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Limalha de ferro que têm orientado no campo magnético produzido por uma barra magnética
Linhas do campo magnético de um solenóide, que são semelhantes a um ímã de barra como ilustrado acima com a limalha de ferro

Um ímã é um material ou objeto que produz um campo magnético. A low-tech meios para detectar um campo magnético é para espalhar limalha de ferro e observar o seu padrão, como na figura abaixo. Um ímã "duro" ou "permanente" é aquele que fica magnetizado, como um ímã usado para armazenar notas sobre a porta da geladeira. ?mãs permanentes ocorrem naturalmente em algumas rochas , particularmente magnetita, mas agora são mais comumente fabricado. Um ímã "soft" ou "impermanente" é aquele que perde a sua memória de magnetizações anteriores. "Soft" materiais magnéticos são muitas vezes utilizados em electroímanes para aprimorar (muitas vezes centenas ou milhares de vezes) o campo magnético de um fio que transporta uma corrente elétrica e está envolvida em torno do ímã; o campo do ímã "soft" aumenta com o atual.

Duas medidas de propriedades magnéticas de um material são seu momento magnético e sua magnetização. Um material sem um momento magnético permanente pode, na presença de campos magnéticos, ser atraída ( paramagnética), ou repelidos ( diamagnético). Líquido oxigênio é paramagnético; grafite é diamagnético. Paramagnets tendem a intensificar o campo magnético nas suas imediações, enquanto que diamagnets tendem a enfraquecê-lo. ?mãs "soft", que são fortemente atraídos a campos magnéticos, pode ser pensado como fortemente paramagnética; supercondutores , que são fortemente repelidos por campos magnéticos, pode ser pensado como fortemente diamagnetic.

Antecedentes sobre a física do magnetismo e ímãs

Os efeitos do magnetismo.

Campo magnético

O campo magnético (denotado geralmente B) é um campo de vectores (isto é, um vector em todos os pontos do espaço), com uma direcção e uma amplitude que, em Unidades SI é teslas. (B também pode depender do tempo.) A sua direcção pode ser obtido a partir da orientação de um agulha da bússola. Sua magnitude (também chamado de força) é proporcional ao quão fortemente a agulha da bússola fica orientado ao longo dessa direção.

Momento magnético

Momento magnético de um íman (também chamado de momento de dipolo magnético, e μ denotado geralmente) é um vetor que caracteriza propriedades magnéticas globais do ímã. Para um ímã de barra, a direção dos pontos momento magnético do pólo sul do ímã de seu pólo norte, ea magnitude refere-se a quão forte e quão distantes esses pólos são.

Um ímã tanto produz o seu próprio campo magnético e ele responde aos campos magnéticos. A força do campo magnético que produz é, em qualquer ponto proporcional à magnitude do seu momento magnético. Além disso, quando o íman está colocado num campo "externo" magnético produzido por uma fonte diferente, que é sujeito a uma binário que tende a orientar o momento magnético paralela ao campo. O montante deste binário é proporcional tanto para o momento magnético eo campo "externo". Um ímã pode também estar sujeito a uma força motriz-lo em uma direção ou outra, de acordo com as posições e orientações do ímã e fonte. Se o campo é uniforme no espaço do íman está sujeito a nenhuma força resultante, apesar de ser sujeito a um binário.

Um fio com a forma de um círculo, com uma superfície e levando Eu atual é um ímã, com um momento magnético de magnitude igual a IA.

Magnetização

A magnetização de um objeto é o valor local de seu momento magnético por unidade de volume, geralmente denotado M, com unidades A / m. É um campo vetorial, ao invés de apenas um vetor (como o momento magnético), pois as diferentes secções de um ímã de barra geralmente são magnetizado com diferentes direções e pontos fortes (por exemplo, devido a domínios, veja abaixo). Um ímã bom bar pode ter um momento magnético de magnitude 0.1 A · m² e um volume de 1 cm³, ou 0,000001 m³, e, portanto, uma magnitude média magnetização é de 100.000 A / m. Ferro pode ter uma magnetização de cerca de um milhão de A / m.

Pólos magnéticos

Embora para muitos propósitos, é conveniente pensar em um ímã como tendo norte distinta e pólos magnéticos sul, o conceito de pólos não deve ser tomada literalmente: é apenas uma forma de se referir às duas extremidades diferentes de um ímã. O ímã em si pode ser homogênea; lá não são distintos "norte" ou partículas "Sul" em lados opostos, e não Monopole magnético ainda não foi observado. Se um ímã de barra é dividida ao meio, em uma tentativa de separar os pólos norte e sul, o resultado será duas barras magnéticas, cada uma das quais tem tanto um pólo norte e sul.

A abordagem pólo magnético é usado pela maioria magneticians profissionais, desde aqueles que projetar memória magnética para aqueles que projetar em larga escala ímãs. Se a distribuição do pólo magnético é conhecida, então o íman exterior do modelo de pólo dá o campo magnético exactamente. Por simplesmente completando o campo modelo pólo com um prazo proporcional à magnetização (veja Unidades e cálculos, abaixo) do campo magnético dentro do ímã é dado exatamente. Este modelo de pólo também é chamado de "Gilbert Modelo" de um dipolo magnético.

Outro modelo é o " Ampère Modelo ", onde todos magnetização é devido ao efeito de macroscópica microscópico" correntes ligadas ", também chamadas de" correntes Ampèrian ". Para um íman em barra magnetizada uniformemente na forma de um cilindro, com pólos uniformemente distribuídos sobre as suas extremidades, o efeito líquido de as correntes microscópicas ligado é fazer com que o íman se comportam como se existe uma folha macroscópica da corrente que flui em torno do cilindro, com a direcção de fluxo local normal ao eixo do cilindro. (Desde raspar a camada externa de um íman não vai destruir as suas propriedades magnéticas, existem subtilezas associados com este modelo, bem como com o pólo modelo. O que acontece é que você só ter raspado um número relativamente pequeno de átomos, cujas correntes limite não contribuem muito para o momento magnético líquido.) A regra da mão direita devido a Ampère nos diz como as correntes de fluxo, para um dado momento magnético. Alinhe o polegar de sua mão direita ao longo do momento magnético e, com isso, segure o cilindro. Os dedos então apontar ao longo do sentido do fluxo da corrente. Como observado acima, o campo magnético determinado pelo abordagem Amperian e a abordagem Gilbert são idênticos fora todos os imans, e tornar-se idêntico em todos os imans após a Gilbert "domínio" é completada. Geralmente é difícil encontrar as correntes Amperian na superfície de um ímã, que é muitas vezes mais fácil de encontrar os pólos eficazes para o mesmo ímã. Para uma extremidade (pólo) de um ímã permanente fora de um ímã "soft", a imagem do pólo do ímã "soft" tem que responder com um pólo imagem de sinal oposto ao pólo aplicada; pode-se também encontrar as correntes Amperian sobre a superfície do íman "macio".

Convenções de nomenclatura Pole

O pólo norte do ímã é o pólo que (quando o ímã está suspensa livremente) aponta para a pólo norte magnético (no norte do Canadá). Desde pólos opostos (norte e sul) atrair Considerando como pólos (norte e norte ou sul e sul) repelir, presente norte geográfico da Terra é, portanto, na verdade, seu sul magnético. Confundindo ainda mais a situação, o campo magnético da Terra, ocasionalmente, inverte-se.

A fim de evitar esta confusão, os termos positivos e negativos pólos são por vezes utilizados em vez de norte e sul, respectivamente.

Como uma questão prática, a fim de contar o qual polo de um íman é norte e sul, que é, ele não é necessário para usar o campo magnético da terra, em todos os. Por exemplo, um método de calibração seria a compará-lo com um electroíman, cujos pólos pode ser identificado através do regra da mão direita.

As descrições dos comportamentos magnéticos

Existem muitas formas de comportamento magnético, e todos os materiais apresentam pelo menos um deles. Imans variam tanto na permanência da sua magnetização, e na força e na orientação do campo magnético que criam. Esta secção descreve, qualitativamente, os principais tipos de comportamento magnético que pode mostrar materiais. As física subjacente cada um destes comportamentos é descrito na secção seguinte, e também pode ser encontrado em mais detalhe nos respectivos artigos.

  • Mais popularmente encontrados em clipes de papel, paramagnetismo é exibido em substâncias que não produzem campos por si, mas que, quando exposto a um campo magnético, que reforçam campo magnetizado, tornando-se eles próprios, e, portanto, são atraídos para aquele campo. Um bom exemplo para este comportamento pode ser encontrado em um balde de unhas - se você pegar um único prego, você pode esperar que outras unhas não vai seguir. No entanto, você pode aplicar um campo magnético intenso para o balde, pegar um prego, e descobrir que muitos virão com ele.
  • Unscientifically referido como «não-magnético, ' diamagnets realmente fazem apresentar algum comportamento magnético - apenas para pequenas magnitudes. De facto, os materiais diamagnéticos, quando exposto a um campo magnético, magnetizar (ligeiramente) no sentido oposto, obtendo (ligeiramente) repelidos do campo aplicado. Supercondutores são fortemente diamagnetic.
  • Ferromagnético e materiais ferrimagnéticos são a percepção "popular" de um ímã. Estes materiais podem conservar a sua própria magnetização; Um exemplo comum é um ímã de geladeira tradicional. (A diferença entre os materiais ferro- e ferrimagnéticos está relacionada com a sua estrutura microscópica, como explicado abaixo).

Física de comportamentos magnéticos

Visão global

Magnetismo, em sua raiz, surge de duas fontes:

  • As correntes elétricas, ou mais em geral, a cargas elétricas , criar campos magnéticos (ver equações de Maxwell ).
  • Muitos partículas têm diferente de zero "intrínseca" (ou " spin ") momentos magnéticos. (Assim como cada partícula, por sua natureza, tem uma certa massa e carga , cada um tem um determinado momento magnético, possivelmente zero.)

Em materiais magnéticos, as fontes mais importantes de magnetização são, mais especificamente, os electrões movimento angular orbital em torno do ' núcleo, e momento magnético intrínseco dos elétrons (veja Electron momento de dipolo magnético). As outras potenciais fontes de magnetismo são muito menos importantes: Por exemplo, a momentos magnéticos nucleares do núcleos no material são normalmente milhares de vezes menor do que os momentos magnéticos dos electrões, de modo que eles são negligenciáveis no contexto da magnetização de materiais. (Momentos magnéticos nucleares são importantes em outros contextos, em particular Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e Imagem por Ressonância Magnética (MRI).)

Normalmente, as inúmeras elétrons em um material são dispostos de tal modo que os seus momentos magnéticos (tanto orbitais e intrínsecos) cancelam. Isto é devido, em certa medida, a combinação de electrões em pares opostos com momentos magnéticos intrínsecos (como um resultado da Princípio de exclusão de Pauli; ver Configuração eletrônica), ou combinando em "preenchido subcamadas "com zero de movimento orbital líquido; em ambos os casos, a disposição é de electrões de modo a cancelar exactamente os momentos magnéticos de cada electrão Além disso, mesmo quando a. electrão de configuração é tal que existem electrões desemparelhados e / ou subcamadas não preenchido, é muitas vezes o caso que os vários electrões no sólido contribuirá momentos magnéticos que apontam em sentidos diferentes, aleatório, de modo que o material não será magnético.

No entanto, por vezes (quer espontaneamente, ou devido a um campo magnético externo aplicado) cada um dos momentos magnéticos de electrões será, em média, alinhados. Em seguida, o material pode produzir um campo magnético total líquido, que pode, potencialmente, ser bastante forte.

O comportamento magnético de um material depende da sua estrutura (em particular a sua configuração eletrônica, pelas razões acima mencionadas), e também sobre a temperatura (em altas temperaturas, aleatório movimento térmico faz com que seja mais difícil para os elétrons para manter o alinhamento).

Física de paramagnetismo

Numa paramagnet existem electrões desemparelhados, ou seja atômica ou orbitais moleculares com exatamente um elétron neles. Enquanto elétrons emparelhados são exigidos pela Princípio de exclusão de Pauli para ter seu intrínseco ('spin') momentos magnéticos que apontam em direções opostas (somando a zero), um elétron não emparelhado é livre para alinhar seu momento magnético em qualquer direcção. Quando um campo magnético externo é aplicado, estes momentos magnéticos tendem a alinhar-se no mesmo sentido que o campo aplicado, o que reforça-la.

Física de diamagnetism

Numa diamagnet, não há electrões desemparelhados, de modo que os momentos magnéticos de electrões intrínseca não pode produzir qualquer efeito grandes quantidades. Nestes casos, a magnetização surge de movimento orbital dos electrões, que podem ser compreendidos classicamente como se segue:

Quando um material é colocado num campo magnético, os electrões que circundam o núcleo vai experimentar, para além da sua Coulomb atracção para o núcleo, uma Lorentz força do campo magnético. Dependendo de qual direção o elétron está em órbita, esta força pode aumentar a força centrípeta sobre os electrões, puxando-os para dentro na direcção do núcleo, ou pode diminuir a força, puxando-os para fora a partir do núcleo. Este efeito aumenta sistematicamente os momentos magnéticos orbitais que foram alinhados em frente do campo, e diminui os alinhados paralelamente ao campo (de acordo com A lei de Lenz). Isso resulta em um pequeno momento magnético grandes quantidades, com uma direcção oposta à do campo aplicado.

Note-se que esta descrição é destinado somente como uma heurística; uma compreensão adequada exige um quantum-mecânico descrição.

Note-se que todos os materiais, incluindo paramagnets, submeter esta resposta orbital. No entanto, em um paramagnet, esta resposta é esmagada pela resposta adversária muito mais forte descrito acima (ou seja, o alinhamento de momentos magnéticos intrínsecos dos elétrons).

Física de ferromagnetismo

A ferromagnet, como um paramagnet, tem electrões desemparelhados. No entanto, para além de momentos magnéticos intrínsecos dos electrões que pretendem ser paralela a um campo aplicado, há também nestes materiais uma tendência para estes momentos magnéticos querer estar paralelos uns aos outros. Assim, mesmo quando o campo aplicado é removido, os electrões do material pode manter-se continuamente apontado na mesma direcção.

Cada ferromagneto tem a sua própria temperatura indivíduo, o chamado Temperatura Curie, ou ponto de Curie, acima do qual ele perde suas propriedades ferromagnéticas. Isto acontece porque a tendência para a desordem térmica domina a energia de abaixamento devido à ordem ferromagnético.

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos em material ferromagnético.

O momento magnético de átomos numa material ferromagnético, levá-los a se comportar algo como minúsculos ímãs permanentes. Eles ficar juntos e alinhar-se em pequenas regiões do alinhamento mais ou menos uniforme chamados ou domínios magnéticos ?reas de Weiss. Domínios magnéticos podem ser observados com Microscópio de força magnética para revelar os limites de domínio magnéticos que se assemelham a linhas brancas no sketch.There muitas experiências científicas que podem mostrar fisicamente campos magnéticos.

Efeito de um ímã sobre os domínios.

Quando um domínio contém muitas moléculas, torna-se instável e se divide em dois domínios alinhados em direcções opostas de modo a que elas se unem de forma mais estável, como mostrado à direita.

Quando exposto a um campo magnético, os limites do domínio mover de modo que os sítios alinhados com o campo magnético crescem e dominar a estrutura como mostrado à esquerda. Quando o campo de magnetização é removido, os domínios não podem retornar a um estado desmagnetizado. Isto resulta no material ferromagnético sendo magnetizado, formando um íman permanente.

Quando magnetizado com força suficiente que o domínio prevalecente saturações todos os outros para resultar em apenas um único domínio, o material é magneticamente saturado. Quando um material ferromagnético magnetizado é aquecida ao Temperatura do ponto de Curie, as moléculas são agitados até o ponto de que os domínios magnéticos perder a organização e as propriedades magnéticas que causam cessar. Quando o material é arrefecido, esta estrutura de alinhamento do domínio retorna espontaneamente, de uma forma mais ou menos análogo à forma como um líquido pode congelar em forma de um sólido cristalino.

Física de antiferromagnetismo

Ordenamento antiferromagnético

Numa antiferromagneto, ao contrário de um ferromagneto, há uma tendência para os momentos magnéticos intrínsecos da vizinha electrões de valência para apontar em direcções opostas. Quando todos os átomos estão dispostos de uma substância, de modo que cada um vizinho é "anti-alinhados», a substância é antiferromagnetic. Antiferromagneto tem um momento magnético líquido zero, significando que nenhum campo é produzido por eles. Antiferromagneto são menos comuns em comparação com os outros tipos de comportamentos, e muitas vezes são observados a baixas temperaturas. Em temperaturas variáveis, antiferromagneto pode ser visto a apresentar propriedades diamagnéticos e ferrimagnéticos.

Em alguns materiais, os electrões vizinhas quer apontar em direcções opostas, mas não existe qualquer disposição geométrica em que cada par de vizinhos é anti-alinhados. Isto é chamado um girar o vidro, e é um exemplo de frustração geométrica.

Física de ferrimagnetismo

Ordenação ferrimagnético

Como ferromagnetismo, ferrimagnets conservam a sua magnetização, na ausência de um campo. No entanto, como antiferromagneto, pares vizinhos de elétron gira como o ponto em direções opostas. Estas duas propriedades não são contraditórias, devido ao facto de, na disposição geométrica ideal, não há mais momento magnético da subrede de electrões que apontam numa direcção, do que a partir da subrede que aponta na direcção oposta.

A substância magnética descoberto pela primeira vez, magnetita, foi originalmente acreditava ser um ferromagnet; Louis Néel refutada isso, no entanto, com a descoberta de ferrimagnetismo.

Outros tipos de magnetismo

Existem vários outros tipos de magnetismo, tal como eo vidro de spin (mencionados acima), superparamagnetismo, superdiamagnetism, e metamagnetism.

Os usos mais comuns de ímãs

Dados de registro de discos rígidos em um revestimento magnético fino.
  • Magnetic mídia de gravação: Comum Fitas VHS conter um carretel de fita magnética. A informação que constitui o vídeo e som é codificado no revestimento na fita magnética. Comum cassetes áudio também contam com fita magnética. Da mesma forma, em computadores, disquetes e dados de registro de discos rígidos em um revestimento magnético fino.
  • Crédito, débito e ATM cartões: Todos estes cartões têm uma fita magnética em um dos seus lados. Esta faixa contém as informações necessárias para entrar em contato com instituição financeira de um indivíduo e se conectar com sua conta (s).
  • Comuns televisores e monitores de computador: TV e telas de computador utilizam a tecnologia de tubo de vácuo empregar um eletroímã para orientar os elétrons para a tela, a fim de produzir uma imagem - veja o artigo sobre tubos de raios catódicos. Telas de plasma e LCDs utilizar diferentes tecnologias.
  • Alto-falantes e Microfones: A maioria dos oradores empregar um ímã permanente e uma bobina de transporte de corrente para converter a energia elétrica (o sinal) em energia mecânica (movimento que cria o som). O bobina é enrolada em torno de um bobina ligado ao alto-falante cone, e transporta o sinal de mudança de corrente que interage com o campo do íman permanente. O bobina de voz sente uma força magnética e em resposta move o cone e pressuriza o ar vizinho, gerando assim som . Microfones dinâmicos empregar o mesmo conceito, mas em sentido inverso. Um microfone tem um diafragma ou membrana ligado a uma bobina de fio. A bobina descansa dentro de um ímã de forma especial. Quando vibra som da membrana, a bobina é feito vibrar, bem. À medida que a bobina se move através do campo magnético, é gerada uma tensão através da bobina (ver A lei de Lenz). Esta voltagem conduz corrente no fio que é característica do som original.
Separador magnético mão de minerais pesados
  • Motores elétricos e geradores: Alguns motores eléctricos (muito parecido com alto-falantes) dependem de uma combinação de um eletroímã e um ímã permanente, e muito parecido com alto-falantes, eles convertem energia elétrica em energia mecânica. Um gerador é o inverso: ele converte energia mecânica em energia elétrica.
  • Transformers: Os transformadores são dispositivos que transferem energia elétrica entre dois enrolamentos que são eletricamente isoladas, mas estão ligadas magneticamente.
  • Mandris: mandris são usados na metalurgia campo para segurar objetos. Se esses objetos pode ser realizada de forma segura com um ímã, em seguida, um chuck permanente ou eletromagnética pode ser usado. Imans também são usadas em outros tipos de dispositivos de fixação, tais como a base magnética, o braçadeira magnética e o ímã do refrigerador.
  • Uma bússola (ou bússola do marinheiro) é um instrumento de navegação para encontrar instruções sobre a Terra. Ele consiste em um ponteiro magnetizado livre para alinhar-se exatamente com o campo magnético da Terra, que é de grande ajuda na navegação. Os pontos cardeais são norte, sul, leste e oeste. Uma bússola pode ser usado em conjunto com um cronómetro marinho e um sextante para fornecer uma capacidade de navegação muito exactas. Este dispositivo melhorado muito o comércio marítimo, fazendo viagens mais seguro e mais eficiente. Um formulário adiantado da bússola foi inventada na China no século 11. Bússola do marinheiro familiarizado foi inventada na Europa por volta de 1300, como foi mais tarde a bússola líquida eo giroscópio que não funciona com um campo magnético.
  • Magic: Naturalmente magnética Os magnetos de ferro, bem como imans são utilizados em conjunto com grãos finos de ferro (chamadas "areia magnético") na prática do Magia popular Africano-Americano conhecido como hoodoo. As pedras são simbolicamente ligado a nomes de pessoas e ritualmente polvilhado com areia magnética para revelar o campo magnético. Uma pedra pode ser utilizada para trazer as coisas desejadas para uma pessoa; um par de pedras pode ser manipulada para trazer duas pessoas mais juntos no amor.
  • Art : 1 mm ou folhas ímã vinil mais grossos podem ser ligados a pinturas, fotografias e outros objetos de ornamentação, permitindo-lhes ser preso de geladeiras e outras superfícies metálicas.
  • Ciência Projetos: Muitas perguntas tópico são muitas vezes baseadas em ímãs. Por exemplo; como é a força de um ímã afetados por vidro, plástico e papelão?
?mãs têm muitos usos em brinquedos. H-tic utiliza barras magnéticas ligadas a esferas de metal para a construção
  • Brinquedos : Devido à sua capacidade de neutralizar a força de gravidade muito de perto, ímãs são frequentemente utilizados em brinquedos para crianças, tais como o Roda Espaço ímã para efeito divertido.
  • Os ímãs podem ser usados para fazer jóias. Colares e pulseiras podem ter um fecho magnético. Colares e pulseiras podem ser feitas de bolas pequenas, mas fortes, cilíndricas e ligeiramente maiores ímãs de ferro ou aço conectados em um padrão que se repete até que seja longo o suficiente para caber no pulso ou no pescoço. Estes acessórios poderão ser frágeis o suficiente para entrar acidentalmente separadas, mas também pode ser desmontada e remontada, com um design diferente. Quando conectado como um colar ou uma pulseira, ímãs perdem sua atração por outras peças de aço de ferro, porque eles já estão ligados às suas próprias bolas de ferro e aço.
  • Os ímãs podem pegar itens magnéticos (pregos de ferro, grampos, tachas, grampos de papel) que são ou muito pequeno, muito difícil de alcançar, ou muito fino para os dedos para segurar.
  • Transporte de levitação magnética, ou maglev, é uma forma de transporte que suspende, guias e impulsiona veículos (especialmente comboios) através da força eletromagnética. Este método pode ser mais rápido do que os sistemas de transporte de massa de rodas, potencialmente atingindo velocidades comparáveis às turbo-hélices e aviões a jacto (900 Km / h, 559 mph). A velocidade máxima registrada de um trem maglev é 581 kmh (361 mph), alcançado no Japão em 2003.
  • A utilização recentemente desenvolvido do magnetismo é conectar os cabos de alimentação do computador portátil. Essa conexão poderá ocasionalmente quebrar acidentalmente empurrando contra o cabo, mas a bateria do computador impede a interrupção do serviço, ea desconexão fácil protege o cabo de empurrões graves ou de ser pisado.

Magnetização e desmagnetização

Materiais ferromagnéticos podem ser magnetizado, das seguintes formas:

  • Colocar o produto em um campo magnético externo irá resultar no produto retido parte do magnetismo na remoção. Vibração foi mostrado para aumentar o efeito. Materiais ferrosos alinhados com o campo magnético da Terra e que estão sujeitas a vibrações (por exemplo quadro de um transportador) foram mostrados para adquirir magnetismo residual significativo. Um campo magnético muito mais forte do que a terra de pode ser gerado dentro de um solenóide por passagem corrente contínua através dele.
  • Stroking - Um íman existente é movida a partir de uma extremidade do artigo para a outra várias vezes na mesma direcção.
  • Colocar uma barra de aço em um campo magnético, em seguida, aquecendo-o a uma temperatura elevada e, em seguida, finalmente martelando-o à medida que arrefece. Isso pode ser feito colocando o ímã em uma direção norte-sul no campo magnético da Terra. Neste caso, o íman não é muito forte, mas o efeito é permanente.

?mãs permanentes podem ser desmagnetizado das seguintes maneiras:

  • Aquecimento um ímã passado o seu Ponto de Curie vai destruir a ordenação de longo alcance.
  • Contacte através acariciando um ímã com outro na forma aleatória vai desmagnetizar o íman que está sendo afagado, em alguns casos; alguns materiais têm um campo coercitivo muito elevado e não pode ser desmagnetizado com outros ímans permanentes.
  • Martelando ou dissonante vai destruir a ordenação de longo alcance dentro do ímã.
  • Um íman de serem colocados numa solenóide que tem uma corrente alternada que lhe é transmitido através terá a sua ordenação de longo alcance interrompido, em muito da mesma maneira que a corrente contínua pode causar ordenação.

Em um electroíman que utiliza um núcleo de ferro mole, cessar o fluxo de corrente irá eliminar o campo magnético. No entanto, uma ligeira campo pode permanecer no material do núcleo como resultado de histerese.

Tipos de imans permanentes

Uma pilha de ímãs de ferrite

Elementos metálicos magnéticos

Muitos materiais têm spins de electrões desemparelhados, e a maior parte destes materiais são paramagnético. Quando os spins interagem uns com os outros, de tal maneira que os spins alinhar espontaneamente, os materiais são chamados ferromagnético (o que muitas vezes é vagamente denominado como "magnético"). Devido à forma como o seu normal cristalino estrutura atômica faz com que seus spins para interagir, alguns metais estão (ferro) magnética quando encontrados em seus estados naturais, como minérios. Estes incluem minério de ferro ( magnetite ou magnetita), cobalto e níquel , bem como os metais de terras raras de gadolínio e disprósio (quando a uma temperatura muito baixa). Estas ocorrem naturalmente (ferro) ímans foram utilizados nas primeiras experiências com magnetismo. A tecnologia tem expandido desde a disponibilidade de materiais magnéticos para incluir vários produtos sintéticos, todos com base, no entanto, sobre os elementos magnéticos naturalmente.

Composites

Cerâmica ou ferrite

Cerâmica, ou de ferrite, ímans são feitos de um sinterizado composto de óxido de ferro em pó e bário / carbonato de estrôncio cerâmica. Devido ao baixo custo dos materiais e métodos de fabrico de baixo custo, imans (ou núcleos ferromagnéticos nonmagnetized, para uso em componente eletrônico, como antenas de rádio, por exemplo) de várias formas pode ser facilmente produzido em massa. Os imans resultantes são noncorroding, mas frágil e deve ser tratada como outras cerâmicas.

Alnico

Alnico são feitos por ou fundição sinterização de uma combinação de alumínio , níquel e cobalto, com ferro e pequenas quantidades de outros elementos adicionados para melhorar as propriedades do íman. Sinterização oferece características mecânicas superiores, enquanto fundição oferece campos magnéticos mais altos e permite a concepção de formas complexas. Alnico resistir à corrosão e têm propriedades físicas mais indulgente do que ferrite, mas não tão desejáveis como um metal.

Ticonal

Imans Ticonal são uma liga de titânio, cobalto, níquel e alumínio, de ferro e pequenas quantidades de outros elementos. Foi desenvolvido pela Philips para alto-falantes.

Moldado por injeção

Moldado por injeção ímãs são um composta de vários tipos de resina e pós magnéticos, permitindo que as peças de formas complexas para ser fabricado por moldagem por injecção. As propriedades físicas e magnéticas do produto depende das matérias-primas, mas são geralmente mais baixas em força magnética e assemelham-se plásticos nas suas propriedades físicas.

Flexível

Imans flexíveis são semelhantes aos imans de injecção moldados, usando uma resina flexível ou ligante tal como vinilo, e produzido em tiras planas ou em folhas. Estes ímans são mais baixos em força magnética, mas pode ser bastante flexível, dependendo do ligante usado.

?mãs de terras raras

"Terra rara" ( Lantanóides ) elementos têm um parcialmente ocupado f escudo do elétron (que pode acomodar até 14 elétrons). A rotação desses elétrons podem ser alinhadas, resultando em campos magnéticos muito fortes, e, portanto, esses elementos são usados em compactos de alta resistência ímãs onde seu preço mais elevado não é uma preocupação. Os tipos mais comuns de ímãs de terras raras são samário-cobalto e neodímio-ferro-boro (NIB) ímãs.

?mãs única molécula (SMMS) e de cadeia simples ímãs (MEC)

Na década de 1990, foi descoberto que certas moléculas contendo iões metálicos paramagnéticos são capazes de armazenar um momento magnético a temperaturas muito baixas. Estes são muito diferentes dos imans convencionais que armazenam informação a nível "domínio" e, teoricamente, poderia proporcionar um meio de armazenamento muito mais denso do que os ímans convencionais. Nesta pesquisa direção em monocamadas de SMMs está actualmente em curso. Muito brevemente, as duas principais atributos de um SMM são:

  1. um valor de spin grande estado fundamental (S), que é fornecido pelo ferromagnético ou ferrimagnético acoplamento entre os centros metálicos paramagnéticos.
  2. um valor negativo da anisotropia do campo divisão zero (D)

A maioria do SMM contêm manganês, mas também podem ser encontrados com os conjuntos de vanádio, de ferro, níquel e cobalto. Mais recentemente verificou-se que alguns sistemas de cadeia pode também exibir uma magnetização que persiste durante períodos prolongados a temperaturas relativamente elevadas. Estes sistemas têm sido chamado de cadeia simples imans.

Nanoestruturados ímãs

Alguns de energia materiais de exposição nano-estruturados ondas chamados magnons que se aglutinam em um estado terreno comum na forma de um Condensado de Bose-Einstein.

Custos

O ímãs permanentes atuais mais baratos, permitindo intensidades de campo, são ímãs flexíveis e de cerâmica, porém estes também estão entre os tipos mais fracos. Dos ímãs fortes neodímio-ferro-boro (NIB) ímãs. Estes ímãs são mais caros do que a maioria dos outros materiais magnéticos por kg, mas devido ao seu intenso campo são menores e mais baratos em muitas aplicações.

Temperatura

Sensibilidade à temperatura varia, mas quando um íman é aquecida até uma temperatura conhecida como a Ponto de Curie, ele perde todo o seu magnetismo, mesmo depois do arrefecimento abaixo essa temperatura. Os ímans podem muitas vezes ser remagnetised no entanto. Além disso, alguns ímans são quebradiços e podem fracturar a altas temperaturas.

Eletroímãs

Um electroíman na sua forma mais simples, é um fio que foi enrolado em uma ou mais voltas, conhecidas como um solenóide. Quando a corrente eléctrica flui através do fio, um campo magnético é gerado. Concentra-se perto (e especialmente dentro) da bobina, e suas linhas de campo são muito semelhantes às de um íman. A orientação deste ímã eficaz é determinado através da regra da mão direita. O momento magnético e o campo magnético do electroíman é proporcional ao número de voltas de fio, para a secção transversal de cada ciclo, e para a passagem de corrente através do fio.

Se a bobina de fio está envolto em torno de um material sem propriedades magnéticas especiais (por exemplo, de papelão), que tenderão a gerar um campo muito fraco. No entanto, se for enrolada em torno de um "suave" material ferromagnético, como por exemplo um prego de ferro, então o campo produzido líquido pode resultar em um de cem a mil vezes vários aumento da intensidade de campo.

Usa para eletroímãs incluem aceleradores de partículas, motores elétricos, cemitério de automóveis, guindastes e máquinas de imagem de ressonância magnética. Algumas aplicações envolvem configurações mais do que um dipolo magnético simples; por exemplo, quadrupolo ímãs são utilizados para concentrar feixes de partículas.

Unidades e cálculos em magnetismo

Como nós escrevemos as leis do magnetismo depende de qual conjunto de unidades que empregam. Para a maioria das aplicações de engenharia, MKS ou SI (Sistema Internacional) é comum. Dois outros conjuntos, Gauss e CGS-UEM, são as mesmas para propriedades magnéticas, e são comumente usados ​​na física.

Em todas as unidades, é conveniente utilizar dois tipos de campo magnético,BeH, bem como a magnetizaçãoH, definido como o momento magnético por unidade de volume.

  1. O campo de indução magnética B é dada em unidades SI de teslas (T). B é o verdadeiro campo magnético, cuja a data da variação produz, pela Lei de Faraday, que circula campos elétricos (que as empresas de energia vendem). B também produz uma força de deflexão em mover partículas carregadas (como em tubos de TV). O Tesla é equivalente ao fluxo magnético (em Weber) por unidade de área (em metros ao quadrado), dando assim B da unidade de uma densidade de fluxo. Em CGS a unidade de B é o Gauss (G). Uma tesla é igual a 10 4 G.
  2. O campo magnético H é dada em unidades SI de ampères-espiras por metro (A-turn / m). Os "voltas" aparece porque quando H é produzida por um fio de condução de corrente, o seu valor é proporcional ao número de espiras de fio que. Em CGS a unidade de H é o Oersted (Oe). Um A-turn / m é igual 4\pi x 10 -3 Oe.
  3. A magnetização M é dado em unidades SI de amperes por metro (A / m). Em CGS a unidade de M é o emu, ou unidade eletromagnética. Um A / m é igual a 10 -3 emu. Um ímã permanente bom pode ter uma magnetização tão grande quanto um milhão de amperes por metro. Os campos magnéticos produzidos por fios condutores de corrente exigiria comparativamente enormes correntes por unidade de comprimento, uma das razões que empregam ímãs permanentes e eletroímãs.
  4. Em unidades do SI, a relação B = μ 0 (M + H) prende, onde μ 0 é a permeabilidade do espaço, o que equivale 4 \ pi x 10 -7 metros tesla por ampere. Em CGS está escrito como B = H + 4 πM. [A abordagem pólo dá μ 0 H em unidades SI. A μ 0 M prazo em SI deve, em seguida, completar o presente μ 0 H para dar o campo correto dentro B do ímã.Ele vai concordar com o campoBcalculada utilizando correntes Amperian.]

Os materiais que não são magnetos permanentes geralmente satisfazer a relação H = χ H em SI, onde χ é o (adimensional) susceptibilidade magnética. A maioria dos materiais não-magnéticos têm um relativamente pequeno χ (da ordem de milionésimos), mas pode ter imans macios χ da ordem de centenas ou milhares. Para materiais que satisfaçam M = χ H , também podemos escrever B = μ 0 (1 + χ ) H = u 0 u r H = μ H , em que μ r = 1 + χ é o (adimensional) e permeabilidade relativa \mu=\mu_0\mu_r é a permeabilidade magnética. Ambos os duros e moles ímãs têm um mais complexo, dependente da história, comportamento descrito por aquilo que são chamados laços de histerese, que dão ou B vs H ou M vs H . Em CGS M = χ H , mas χ SI = 4 πχ CGS , e \mu=\mu_r .

Cuidado: Em parte porque não há suficiente romano e símbolos gregos, não há comumente acordado símbolo para a força pólo magnético e momento magnético. O símbolo m tem sido utilizada para a força pólo (unidade = A · m, em que aqui a posição vertical m é por metro) e para o momento magnético (unidade = A · m²). O símbolo μ tem sido utilizado em alguns textos para a permeabilidade magnética e noutros textos de momento magnético. Usaremos μ para permeabilidade magnética e m para o momento magnético. Por força do pólo que vai empregar q m . Para uma barra magnética de secção transversal A magnetização uniforme com H ao longo do seu eixo, a força pólo é dado por q m = ' MA , de modo que M pode ser pensado como um pólo força por unidade de área.

Campos de um ímã

Longe de um ímã, o campo magnético criado por ímã que é quase sempre descrito (para uma boa aproximação) por um campo de dipolo caracterizada pelo seu momento magnético total. Isto é verdade, independentemente da forma do íman, enquanto o momento magnético é diferente de zero. Uma característica de um campo dipolar é que a intensidade do campo cai inversamente com o cubo da distância do centro do magneto.

Mais perto do ímã, o campo magnético se torna mais complicado, e mais dependente da forma detalhada e magnetização do íman. Formalmente, o campo pode ser expressa como uma expansão multipolar: Um campo de dipolo, além de um campo quadripolar, além de um campo octupole, etc.

De perto, muitos campos diferentes são possíveis. Por exemplo, para um ímã de barra magro longo com seu pólo norte em uma extremidade e pólo sul, no outro, o campo magnético perto de cada extremidade cai inversamente com o quadrado da distância que pólo.

Calculando a força magnética

Calculando a força de atracção ou de repulsão entre os dois magnetos é, no caso geral, uma operação extremamente complexo, uma vez que depende da forma, a magnetização, orientação e separação dos ímans.

Força entre dois pólos magnéticos

A força entre dois pólos magnéticos é dada por:

F={{\mu q_{m1} q_{m2}}\over{4\pi r^2}}

onde

Fé a força (unidade SI:newton)
q m1eq m2são os pontos fortes do pólo (unidade SI:ampères metros)
μé apermeabilidade do meio interveniente (unidade SI: tesla metro porampere, henry por metro ou newton por ampères ao quadrado)
ré a separação (unidade SI: metro).

A descrição pólo é útil para praticar magneticians que projetam do mundo real ímãs, mas ímãs reais têm uma distribuição pólo mais complexo do que um único norte e sul. Portanto, a implementação da idéia pólo não é simples. Em alguns casos, uma das mais complexas fórmulas dadas abaixo serão mais úteis.

Força entre duas superfícies vizinhas atraindo da áreaAe magnetizações iguais, mas opostasM

F=\frac{\mu_0}{2}AM^2

onde

Aé a área de cada superfície, em m²
Mé a sua magnetização, em A / m.
\ Mu_0é a permeabilidade do espaço, que é igual a4\pi10 x-7tesla-metros por ampere

Força entre dois ímãs de barra

A força entre duas barras de ímã cilíndrico idênticos colocados end-to-end é dado por:

F=\left[\frac {B_0^2 A^2 \left( L^2+R^2 \right)} {\pi\mu_0L^2}\right] \left[{\frac 1 {x^2}} + {\frac 1 {(x+2L)^2}} - {\frac 2 {(x+L)^2}} \right]

onde

B0representa a densidade de fluxo magnético muito próximo de cada um dos pólos, em T,
Aé a área de cada pólo, em m2,
Lé o comprimento de cada íman, em metros,
Ré o raio de cada íman, em metros, e
xé a distância entre os dois magnetos, em m

'B 0=\frac{\mu_0}{2} Hrefere-se a densidade de fluxo no pólo para a magnetização do magnete.

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