O que é permeabilidade relativa? - Ciência - 2023

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o permeabilidade relativa É a medida da capacidade de um determinado material ser percorrido por um fluxo -sem perder suas características-, em relação a outro material que lhe sirva de referência. É calculado como a razão entre a permeabilidade do material em estudo e do material de referência. Portanto, é uma quantidade que carece de dimensões.

De modo geral, falando de permeabilidade, pensamos em um fluxo de fluidos, geralmente água. Mas também existem outros elementos capazes de passar através de substâncias, por exemplo, campos magnéticos. Neste caso, falamos de permeabilidade magnética e de permeabilidade magnética relativa.

A permeabilidade dos materiais é uma propriedade muito interessante, independentemente do tipo de fluxo que passe por eles. Graças a ele, é possível antecipar como esses materiais se comportarão em circunstâncias muito diversas.

Por exemplo, a permeabilidade dos solos é muito importante ao construir estruturas como ralos, pavimentos e muito mais. Mesmo para as lavouras, a permeabilidade do solo é relevante.

Para a vida, a permeabilidade das membranas celulares permite que a célula seja seletiva, permitindo a passagem de substâncias necessárias, como nutrientes, e rejeitando outras que possam ser prejudiciais.

Em relação à permeabilidade magnética relativa, ela nos fornece informações sobre a resposta dos materiais aos campos magnéticos causados por ímãs ou fios energizados. Esses elementos são abundantes na tecnologia que nos rodeia, por isso vale a pena investigar quais os efeitos que eles têm nos materiais.

Permeabilidade magnética relativa

Uma aplicação muito interessante das ondas eletromagnéticas é facilitar a exploração do petróleo. Baseia-se em saber o quanto a onda é capaz de penetrar no subsolo antes de ser atenuada por ele.

Isso dá uma boa ideia do tipo de rocha que está em um determinado local, já que cada rocha possui uma permeabilidade magnética relativa diferente, dependendo de sua composição.

Como disse no início, sempre que você fala sobre permeabilidade relativa, o termo "relativo" requer a comparação da magnitude em questão de um determinado material, com a de outro que sirva de referência.

Isso é sempre aplicável, independentemente da permeabilidade a um líquido ou a um campo magnético.

O vácuo tem permeabilidade, já que as ondas eletromagnéticas não têm nenhum problema em se mover ali. É uma boa ideia tomar isso como um valor de referência para encontrar a permeabilidade magnética relativa de qualquer material.

A permeabilidade do vácuo não é outra senão a conhecida constante da lei de Biot-Savart, que é usada para calcular o vetor de indução magnética. Seu valor é:

μ_ou= 4π . 10 ^-7 T.m / A (Tesla. Medidor / Ampere).

Essa constante faz parte da natureza e está ligada, junto com a permissividade elétrica, ao valor da velocidade da luz no vácuo.

Para encontrar a permeabilidade magnética relativa, você deve comparar a resposta magnética de um material em dois meios diferentes, um dos quais é o vácuo.

No cálculo da indução magnética B de um fio no vácuo, sua magnitude foi considerada:

E a permeabilidade relativa μ_r do referido meio, é o quociente entre B e B_ou: μ_r= B / B_ou. É uma quantidade adimensional, como você pode ver.

Classificação de materiais de acordo com sua permeabilidade magnética relativa

A permeabilidade magnética relativa é uma quantidade adimensional e positiva, sendo o quociente de duas quantidades positivas por sua vez. Lembre-se de que o módulo de um vetor é sempre maior que 0.

μ_r= B / B_ou = μ / μ_ou

μ= μ_r. μ_ou

Essa magnitude descreve como a resposta magnética de um meio é comparada à resposta no vácuo.

Já a permeabilidade magnética relativa pode ser igual a 1, menor que 1 ou maior que 1. Isso depende do material em questão e também da temperatura.

Obviamente sim μ_r= 1 o meio é o vazio.
Se for menor que 1, é um material diamagnético
Se for maior que 1, mas não muito, o material é paramagnético
E se for muito maior que 1, o material é ferromagnético.

A temperatura desempenha um papel importante na permeabilidade magnética de um material. Na verdade, esse valor nem sempre é constante. Conforme a temperatura de um material aumenta, ele se torna internamente desordenado, então sua resposta magnética diminui.

Materiais diamagnéticos e paramagnéticos

Os materiais diamagnético eles respondem negativamente aos campos magnéticos e os repelem. Michael Faraday (1791-1867) descobriu essa propriedade em 1846, quando descobriu que um pedaço de bismuto era repelido por qualquer um dos pólos de um ímã.

De alguma forma, o campo magnético do ímã induz um campo na direção oposta dentro do bismuto. No entanto, essa propriedade não é exclusiva deste elemento. Todos os materiais têm até certo ponto.

É possível mostrar que a magnetização líquida em um material diamagnético depende das características do elétron. E o elétron é parte dos átomos de qualquer material, então todos eles podem ter uma resposta diamagnética em algum ponto.

Água, gases nobres, ouro, cobre e muitos mais são materiais diamagnéticos.

Em vez dos materiais paramagnético eles têm alguma magnetização própria. É por isso que eles podem responder positivamente ao campo magnético de um ímã, por exemplo. Eles têm uma permeabilidade magnética próxima ao valor de μ_ou.

Perto de um ímã, eles também podem ficar magnetizados e se tornarem ímãs por si próprios, mas esse efeito desaparece quando o ímã real é removido da vizinhança. Alumínio e magnésio são exemplos de materiais paramagnéticos.

Os materiais verdadeiramente magnéticos: ferromagnetismo

As substâncias paramagnéticas são as mais abundantes na natureza. Mas existem materiais que são facilmente atraídos por ímãs permanentes.

Eles são capazes de adquirir magnetização por conta própria. Estes são ferro, níquel, cobalto e terras raras como gadolínio e disprósio. Além disso, algumas ligas e compostos entre estes e outros minerais são conhecidos como materiais ferromagnético.

Este tipo de material experimenta uma resposta magnética muito forte a um campo magnético externo, como um ímã, por exemplo. É por isso que as moedas de níquel grudam nos ímãs em barra. E, por sua vez, os ímãs em barra aderem às geladeiras.

A permeabilidade magnética relativa dos materiais ferromagnéticos é muito maior do que 1. No interior, eles têm pequenos ímãs chamados dipolos magnéticos. Conforme esses dipolos magnéticos se alinham, eles intensificam o efeito magnético dentro dos materiais ferromagnéticos.

Quando esses dipolos magnéticos estão na presença de um campo externo, eles se alinham rapidamente com ele e o material adere ao ímã. Mesmo se o campo externo for suprimido, afastando o ímã, uma magnetização remanescente permanece dentro do material.

As altas temperaturas causam desordem interna em todas as substâncias, produzindo o que é chamado de "agitação térmica". Com o calor, os dipolos magnéticos perdem o alinhamento e o efeito magnético desaparece gradualmente.

A temperatura de Curie é a temperatura na qual o efeito magnético desaparece completamente de um material. Com este valor crítico, as substâncias ferromagnéticas tornam-se paramagnéticas.

Dispositivos para armazenar dados, como fitas magnéticas e memórias magnéticas, fazem uso do ferromagnetismo. Também com esses materiais, ímãs de alta intensidade são fabricados com muitos usos em pesquisas.

Referências

Tipler, P., Mosca G. (2003). Física para a Ciência e Tecnologia, Volume 2. Editorial Reverte. Páginas 810-821.
Zapata, F. (2003). Estudo das mineralogias associadas ao poço de petróleo Guafita 8x pertencente ao campo Guafita (Apure State) por medidas de suscetibilidade magnética e espectroscopia Mossbauer. Tese de graduação. Universidade Central da Venezuela.