Explique em palavras:
Explique como um elétron orbitando o núcleo atômico gera um dipolo magnético e isso altera propriedades de materiais.

Passo 1

O enunciado quer que a gente entenda, de forma qualitativa, por que um elétron que “dá voltas” em torno do núcleo funciona como um ímã minúsculo (dipolo magnético) e como esses dipolos atômicos, no agregado, mudam o comportamento magnético de um material. O conteúdo envolve eletromagnetismo clássico (corrente e momento magnético) e um pouco de mecânica quântica (momentos de spin e orbital).

Passo 2

Qualquer carga em movimento contínuo forma o que chamamos de corrente elétrica. Se o elétron descreve uma órbita aproximadamente circular, dá para imaginar uma corrente I circulando naquele loop. Uma corrente fechada gera um momento de dipolo magnético mu, cujo módulo clássico é a corrente vezes a área do laço. Em termos clássicos, para um raio médio r e velocidade orbital v, temos
I = eT = e,v2pi r Longrightarrow mu = Icdot(pi r^2) = e,v,r2,
Na mecânica quântica, substituímos v,r pelo momento angular orbital L, e o momento magnético orbital vira
muL = -e2m,L,
O sinal -- aparece porque o elétron tem carga negativa.

Passo 3

Além do movimento orbital, o elétron tem spin, que é um momento angular intrínseco. Esse spin também produz um dipolo magnético
muS = -g,e2m,S,
onde g é o fator giromagnético (aproximadamente 2 para o elétron). O momento total do elétron é a soma mu=muL+muS.

Passo 4

Dentro de um material, cada átomo carrega seu mu. Sem campo externo, esses vetores podem ficar desordenados (soma zero) ou parcialmente alinhados por interações internas.
  • Em materiais diamagnéticos, os dipolos atômicos giram um pouquinho contra um campo aplicado, gerando leve repulsão.
  • Em paramagnéticos, os dipolos tendem a se alinhar paralelamente ao campo, atraindo-o fracamente.
  • Em ferromagnéticos, há uma forte interação entre dipolos vizinhos que os alinha mesmo sem campo, gerando imãs permanentes.
O somatório macroscópico desses mu produz a magnetização M, que modifica a permeabilidade magnética e, portanto, as propriedades do material em respostas a campos externos.

Resposta

Um elétron orbitando o núcleo gera uma corrente circular que se comporta como um pequeno imã (dipolo magnético) com momento muL=-tfrace2m,L. Seu spin adiciona mais um componente muS. No agregado de átomos, o grau de alinhamento desses dipolos determina se o material é diamagnético, paramagnético ou ferromagnético, alterando sua magnetização e a resposta a campos magnéticos.

Exercícios relacionados