7^{\underline{\mathrm{a}}} QUESTÃO

Magnetismo é o fenômeno no qual os materiais, ditos magnéticos, exercem uma força ou influência de atração ou repulsão sobre outros materiais.
SOUZA, L. H. de. Ciências dos Materiais. Maringá: UniCesumar, 2019. 288 p.
Sobre algumas propriedades magnéticas dos materiais, avalie as afirmações a seguir.
I. Materiais diamagnéticos (magnetismo não permanente) apresentam campos magnéticos que persistem apenas enquanto um outro campo magnético está sendo aplicado.
II. O diamagnetismo é uma forma muito fraca de magnetismo, que ocorre quando um campo magnético causa uma mudança no movimento do orbital dos elétrons do material, gerando um pequeno campo em mesmo sentido que o aplicado.
III. Materiais paramagnéticos apresentam momentos de dipolo permanentes, os quais, na ausência de um campo magnético externo, orientam-se de forma aleatória.
IV. Os materiais ferromagnéticos são caracterizados por exibirem magnetizações muito grandes, espontâneas e que persistem mesmo na ausência de um campo magnético.
É correto o que se afirma em

ALTERNATIVAS

◯ I e III, apenas.
◯ I, II e III, apenas.
◯ I, III e IV, apenas.
◯ II e III, apenas.
◯ II e IV, apenas.

Passo 1

O enunciado pede que eu avalie quatro afirmações sobre propriedades magnéticas dos materiais (diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo) e decida quais são corretas. As afirmações são:
I. Materiais diamagnéticos (magnetismo não permanente) apresentam campos magnéticos que persistem apenas enquanto um outro campo magnético está sendo aplicado.
II. O diamagnetismo é uma forma muito fraca de magnetismo, que ocorre quando um campo magnético causa uma mudança no movimento do orbital dos elétrons do material, gerando um pequeno campo em mesmo sentido que o aplicado.
III. Materiais paramagnéticos apresentam momentos de dipolo permanentes, os quais, na ausência de um campo magnético externo, orientam-se de forma aleatória.
IV. Os materiais ferromagnéticos são caracterizados por exibirem magnetizações muito grandes, espontâneas e que persistem mesmo na ausência de um campo magnético.
O objetivo é dizer quais dessas afirmações são corretas.

Passo 2

Vamos entender o que é diamagnetismo e checar a afirmação I. Diamagnetismo é um efeito presente em todos os materiais, mas às vezes é o único efeito observável. Fisicamente, quando aplicamos um campo magnético externo B, as trajetórias (ou momentos) dos elétrons mudam levemente — por exemplo, os elétrons que descrevem correntes ligadas aos orbitais ajustam-se de modo a produzir um campo magnético induzido. Pela regra de Lenz, esse campo induzido tem tendência a se opor à variação do campo aplicado. Em termos práticos:
  • A magnetização induzida M num diamagnético é pequena e tem sinal negativo relativo ao campo aplicado; isto é, ela se orienta em sentido oposto a B.
  • Quando o campo externo é removido, a magnetização induzida desaparece.
Portanto, a ideia de que o efeito é “não permanente” e que a magnetização existe apenas enquanto há um campo aplicado está correta — assim, a afirmação I é verdadeira.

Passo 3

Agora analiso cuidadosamente a afirmação II. Ela diz duas coisas: (a) que o diamagnetismo é muito fraco — isso está certo; (b) que o campo induzido é “em mesmo sentido que o aplicado” — aqui está o erro. Como expliquei no passo anterior, o diamagnetismo gera um campo pequeno em sentido oposto ao do campo aplicado (novamente, pense na regra de Lenz). A parte sobre alteração do movimento orbital dos elétrons está correta, mas o erro crucial é o sentido do campo induzido. Logo a afirmação II é falsa.

Passo 4

Vamos ao paramagnetismo e à afirmação III. Em materiais paramagnéticos há átomos ou íons com momentos magnéticos permanentes (por exemplo, elétrons desemparelhados que criam momento de dipolo magnético \mu). Características essenciais:
  • Esses momentos existem mesmo sem campo aplicado (são “permanentes” no sentido de que cada átomo tem um momento próprio).
  • Na ausência de um campo externo, esses momentos estão orientados aleatoriamente por causa da agitação térmica, o que faz o magnetismo líquido total ser praticamente zero.
  • Ao aplicar um campo B, esses momentos tendem a se alinhar parcialmente com B, produzindo uma magnetização positiva pequena e proporcional ao campo (susceptibilidade paramagnética, baixa).
Portanto a afirmação III está correta: momentos permanentes existem e ficam orientados ao acaso sem campo externo.

Passo 5

Agora ferromagnetismo e a afirmação IV. Ferromagnetos (como ferro, cobalto, níquel) têm interação entre momentos magnéticos vizinhos que favorece o alinhamento paralelo numa região chamada domínio magnético. Características importantes:
  • Podem apresentar magnetização espontânea (isto é, mesmo sem campo externo há um alinhamento local preferencial dentro dos domínios), desde que a temperatura esteja abaixo da temperatura crítica chamada temperatura de Curie T_C.
  • A magnetização é tipicamente grande comparada a materiais paramagnéticos/diamagneticos.
  • Além disso, devido à existência de domínios e histerese, uma magnetização pode persistir (remanência) depois que o campo externo é removido.
Assim, a afirmação IV descreve corretamente os ferromagnetos (com a ressalva física de que isso vale abaixo de T_C), então IV é verdadeira.

Passo 6

Resumo lógico das quatro afirmações com base nas análises anteriores:
  • I: verdadeira (diamagnetismo é induzido e some com a remoção do campo).
  • II: falsa (o diamagnetismo produz um campo induzido em sentido oposto ao aplicado; a afirmação dizia “mesmo sentido”).
  • III: verdadeira (paramagnéticos têm momentos permanentes orientados aleatoriamente sem campo).
  • IV: verdadeira (ferromagnetismo: magnetização espontânea, grande e persistente, abaixo de T_C).

Passo 7

Concluo quais afirmações são corretas: são as afirmações I, III e IV.

Resposta

I, III e IV, apenas.

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