A depender da resposta do elétron e dos dipolos atômicos magnéticos à aplicação de um campo magnético externo, os materiais podem exibir pelo menos um dos tipos de magnetismos. Cite os tipos de magnetismo dos materiais e diferencie cada um deles.
Passo 1
Beleza, o enunciado pergunta: “Quais são os tipos de magnetismo dos materiais e como cada um deles se diferencia?”
Isso faz parte da matéria de magnetismo na física do estado sólido ou eletromagnetismo.
O que vamos precisar:
Isso faz parte da matéria de magnetismo na física do estado sólido ou eletromagnetismo.
O que vamos precisar:
- Entender que todo material tem dipolos magnéticos internos (vindo dos elétrons e seus spins).
- Saber que, quando aplicamos um campo magnético externo
, esses dipolos podem se comportar de maneiras diferentes. - Usar a noção de magnetização
e susceptibilidade magnética , onde normalmente vale
Passo 2
Diamagnetismo
- Teoria básica: todo elétron em movimento (ou par de elétrons) cria um pequeno campo magnético que, segundo a Lei de Lenz, tenta se opor à mudança do campo externo.
- Característica principal:
, ou seja, o material é levemente repelido pelo campo. - Não precisa ter momentos magnéticos “livres” alinhados – surge de nêutrons emparelhados ou elétrons emparelhados em orbitais.
- Exemplo: cobre, ouro, água.
Passo 3
Paramagnetismo
- Teoria básica: alguns átomos ou íons têm momentos magnéticos (spins desemparelhados) mas, sem campo, eles ficam “no ar” por causa da agitação térmica.
- Característica principal:
e pequeno; quando aplico , os dipolos tendem a se alinhar com o campo, gerando magnetização na mesma direção. - Em temperatura alta, o alinhamento é fraco e segue a Lei de Curie:
onde
é a constante de Curie e
a temperatura em kelvin.
4. Exemplo: alumínio, oxigênio gasoso, íons de metais de transição.
4. Exemplo: alumínio, oxigênio gasoso, íons de metais de transição.
Passo 4
Ferromagnetismo
- Teoria básica: além do campo externo, existe interação de troca quântica entre vizinhos que força os spins a ficarem paralelos mesmo sem
. - Característica principal:
é muito grande e positiva; abaixo de certa temperatura ( , temperatura de Curie) o material fica magnetizado “sozinho”. - Formam-se domínios magnéticos que podem crescer ou encolher quando aplicamos
, gerando histerese (isto é, depende do caminho do campo). - Exemplo: ferro, níquel, cobalto.
Passo 5
Antiferromagnetismo
- Teoria básica: também há interação de troca, mas ela faz os spins vizinhos se alinharem em direções opostas.
- Característica principal: abaixo de
(temperatura de Néel), o momento líquido é zero porque as sub-redes se cancelam. Acima de , fica paramagnético. - Não exibe histerese macroscópica forte.
- Exemplo: óxido de manganês (MnO), fluoreto de cério (CeF
).
Passo 6
Ferrimagnetismo
- Teoria básica: parecido com antiferro, mas os dois sublattices têm magnitudes de momento diferentes, então sobra um magnetismo resultante.
- Característica principal: comportamento “quase ferro” com histerese, mas momentos parciais se cancelam parcialmente.
- Exemplo clássico: magnetita (Fe
O ).
Resposta
Os principais tipos de magnetismo e suas diferenças são:
- Diamagnetismo (
): repelido pelo campo, só depende de elétrons emparelhados. - Paramagnetismo (
, pequeno): dipolos livres se alinham fracamente com o campo; segue Lei de Curie. - Ferromagnetismo (
): alinhamento espontâneo de spins, histerese, magnetização mesmo sem campo abaixo de . - Antiferromagnetismo (
acima de , na prática não magnético abaixo): sub-redes de spins antiparalelos se cancelam. - Ferrimagnetismo: sub-redes antiparalelas com magnitudes diferentes, resultando em magnetização líquida e histerese.