Questão 4. (a) ( 1,5 ptos) Em termos microscópicos, descreva o processo de polarização e magnetização em nateriais. (b) (0,5 ptos) Qual é o efeito da temperatura sobre esses processos?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
(a) Em termos microscópicos, explicar como ocorre a polarização elétrica e a magnetização em materiais.
(b) Descrever o efeito da temperatura nesses dois processos.
Vamos usar conceitos de dipolos elétricos para polarização e dipolos magnéticos (spin e órbita) para magnetização, além da influência térmica na desordem desses dipolos.

Passo 2

Para entender a polarização microscópica, lembre que cada átomo ou molécula pode ser visto como um dipolo elétrico p, resultado de cargas positivas e negativas separadas. Em presença de um campo elétrico E, dois mecanismos principais entram em ação:
  • polarização eletrônica, em que o núcleo e a nuvem eletrônica se deslocam ligeiramente em direções opostas, criando um dipolo induzido;
  • polarização iônica, em cristais iônicos, em que íons de carga contrária se deslocam em sentidos opostos dentro da rede;
  • polarização por orientação, em moléculas que já têm dipolo permanente, que se reorientam alinhando seu p ao campo.
    Microscopicamente, o campo E gera pares de forças que deslocam as cargas e/ou reorientam os dipolos, resultando em um momento dipolar médio não nulo no material.

Passo 3

Na magnetização microscópica, cada elétron contribui com um momento magnético devido ao seu spin e à sua órbita em torno do núcleo. Em um campo magnético B, esse momento mu tende a alinhar-se com B. Conforme o tipo de material:
  • diamagnéticos: não há dipolos permanentes; surge um momento induzido muito fraco e oposto a B;
  • paramagnéticos: existem dipolos magnéticos isolados; em B eles se alinham fracamente, gerando magnetização proporcional a B;
  • ferromagnéticos: dipolos interagem fortemente entre si formando domínios que já têm magnetização espontânea; o campo externo realinha esses domínios, aumentando muito a magnetização.

Passo 4

A temperatura age aumentando a agitação térmica dos dipolos, dificultando o alinhamento:
  • em dielétricos, maior T faz as moléculas girarem mais rapidamente, reduzindo a polarização por orientação e, em geral, diminuindo a constante dielétrica;
  • em materiais magnéticos, a agitação térmica compete com a tendência de alinhamento. Em paramagnéticos segue a Lei de Curie ( chipropto1/T), e em ferromagnéticos acima da temperatura de Curie ocorre a perda de ordenação dos domínios, colapsando a magnetização espontânea.

Resposta

(a) Microscopicamente, a polarização elétrica surge do deslocamento de cargas (polarizações eletrônica, iônica e por orientação) criando dipolos induzidos ou realinhando dipolos permanentes em um campo E. A magnetização decorre do alinhamento dos momentos magnéticos de spin e órbita dos elétrons em um campo B, com resposta fraca em diamagnéticos, moderada em paramagnéticos e muito forte em ferromagnéticos via realinhamento de domínios.
(b) Aumentar a temperatura eleva a agitação térmica dos dipolos, reduzindo a polarização e a susceptibilidade magnética; em ferromagnéticos, acima da temperatura de Curie a magnetização espontânea desaparece.

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