Unidades SI | sem unidade |
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Dimensão | |
Natureza | Tensor de tamanho intensivo |
Símbolo usual | χ m ou simplesmente χ |
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A susceptibilidade magnética de um material visto como meio contínuo é uma grandeza adimensional que caracteriza a faculdade desse material de se magnetizar sob o efeito de uma excitação magnética .
A suscetibilidade magnética é geralmente indicada pelo símbolo , ou simplesmente se não houver ambigüidade com a suscetibilidade elétrica no texto.
Um material macroscópico é composto no nível microscópico de átomos ligados entre si, cada um desses átomos pode ser visto como um ímã elementar se alguém estiver interessado apenas nas propriedades magnéticas. Quando um material é submetido a um campo magnético externo, sua estrutura microscópica interage com esse campo que penetra no material. Cada um dos ímãs elementares pode tender a se alinhar com este campo ou a resistir a ele, a resposta dependendo, no nível microscópico, da natureza dos átomos e das forças de ligação que os unem. A susceptibilidade magnética pode então ser vista como o "grau de resposta" do material ao campo magnético aplicado:
Qualquer material, se puder ser visto como um meio contínuo e homogêneo, possui um campo magnético homogêneo que está escrito na forma:
onde representam campos de vetores cujas normas são:
Para simplificar, consideremos apenas uma direção dos campos ou então um caso isotrópico onde todos os valores são iguais em qualquer direção. Nesse caso, as grandezas do vetor podem ser substituídas por suas normas. Se começarmos a partir de um campo H aplicado fraco, podemos expressar M como o início de um desenvolvimento limitado à ordem 1 (onde os termos não lineares são desprezíveis):
que pode ser abreviado paraou :
Se a magnetização permanente do material é zero ( ), e os valores de M e H são medidos próximos o suficiente de 0 para que o desenvolvimento limitado de ordem 1 seja válido, então M torna-se uma função linear de H e a susceptibilidade magnética χ m do meio ou do material considerado é um coeficiente de proporcionalidade:
Esta fórmula aproximada é comumente usada no caso de meios diamagnéticos e paramagnéticos , e meios ferromagnéticos para valores de campo H aplicados muito abaixo do nível de saturação .
Além disso, essa aproximação simplifica muito a fórmula inicial:
Em seguida, obtemos:
Definindo , onde a " permeabilidade magnética relativa" do material é nomeada , obtemos a fórmula simples:
onde é a " permeabilidade magnética absoluta" do material.
A fórmula é amplamente usada, mas não é universal, e só é válida sob o pressuposto de um meio linear, homogêneo e isotrópico. Por exemplo, no caso de um meio não linear, o fenômeno de histerese aparece e a relação só é válida em torno do ponto 0, onde a suposição de linearidade do meio é uma aproximação razoável. No caso de um material não isotrópico, não é mais um número e deve ser substituído por uma matriz 3 * 3. No caso de um material não homogêneo, o produto simples deve ser substituído por um produto de convolução espacial, não sendo mais um número simples, mas uma função dependente da posição do espaço dentro do material.
A susceptibilidade magnética χ m dá uma indicação do comportamento magnético do corpo estudado.
A susceptibilidade magnética é geralmente muito sensível à temperatura.
Em um corpo diamagnético em repouso, os momentos magnéticos têm direções aleatórias que se compensam: não há magnetização. Na presença de um campo magnético externo, um efeito quântico - comparável à indução eletromagnética - induz a magnetização na direção oposta a desse campo magnético externo, o que corresponde à susceptibilidade magnética negativa. Este efeito ocorre em todos os materiais, mas em outros materiais que não o diamagnético é camuflado por outros efeitos, de intensidade muito maior ( paramagnetismo , ferromagnetismo , etc. )
A suscetibilidade magnética dos corpos diamagnéticos depende muito pouco da temperatura.
Em um corpo paramagnético em repouso, os momentos magnéticos têm direções aleatórias que se compensam: não há magnetização. Ao aplicar excitação externa, eles se alinharão com ela. No entanto, será necessário um campo externo mais forte do que no caso de um corpo ferromagnético, porque é preciso energia suficiente para forçar os momentos magnéticos a se alinharem e permanecerem na mesma direção.
Como nos corpos ferromagnéticos, muita agitação térmica impede que os momentos magnéticos se alinhem com a excitação externa. Um corpo paramagnético obedece a uma lei de Curie : a susceptibilidade magnética é proporcional ao inverso da temperatura.
Em um corpo ferromagnético em repouso, os momentos magnéticos dos átomos estão todos alinhados em alguma direção (resultando em magnetização espontânea). Eles interagem entre si para manter essa orientação. Ao aplicar uma excitação magnética externa, os momentos magnéticos irão girar para seguir a direção da excitação.
Ao aquecer um corpo ferromagnético, a ordem que prevalecia nos momentos magnéticos é perturbada: a agitação térmica impede que os momentos se alinhem (seja espontaneamente ou com a excitação externa), o que diminui a susceptibilidade magnética. A partir de uma determinada temperatura (temperatura de Curie ), os momentos magnéticos são tão agitados que não há mais direção preferencial e, portanto, não há mais magnetização: o corpo adquire um comportamento paramagnético. O corpo então segue uma lei de Curie : a suscetibilidade é proporcional ao inverso da temperatura.
A suscetibilidade dos corpos ferrimagnéticos e antiferromagnéticos é geralmente menor do que a dos corpos paramagnéticos. Com efeito, além de impor uma direção, a excitação externa deve ser suficiente para quebrar a ordem antiparalela dos momentos magnéticos.
Embora sua suscetibilidade magnética inicial seja muito menor, um corpo ferrimagnético se comporta de maneira semelhante a um corpo ferromagnético. Ao aquecê-lo, a ordem que reinava nos momentos magnéticos é perturbada: a agitação térmica impede que os momentos se alinhem (seja espontaneamente ou com a excitação externa), o que diminui a susceptibilidade magnética. A partir de uma determinada temperatura (temperatura de Curie ), os momentos magnéticos ficam tão agitados que não há mais direção preferencial e, portanto, não há mais magnetização: o corpo adquire um comportamento paramagnético. O corpo então segue uma lei de Curie : a suscetibilidade é proporcional ao inverso da temperatura.
Um corpo antiferromagnético reage à temperatura em dois estágios. Um aumento na agitação térmica ajuda a quebrar a ordem antiparalela, o que aumenta a suscetibilidade magnética. Ela continua a aumentar até atingir a temperatura de Néel (equivalente à temperatura de Curie). Quando essa temperatura crítica é atingida, os momentos magnéticos ficam completamente desordenados, o corpo torna-se paramagnético. Além da temperatura de Néel , a suscetibilidade magnética começará a diminuir seguindo a seguinte relação:
Esta técnica é baseada na seguinte equação:
Uma excitação externa conhecida é aplicada a uma amostra a ser estudada , e a magnetização é medida usando o magnetômetro. Em seguida, deduzimos a susceptibilidade magnética χ m . Esta relação não é mais válida se H for muito grande: a magnetização M do material saturará e se tornará constante.
Material | χ m | T c |
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Bi | -16,9 × 10 -5 | |
VS | -2,1 × 10 -5 | |
agua | -1,2 × 10 -5 | |
Cu | -1,0 × 10 -5 | |
vazio | 0 | |
O 2 | 0,19 × 10 -5 | |
Al | 2,2 × 10 -5 | |
Co | 70 | 1.131 ° C |
Ou | 110 | 372 ° C |
Fe | 200000 | 774 ° C |