Os materiais ferromagnéticos e não ferromagnéticos são centrais na engenharia. O magnetismo é uma base para vários usos, mas muitas vezes é inconveniente em certas circunstâncias. Os metais magnéticos mais frequentes incluem; ferro, níquel, e cobalto, e alguns tipos de aço também exibem propriedades magnéticas.
Compreendendo os fundamentos dos ímãs, seus tipos, e como os metais se comportam em campos magnéticos é imperativo. Então, vamos entrar nisso.
Compreendendo o magnetismo
O magnetismo pode ser definido como uma habilidade de puxar ou empurrar certos tipos de materiais. Esta força é intervencionada por campos magnéticos que permeiam diferentes tipos de meios. Alguns tipos de materiais são naturalmente magnéticos, enquanto outros podem ser magnéticos ou não magnéticos, dependendo da situação..
O que faz com que os metais exibam magnetismo?
O magnetismo no nível atômico é causado pelos elétrons. Cada elétron tem um spin e uma forma de formar um pequeno dipolo magnético. Se o spin de um elétron for unificado em uma determinada direção, então nenhum campo magnético líquido é observado. Mas como existem muitos desses elétrons desemparelhados, seu pequeno momento magnético torna-se grande e um grande campo magnético é criado ao redor do metal..
Tipos de ímãs
Diferentes tipos de ímãs podem ser agrupados de acordo com a permanência do campo magnético dos ímãs. As classificações primárias incluem:
Ímãs Permanentes
Os ímãs permanentes geram um campo magnético devido às suas propriedades inerentes. Ao contrário dos ímãs temporários, eles mantêm seu magnetismo por um longo período. Tipicamente, ímãs permanentes são difíceis de desmagnetizar e criar um campo magnético estável. Para entender os ímãs permanentes, é preciso considerar sua estrutura. As propriedades magnéticas ocorrem quando as forças ponderomotrizes na região distinta do material preferem um determinado status. Esses domínios são pequenos campos magnéticos encontrados dentro da estrutura cristalina do material..
Várias técnicas são usadas para acoplar esses domínios, mas o aquecimento é o mais eficiente de todos. O grau de alinhamento difere entre os materiais, resultando no posicionamento permanente dos domínios.
Ímãs Temporários
Os ímãs temporários têm a característica de serem magnéticos apenas em determinadas condições. Todos eles desaparecem quando essas condições mudam. As forças que causam alterações no tamanho são frequentemente aplicadas a materiais macios, como ferro e aço recozidos.. Esses materiais criam campos magnéticos quando expostos a um campo magnético forte e exibem baixa coercividade..
Um bom exemplo de magnetismo temporário é a estratégia do clipe de papel. Quando um clipe de papel é passado em um ímã permanente, ele adquire alguma magnetização. No entanto, uma vez que o ímã permanente é removido. Os clipes retornam ao estado em que não são magnéticos.
Eletroímãs
Os eletroímãs geram um campo magnético quando a eletricidade flui através deles. Eles são frequentemente usados em dispositivos como motores, geradores, relés, e fones de ouvido. A vantagem de um eletroímã é a possibilidade de ligar/desligar a força magnética. Este recurso permite vários usos, incluindo os guindastes usados no levantamento de sucata. O controle do metal é possível com a ajuda de um eletroímã, passando uma corrente elétrica por ele, e o metal pode ser levantado e largado desligando a energia.
Outro uso fascinante desta técnica é nos trens Maglev.. Devido à energia fornecida aos eletroímãs, esses trens não tocam os trilhos e isso, por sua vez, proporciona baixa resistência aos trilhos para altas velocidades.
Quais metais são magnéticos?
Dependendo da estrutura interna dos metais, eles atraem ou repelem ímãs. Eles podem ser classificados como:
Materiais Ferromagnéticos
Os materiais ferromagnéticos puxam fortemente os ímãs, enquanto, por outro lado,, puxe os ímãs levemente para materiais paramagnéticos. Materiais diamagnéticos são aqueles materiais que repelem fracamente os ímãs.
Lista de metais magnéticos
Alguns metais magnéticos são familiares e alguns são permanentemente magnéticos, enquanto outros, por exemplo, o aço inoxidável é magnético dependendo de sua composição.
Ferro
O ferro é um metal ferromagnético amplamente conhecido, e ao mesmo tempo, é mais forte que todos os outros metais ferromagnéticos. Mais importante, como constituinte fundamental da terra, é responsável pelo campo magnético da esfera terrestre.
Parte do conteúdo sobre como o ferro atrai campos magnéticos se deve à presença do spin do elétron atômico e à estrutura específica da rede cristalina. Essas estruturas quando alteradas produzem características magnéticas diferentes. Ferro em sua cúbica de corpo centrado (Cco) A forma alfa-Fe é ferromagnética; a cúbica de face centrada (FCC) estrutura gama-Fe não é magnética.
Níquel
Outro metal ferromagnético é o Níquel e também tem relação com o núcleo da Terra. Anteriormente, serviu na circulação de dinheiro na forma de moedas.
Hoje, o uso de níquel inclui baterias, revestimentos, utensílios de cozinha, e numerosos equipamentos eletrônicos. É por isso que o níquel é valioso na criação de ferroníquel para aço inoxidável e ímãs de Alnico., os ímãs que são mais fortes que os ímãs de terras raras, mas não tão fortes quanto os à base de ferro.
Cobalto
O cobalto é um dos metais ferromagnéticos mais importantes que encontrou inúmeras utilizações nos últimos cem anos.. O cobalto é usado tanto em ímãs macios quanto duros e a magnetização de saturação e a temperatura Curie são altas, variando entre 950 – 990 °C. Esta propriedade torna o cobalto útil em usos de alta temperatura, como uso em motores e sensores..
Aço
O componente de ferro torna o aço ferromagnético. Todos os tipos de aço podem trabalhar com campos magnéticos e alguns podem ser transformados em ímãs permanentes. Por exemplo, O aço EN C15D tem uma composição de 98.81/99.26 % ferro e, portanto, é ferromagnético.
Aço inoxidável
Aço inoxidável tem um nível variável de propriedades magnéticas. Dependendo do conteúdo, é uma liga que contém pelo menos 10.5% de cromo, seu magnetismo depende deste conteúdo. Os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos são magnéticos devido ao seu teor de ferro, enquanto os aços inoxidáveis austeníticos têm baixas propriedades ferromagnéticas que os qualificam para uso em situações de ressonância magnética.
Metais de terras raras
Algumas das seções transversais dos metais de terras raras são de natureza ferromagnética e os metais incluem gadolínio, samário, e neodímio. Esses metais podem ser ligados com ferro, níquel, ou cobalto para produzir ímãs adequados para uma aplicação específica. Por exemplo, ímãs de samário-cobalto são bem aplicados em motores de alto desempenho e turbomáquinas.
Metais Não Magnéticos
Embora muitos metais sejam magnéticos, alguns não são. Aqui estão alguns exemplos:
Alumínio
Alumínio também se enquadra no grupo de metais paramagnéticos, assim como os metais de lítio e magnésio. Embora possa corroer, é útil em muitas condições corrosivas; isso o torna popular em muitos setores.
Ouro
O ouro pertence ao grupo diamagnético de metais. Geralmente, ele experimenta repulsão mínima quando perto de um ímã. Em seu estado puro, é um metal não magnético.
Prata
A prata também não é magnética. Pode ser usado para detectar produtos de prata forjados. Se uma moeda ou joia grudar em um ímã, provavelmente não é prata verdadeira.
Cobre
É Cobre Magnético? O cobre, por sua natureza, não é magnético, mas possui algumas qualidades e características magnéticas.. Rotulado diamagnético, cobre é o tipo de material que não pode ser alinhado com um campo magnético. No caso de geração de eletricidade em usinas, esta característica é de imenso valor.
Quando colocado perto de um ímã, o cobre cria um campo magnético que força os elétrons da superfície a fluir e girar em torno do ímã.. Isso faz com que o movimento circular crie resistência. Os elétrons causam um campo magnético brevemente, e isso diminui a velocidade da queda magnética.
Conclusão
Em geral, todos os metais são afetados por um forte campo magnético. Esta reação ocorre porque quando os metais são colocados em um campo magnético variável, eles desenvolvem o que é chamado de correntes parasitas. Os detectores de metal seguem este princípio para identificar metais não ferromagnéticos, como ouro, prata, cobre, e estanho. No entanto, para uso prático, essa interação não é suficiente, portanto, tem aplicações limitadas.
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