Paramagnetismo: causas, materiais paramagnéticos, exemplos - Ciência - 2023

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o paramagnetismo É uma forma de magnetismo em que certos materiais são fracamente atraídos por um campo magnético externo e formam campos magnéticos internos induzidos na direção do campo magnético aplicado.

Ao contrário do que muitas pessoas pensam, as propriedades magnéticas não se limitam apenas às substâncias ferromagnéticas. Todas as substâncias têm propriedades magnéticas, mesmo de forma mais fraca. Essas substâncias são chamadas de paramagnéticas e diamagnéticas.

Desta forma, dois tipos de substâncias podem ser distinguidos: paramagnética e diamagnética. Na presença de um campo magnético, os paramagneticos são atraídos para a área onde a intensidade do campo é maior. Em vez disso, os diamagneticos são atraídos para a região do campo onde a intensidade é mais baixa.

Quando na presença de campos magnéticos, os materiais paramagnéticos experimentam o mesmo tipo de atração e repulsão que os ímãs experimentam. Porém, quando o campo magnético desaparece, a entropia encerra o alinhamento magnético que havia sido induzido.

Em outras palavras, os materiais paramagnéticos são atraídos por campos magnéticos, embora não se tornem materiais permanentemente magnetizados. Alguns exemplos de substâncias paramagnéticas são: ar, magnésio, platina, alumínio, titânio, tungstênio e lítio, entre outros.

Causas

O paramagnetismo se deve ao fato de certos materiais serem constituídos por átomos e moléculas que possuem momentos magnéticos permanentes (ou dipolos), mesmo quando não estão na presença de um campo magnético.

Os momentos magnéticos são causados pelos spins de elétrons desemparelhados em metais e outros materiais que possuem propriedades paramagnéticas.

No paramagnetismo puro, os dipolos não interagem entre si, mas são orientados aleatoriamente na ausência de um campo magnético externo como consequência da agitação térmica. Isso gera um momento magnético zero.

No entanto, quando um campo magnético é aplicado, os dipolos tendem a se alinhar com o campo aplicado, resultando em um momento magnético líquido na direção desse campo e se somando ao do campo externo.

Em qualquer dos casos, o alinhamento dos dipolos pode ser contrabalançado pelo efeito da temperatura.

Desta forma, quando o material é aquecido, a agitação térmica é capaz de neutralizar o efeito do campo magnético sobre os dipolos e os momentos magnéticos se reorientam de forma caótica, reduzindo a intensidade do campo induzido.

Lei de curie

A lei de Curie foi desenvolvida experimentalmente pelo físico francês Pierre Curie em 1896. Ela só pode ser aplicada quando ocorrem altas temperaturas e a substância paramagnética está na presença de campos magnéticos fracos.

Isso ocorre porque ele falha em descrever paramagnetismo quando uma grande parte dos momentos magnéticos estão alinhados.

A lei afirma que a magnetização do material paramagnético é diretamente proporcional à intensidade do campo magnético aplicado. É o que se conhece como Lei de Curie:

M = X ∙ H = C H / T

Na fórmula acima, M é a magnetização, H é a densidade do fluxo magnético do campo magnético aplicado, T é a temperatura medida em graus Kelvin e C é uma constante que é específica para cada material e é chamada de constante de Curie.

A observação da lei de Curie também mostra que a magnetização é inversamente proporcional à temperatura. Por isso, quando o material é aquecido, os dipolos e os momentos magnéticos tendem a perder a orientação adquirida pela presença do campo magnético.

Materiais paramagnéticos

Os materiais paramagnéticos são todos aqueles materiais com permeabilidade magnética (capacidade de uma substância de atrair ou fazer com que um campo magnético passe) semelhante à permeabilidade magnética do vácuo. Esses materiais apresentam um nível insignificante de ferromagnetismo.

Em termos físicos, afirma-se que sua permeabilidade magnética relativa (quociente entre a permeabilidade do material ou meio e a permeabilidade do vácuo) é aproximadamente igual a 1, que é a permeabilidade magnética do vácuo.

Entre os materiais paramagnéticos, existe um tipo específico de materiais denominado superparamagnético. Embora sigam a Lei de Curie, esses materiais têm um valor bastante alto da constante de Curie.

Diferenças entre paramagnetismo e diamagnetismo

Foi Michael Faraday quem, em setembro de 1845, percebeu que na verdade todos os materiais (não apenas os ferromagnéticos) reagem à presença de campos magnéticos.

Em todo caso, a verdade é que a maioria das substâncias é de natureza diamagnética, uma vez que os pares de elétrons emparelhados - e, portanto, com spin oposto - favorecem fracamente o diamagnetismo. Pelo contrário, somente quando há elétrons desemparelhados ocorre o diamagnetismo.

Tanto os materiais paramagnéticos como os diamagnéticos têm uma suscetibilidade fraca a campos magnéticos, mas enquanto no primeiro é positivo, no segundo é negativo.

Os materiais diamagnéticos são ligeiramente repelidos por um campo magnético; em vez disso, os paramagneticos são atraídos, embora também com pouca força. Em ambos os casos, quando o campo magnético é removido, os efeitos da magnetização desaparecem.

Como já mencionado, a grande maioria dos elementos que compõem a tabela periódica são diamagnéticos. Assim, exemplos de substâncias diamagnéticas são água, hidrogênio, hélio e ouro.

Formulários

Como os materiais paramagnéticos têm um comportamento semelhante ao vácuo na ausência de um campo magnético, suas aplicações na indústria são um tanto limitadas.

Uma das aplicações mais interessantes do paramagnetismo é a Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), amplamente utilizada em física, química e arqueologia. É uma técnica de espectroscopia com a qual é possível detectar espécies com elétrons desemparelhados.

Essa técnica é aplicada em fermentações, na fabricação industrial de polímeros, no desgaste de óleos de motor e na fabricação de cervejas, entre outras áreas. Da mesma forma, esta técnica é amplamente utilizada na datação de vestígios arqueológicos.

Referências

Paramagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Obtido em 24 de abril de 2018 em es.wikipedia.org.
Diamagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Obtido em 24 de abril de 2018 em es.wikipedia.org.
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Chang, M. C. "Diamagnetism and paramagnetism" (PDF).Notas de aula NTNU. Recuperado em 25 de abril de 2018.
Orchard, A. F. (2003)Magnetoquímica. Imprensa da Universidade de Oxford.