1- Explique de que forma o campo magnético é gerado a partir de um material que se comporta como um magneto permanente? Cite exemplos de aplicações.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como um material ferromagnético, após ser magnetizado, passa a comportar-se como um ímã permanente e gera um campo magnético estático no espaço ao seu redor. Para isso precisaremos recorrer aos conceitos de momento magnético atômico, domínios magnéticos, curva de histerese (remanência e coercitividade) e às noções de correntes ligadas associadas à magnetização.

Passo 2

Dentro de um cristal ferromagnético cada elétron possui um momento magnético individual resultante de seu spin e de sua órbita em torno do núcleo. Esses momentos atômicos tendem a se alinhar paralelamente devido à troca de energia (interação de troca de Hund), criando regiões chamadas domínios magnéticos, onde os momentos estão alinhados num mesmo sentido.

Passo 3

Em temperatura ambiente, sem campo externo, os domínios apontam em direções diferentes para minimizar a energia magnética global (fluxo de campo reduzido no exterior). Quando aplicamos um campo magnético externo crescente, os domínios alinhados com o campo crescem à custa dos que estão desalinhados, até saturar a magnetização do material.

Passo 4

Retirado o campo externo, parte desse alinhamento persiste se o material tiver alta coercitividade (campo inverso necessário para desmagnetizar). Essa magnetização remanescente \mathbf{M}_r é o que define um ímã permanente: um material capaz de manter \mathbf{M}\neq0 sem aporte contínuo de energia.

Passo 5

Do ponto de vista macroscópico, uma magnetização \mathbf{M} dentro do corpo produz correntes ligadas volumétricas
\mathbf{J}_b = \nabla \times \mathbf{M}
e correntes ligadas superficiais
\mathbf{K}_b = \mathbf{M}\times\mathbf{n},
onde \mathbf{n} é o vetor normal à superfície. Essas correntes ligadas criam no espaço um campo magnético \mathbf{B} cujas linhas fecham sobre si mesmas, saindo do polo “Norte” e entrando no polo “Sul” do ímã.

Passo 6

Como aplicações práticas de ímãs permanentes, podemos citar ímãs de geladeira, alto-falantes e fones de ouvido (onde \mathbf{B} interage com bobinas), motores e geradores elétricos (rotor com ímã permanente), sensores de Hall e efeito magnético (encoders), travas e freios magnéticos, cartões magnéticos e equipamentos de ressonância magnética (MRI).

Resposta

Um ímã permanente é um material ferromagnético que, após ser exposto a um campo externo forte e removê-lo, conserva uma magnetização remanescente \mathbf{M}_r devido à alta coercitividade do material. Microscopicamente, isso decorre do alinhamento dos momentos magnéticos atômicos em domínios que permanecem orientados. Macroscopicamente, a magnetização produz correntes ligadas volumétricas \mathbf{J}_b=\nabla\times\mathbf{M} e superficiais \mathbf{K}_b=\mathbf{M}\times\mathbf{n}, gerando um campo \mathbf{B} estático cujas linhas fecham do polo Norte ao polo Sul. Exemplos de aplicação incluem ímãs de geladeira, motores e geradores elétricos, alto-falantes, sensores de Hall e equipamentos de ressonância magnética.

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