O que é o paramagnetismo?

O paramagnetismo foi descoberto por Michael Faraday que foi quem determinou que a maioria dos elementos mostram um nível de paramagnetismo. O paramagnetismo é um tipo de magnetismo que é fraco atraído por um campo magnético que é activado a partir do exterior. Este tipo de magnetismo encontra-se em materiais paramagnéticos.

Os materiais paramagnéticos são materiais que possuem dipolos atómicos permanentes, os quais estão dispostos de forma linear (paralela) em relação à direção de um campo externo. Este material tem umasuscetibilidade positiva, isto é, quando o campo magnético desaparece, estes materiais perdem todas as suas propriedades magnéticas. Por outro lado, também podemos encontrar eletrões não emparelhados e eletrões ausentes.

O paramagnetismo de Pauliaparece durante a condução, sem que este seja afetado pela temperatura. O princípio de exclusão de Pauli estabelece que não pode haver um átomo que tenha 2 eletrões com os mesmos 4 números quânticos, ou seja, devem ter spins opostos.

Características do paramagnetismo

Os materiais paramagnéticos podem ser atraídos por outro íman. No entanto, não têm a capacidade para atrair outro material paramagnético. Os materiais paramagnéticos têm uma suscetibilidade positiva e baixa (entre 10^-6 y 10^-2).

Ao contrário do que acontecia com o diamagnetismo, os materiais paramagnéticos sim são afetados pela temperatura : quanto maior for a temperatura, menor será a ordem dos momentos magnéticos dos átomos. Esta temperatura é expressada mediante a lei de Curie.

X =C/T

X = suscetibilidade magnética

C = a constante de Curie (cada material tem um diferente)

T = temperatura absoluta (K)

Outro fator que devemos ter em conta é a magnetização (M) que depende da intensidade do campo

M = XH

O paramagnetismo na tabela periódica

Tal como no diamagnetismo, para saber se um material é paramagnético ou não, devemos conhecer a configuração eletrónica do material em questão. No caso do paramagnetismo, os eletrões encontram-se desemparelhados.

O alumínio, por exemplo:

O alumínio tem 3 eletrões na camada de valência, o que significa que tem um eletrão desemparelhado. Logo, tal como lemos antes, é um material paramagnético.

Para saber se um material é paramagnético ou não, devemos atender à camada de valência (a última camada, se esta estiver desemparelhada, então é paramagnética, já que os elementos paramagnéticos têm um número de eletrões ímpar).

A camada de valência é a última camada. A tabela periódica está composta por 18 grupos e 7 períodos. A cada mudança de período, há uma mudança de camada.

O que é o diamagnetismo?

O diamagnetismo é uma característica que um íman possui quando a magnetização que se encontra no sentido contrário à aplicação do campo magnético é débil. Consequentemente, é possível observar que um material com esta propriedade, isto é, um material diamagnético, é repelido por um íman.

Em 1778, Sebald Justinus Brugmans foi o primeiro a detetar que dois materiais (o bismuto e o antimónio), oferecem resistência a ser atraídos para campos magnéticos.

O diamagnetismo foi descoberto por Michael Faraday em 1845 com a ajuda da experiência Faraday, obtendo um resultado negativo (pelo que isto conduz-nos diretamente para a lei de Lenz). A aceleração do campo magnético externo desacelera os eletrões, pelo que estes se opõem à ação do campo externo, debilitando-o.

Propriedades do diamagnetismo

O diamagnetismo, tal como os demais materiais magnéticos, tem várias propriedades como:

• O diamagnetismo pode encontrar-se sob forma de líquido, sólido ou gasoso.

• Tem umapermeabilidade magnética relativa menor que 1.

• A sua indução e a suscetibilidade magnética são negativas.

• Os materiais diamagnéticos não são afetados pela temperatura.

• • Uma vez eliminado o campo externo, o material não tem a capacidade para reter as propriedades magnéticas.

Como se pode saber se um material é diamagnético ou não?

Para saber se um material é diamagnético ou não, devemos observar a sua configuração eletrónica, mais especificamente comprovar se os eletrões se encontram desemparelhados ou não. Se os eletrões se encontrarem desemparelhados o material é paramagnético; mas se se encontrarem emparelhados, este é diamagnético.

A configuração eletrónica é a forma como os eletrões estão distribuídos dentro de um átomo, neste há distintas camadas. Existem 7 níveis de energia: do 1 ao 7, dentro de cada nível podemos encontrar 4 subníveis: s, p, d e f.

Cada subnível tem um máximo de eletrões.

Subnível	Nº eletrões
Subnível s	2 eletrões
Subnível p	6 eletrões
Subnível d	10 eletrões
Subnível f	14 eletrões

Exemplos de elementos diamagnéticos:

Os materiais diamagnéticos mais conhecidos são: o bismuto, o hélio, o hidrogénio, os gases nobres, o ouro, o cobre, o bronze…

O bismuto, por exemplo, tem a seguinte configuração eletróncia:

Bi = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³

Sabendo que o número atómico é 83 e que se encontra no grupo 15. Em baixo, podemos ver a estrutura atómica e a estrutura cristalina.

Lei de Faraday e lei de Lenz

Michael Faraday foi um físico e químico que nasceu no Reino Unido. Em 1831, depois de realizar várias experiências, descobriu a indução eletromagnética. Foi nesse momento que descobriu que se podia criar um campo elétrico a partir de um campo magnético variável. Este acontecimento foi o que deu origem à lei de Faraday e a lei de Lenz.

A lei de Faraday, também conhecida como lei de Faraday da eletrólise, refere-se à quantidade de massa que se encontra proporcional a alguma eletricidade.

A lei de Faraday afirma que a voltagem induzida através de uma bobina, é diretamente proporcional à rapidez a que o fluxo magnético muda por unidade de tempo numa superfície junto ao circuito. A partir do momento em que a corrente é introduzida, o seu campo magnético mostra a resistência à mudança de fluxo. O sinal matemático negativo da lei de Faraday indica-nos o sentido da corrente induzida, também conhecida como a lei de Lenz.

Junto com a lei de Faraday, encontramos a lei de Lenz que, ao contrário da lei de Faraday, indica a direção na que a corrente flui, bem como estabelece a direção na que se cria resistência à mudança, isto é, o campo magnético produzido pela corrente induzida circula em direção oposta à do campo que havia no campo original.

Como se calcula a lei de Faraday e Lenz?

Tal como vimos antes, a lei de Faraday baseia-se na voltagem que se representa com: FEM (Ɛ).

FEM (Ɛ) = N · (∆ϕ/∆t)

FEM (Ɛ) = voltagem da bobina

N = número de voltas à bobina

dΦ = mudança do fluxo magnético

dt = lapso de tempo (∆t à 0)

Para obter a lei de Lenz apendas devemos mudar o sinal matemático para negativo já que, devido à sua definição, a lei de Lenz refere-se à resistência à mudança da variação do fluxo. Pelo que a fórmula para obter o valor desta resistência é:

VƐ = - N · (∆ϕ/∆t)

Aplicações na nossa vida quotidiana

A lei de Faraday e a lei de Lenz têm muitas aplicações. Todas as aplicações que têm relação com a tecnologia elétrica dependem delas. De igual modo, podemos empregar estas leis na vida quotidiana de várias formas como em:

• Geradores

• Motores elétricos

• Freios magnéticos

• Placas de cozinha por indução

O que é um íman resistivo?

Um íman resistivo é um tipo de eletroíman empregado para tratar valores de corrente elevados, da mesma forma que o arrefecimento de bobinas. Ao contrário dos ímanes permanentes, os eletroímanes podem ser ligados ou desligados quando quisermos, basta para isso desconectá-lo da fonte de alimentação. Os ímanes resistivos também têm mais intensidade do que os ímanes permanentes.

Os ímanes resistivos podem ser classificados em núcleo de ferro e núcleo de ar.

• Íman resistivo com núcleo de ferro: tem um campo magnético vertical.

• Íman resistivo com núcleo de ar: tem um campo magnético horizontal.

Os ímanes resistivos não perdem energia elétrica quando a corrente flui pela bobina; esta continua a circular sem necessidade de uma fonte exterior.

Como funcionam os ímanes resistivos

Os ímanes resistivos funcionam da mesma maneira que os ímanes supercondutores. No entanto, ao contrário dos ímanes supercondutores, os ímanes resistivos requerem uma maior quantidade de eletricidade.

Os ímanes resistivos requerem uma grande corrente elétrica. Esta percorre através de bobinas, concretamente entre 4 e 6, que geram um campo magnético estático. O movimento desta corrente produz um aumento da temperatura Ao mesmo tempo é necessário que este passe por elementos de arrefecimento por água. Quando comparado com outros ímanes, os ímanes resistivos têm um menor custo de produção, apesar de exigirem uma maior quantidade de eletricidade. O seu baixo rendimento deve-se ao processo de arrefecimento que, ao encontrar baixas temperaturas permite, reduzir a resistência do cabo. Consequentemente, reduz-se a necessidade de usar eletricidade, tornando-a mais económica.

Em que aplicações são utilizados os ímanes resistivos

Os ímanes resistivos podem ser encontrados em várias aplicações. No entanto, a aplicação mais comum destes ímanes encontra-se nos sistemas de IRM. Devido aos elevados campos destes ímanes, isto é, ao ter uma força de campo de 0,3 teslas, o que teoricamente consumiria 5 MV. Os sistemas de IRM são imagens de ressonância magnética que empregam ímanes com a finalidade de analisar os órgãos internos do corpo para prevenir ou tratar infeções, tumores, etc. Dependendo da zona a tratar, encontramos ressonância magnética para o tórax, zona lombar, abdómen. Outro uso muito comum no nosso quotidiano são as pilhas de placas de cobre.