Um laboratório está investigando as propriedades magnéticas de diferentes materiais. Um cilindro feito de grafite e outro de alumínio são posicionados em um campo magnético não uniforme criado por um eletroímã. Durante o experimento, os cientistas observam que:
- O cilindro de grafite é levemente repelido pelas regiões de maior intensidade do campo magnético.
- O cilindro de alumínio é atraído pelas regiões de maior intensidade do campo magnético.
Com base nessas observações:
Classifique o comportamento magnético de cada material (diamagnetismo ou paramagnetismo) e justifique sua resposta com base nas interações entre o material e o campo magnético.
Com base nessas observações:
Classifique o comportamento magnético de cada material (diamagnetismo ou paramagnetismo) e justifique sua resposta com base nas interações entre o material e o campo magnético.
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o que o enunciado pede. A gente tem dois cilindros num campo magnético não uniforme:
- Grafite que é levemente repelido pelas regiões de maior intensidade.
- Alumínio que é atraído pelas regiões de maior intensidade.
Isso cai na matéria de magnetismo da matéria: diamagnetismo vs paramagnetismo. Para resolver, a gente vai precisar entender como cada tipo de material reage ao campo e usar a relação entre susceptibilidade magnética (χ), magnetização (M) e força num campo não uniforme.
Passo 2
Teoria básica:
- Magnetização M é o vetor que diz como o material responde ao campo H:
Onde χ é a susceptibilidade magnética: - χ < 0 → diamagnetismo (material repele o campo).
- χ > 0 → paramagnetismo (material atrai o campo).
- Força em um material num campo não uniforme depende de χ e do gradiente de B²:
Se χ < 0, F aponta para regiões de menor B (repulsão).
Se χ > 0, F aponta para regiões de maior B (atração).
Passo 3
Aplicando ao grafite:
- Observação: cilindro de grafite é levemente repelido pelas regiões de maior intensidade do campo.
- Pela teoria, repulsão só ocorre se χ < 0.
- Conclusão: o grafite tem χ negativo, ou seja, é diamagnético.
Diamagnetismo acontece porque todos os elétrons estão emparelhados e, segundo a Lei de Lenz, correntes induzidas no material criam um campo oposto ao externo.
Passo 4
Aplicando ao alumínio:
- Observação: cilindro de alumínio é atraído pelas regiões de maior intensidade do campo.
- Atração ocorre se χ > 0.
- Conclusão: o alumínio tem χ positivo, ou seja, é paramagnético.
Paramagnetismo surge porque o alumínio tem elétrons desemparelhados que se alinham, mesmo que fracamente, com o campo aplicado, reforçando-o.
Resposta
Grafite: diamagnetismo (χ < 0, é repelido).
Alumínio: paramagnetismo (χ > 0, é atraído).
Alumínio: paramagnetismo (χ > 0, é atraído).