Explique em palavras:
Explique como um elétron orbitando o núcleo atômico gera um dipolo magnético e isso altera propriedades de materiais.
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
circulando naquele loop. Uma corrente fechada gera um momento de dipolo magnético
, cujo módulo clássico é a corrente vezes a área do laço. Em termos clássicos, para um raio médio
e velocidade orbital
, temos
Na mecânica quântica, substituímos
pelo momento angular orbital
, e o momento magnético orbital vira
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
onde
é o fator giromagnético (aproximadamente
para o elétron). O momento total do elétron é a soma
.
Passo 4
Dentro de um material, cada átomo carrega seu
. 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
produz a magnetização
, 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
. Seu spin adiciona mais um componente
. 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.