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
Ele representa quanto de momento magnético interno um material adquire quando submetido a um campo magnético externo
.
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 e as interações entre átomos determinam o tipo de magnetismo observado.
– 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
Passo 4
No diamagnetismo, todos os elétrons estão emparelhados e não há momento magnético líquido no átomo isolado. Quando aplicamos um campo
, correntes orbitais induzidas criam um campo oposto (lei de Lenz), gerando magnetização negativa pequena (
). 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
, esses momentos tendem a se alinhar, produzindo magnetização positiva proporcional a
. A lei de Curie expressa esse comportamento em altas temperaturas:
onde
é a constante de Curie e
a temperatura, mostrando que
decresce com o aumento de
.
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 ).
– Histerese (curva versus
com laço).
– Domínios magnéticos internos, regiões onde spins estão coerentemente alinhados. A aplicação de realinha progressivamente esses domínios até saturação.
– Magnetização remanente (permanece após remover
– Histerese (curva
– Domínios magnéticos internos, regiões onde spins estão coerentemente alinhados. A aplicação de
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
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 ( ), originados em elétrons emparelhados.
– Paramagnetismo: alinhamento térmico de momentos permanentes ( ), obedecendo à lei de Curie
.
– Ferromagnetismo: interação de troca que gera alinhamento espontâneo, domínios, remanência e histerese.
– Antiferromagnetismo e ferrimagnetismo: alinhamentos antiparalelos especializados, com ou sem magnetização resultante.
– Diamagnetismo: momentos induzidos opostos ao campo (
– Paramagnetismo: alinhamento térmico de momentos permanentes (
– Ferromagnetismo: interação de troca que gera alinhamento espontâneo, domínios, remanência e histerese.
– Antiferromagnetismo e ferrimagnetismo: alinhamentos antiparalelos especializados, com ou sem magnetização resultante.