O que é magnetização? Discuta de forma detalhada os mecanismos que respondem por essa polarização magnética.

Passo 1

O enunciado pergunta o que é magnetização (conteúdo de eletromagnetismo que trata da resposta magnética de materiais) e pede para discutir detalhadamente os mecanismos de polarização magnética (diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo etc.). Vamos definir magnetização, identificar sua origem microscópica e descrever cada mecanismo principal.

Passo 2

Definimos magnetização como o vetor densidade de momento magnético por unidade de volume
\mathbf{M} = \lim_{\Delta V \to 0} \frac{\Delta \mathbf{m}}{\Delta V}
Ele representa quanto de momento magnético interno um material adquire quando submetido a um campo magnético externo \mathbf{B}.

Passo 3

Microscopicamente, o momento magnético de átomos e íons vem de dois efeitos quânticos:
– Momento magnético orbital dos elétrons (devido à corrente de carga em órbita).
– Momento de spin dos elétrons (propriedade intrínseca de partícula).
Em muitos átomos, esses momentos se cancelam no estado fundamental; a aplicação de \mathbf{B} e as interações entre átomos determinam o tipo de magnetismo observado.

Passo 4

No diamagnetismo, todos os elétrons estão emparelhados e não há momento magnético líquido no átomo isolado. Quando aplicamos um campo \mathbf{B}, correntes orbitais induzidas criam um campo oposto (lei de Lenz), gerando magnetização negativa pequena ( \chi<0). Esse efeito é fraco, quase independente de temperatura, e presente em todos os materiais, mas domina apenas quando não há momentos permanentes.

Passo 5

No paramagnetismo há elétrons desemparelhados que conferem momentos magnéticos individuais. Sob um campo \mathbf{B}, esses momentos tendem a se alinhar, produzindo magnetização positiva proporcional a \mathbf{B}. A lei de Curie expressa esse comportamento em altas temperaturas:
M = C \,\frac{B}{T}
onde C é a constante de Curie e T a temperatura, mostrando que M decresce com o aumento de T.

Passo 6

No ferromagnetismo existe, além dos momentos individuais, uma forte interação de troca quântica que favorece o alinhamento paralelo espontâneo entre spins vizinhos, mesmo sem campo externo. Isso produz:
– Magnetização remanente (permanece após remover \mathbf{B}).
– Histerese (curva M versus B com laço).
– Domínios magnéticos internos, regiões onde spins estão coerentemente alinhados. A aplicação de \mathbf{B} realinha progressivamente esses domínios até saturação.

Passo 7

Além desses, há antiferromagnetismo (spins vizinhos antiparalelos que se cancelam, com transição de Néel) e ferrimagnetismo (sub-redes com spins antiparalelos de magnitudes diferentes, gerando magnetização resultante).

Resposta

A magnetização \mathbf{M} é a densidade de momento magnético de um material por unidade de volume, refletindo sua resposta a um campo externo. Os principais mecanismos de polarização magnética são:
– Diamagnetismo: momentos induzidos opostos ao campo ( \chi<0), originados em elétrons emparelhados.
– Paramagnetismo: alinhamento térmico de momentos permanentes ( \chi>0), obedecendo à lei de Curie M=C\,B/T.
– Ferromagnetismo: interação de troca que gera alinhamento espontâneo, domínios, remanência e histerese.
– Antiferromagnetismo e ferrimagnetismo: alinhamentos antiparalelos especializados, com ou sem magnetização resultante.

Exercícios relacionados