam eletricidade.
- Eles são utilizados para armazenamento de dados em discos de áudio, vídeo e computador.
- Esses materiais são amplamente utilizados na vida, produção, ciência e tecnologia de defesa nacional.
- Eles são usados na fabricação de diferentes transformadores e motores em tecnologia de energia, diferentes componentes magnéticos e tubos de micro-ondas em tecnologia eletrônica, intensificadores e filtros em tecnologia de comunicação, armas eletromagnéticas, eletrodomésticos e minas magnéticas em tecnologia de defesa nacional.
- Eles são amplamente utilizados na exploração mineral e geológica, exploração oceânica e novas tecnologias em energia, informação, espaço e biologia.
- Esses materiais desempenham um papel significativo no campo da tecnologia eletrônica e em outros campos da ciência e tecnologia.
- Estes são aplicáveis em eletrônica, medicina, engenharia elétrica, etc.
- Eles são usados na fabricação de dispositivos eletrônicos e elétricos, como motores elétricos, transformadores e geradores.
- Eles são usados na produção de dispositivos de armazenamento magnético como; disquetes, unidades de disco rígido e fita magnética.
- Esses tipos de materiais são usados na produção de sensores magnéticos como; Sensores de efeito Hall, sensores de campo magnético e sensores magnetorresistivos.
- Estes são aplicáveis em equipamentos médicos como; Máquinas de ressonância magnética, marca-passos e sistemas implantáveis de administração de medicamentos.
- Eles são utilizados em métodos de separação magnética, que são utilizados para desconectar partículas magnéticas de partículas não magnéticas.
- Esses materiais são utilizados na geração de energia renovável como; usinas hidrelétricas e turbinas eólicas.
Assim, isso é uma visão geral do magnético materiais, tipos, diferenças, comparação de materiais e suas aplicações. Aqui vai uma pergunta para você: o que é um ímã?
