Magnetização e Histereses

Segundo Giraldo (2007) e Gontijo (2007), na avaliação dos materiais ferromagnéticos deve-se considerar o comportamento que estes materiais apresentam na presença de um campo magnético, o qual pode ser representado pela curva de magnetização BxH. Do ponto de vista experimental, as curvas de magnetização contra a intensidade de um campo magnético informam sobre a “dureza” dos materiais magnéticos que está relacionada com sua anisotropia cristalina, (Ashcroft & Mermin, 1976).

A Figura 2.20 apresenta uma curva de magnetização típica para um aço 3%Si-Fe. Esta curva está dividida em três regiões. A primeira região O-A, compreende desde o estado de desmagnetização até baixos campos magnéticos, é reversível e está associada com a movimentação de paredes de domínio. A segunda região A-B corresponde a porção da curva

na qual a indução aumenta mais rapidamente, onde se tem a maior inclinação da curva, é irreversível e também está associada com a movimentação das paredes de domínio. A terceira região B-D, diz-se acima do joelho, é a que tem a menor inclinação, e segundo Bozorth (1993) estão associadas com a rotação reversível dos domínios e poderia acontecer também uma rotação irreversível dos domínios na presença de um campo magnético rotacional. Assim, esta terceira parte da curva acima do joelho é irreversível e está associada a uma rotação irreversível dos domínios (Chen, 1986).

Na Figura 2.20 nota-se que se o processo de magnetização fosse interrompido no ponto C, e o campo magnético fosse reduzido lentamente até zero, a curva não seria retraçada, e a indução diminuiria desde Mm até uma indução residual Mr, no H=0. Esta indução residual

só poderia ser tirada com aplicação de um campo magnético em sentido inverso, correspondente a (-Hc), obtendo-se uma nova curva de B-H que é a curva de histerese, e é

representada na Figura 2.21. A forma e o tamanho da curva de histerese variam de acordo com a composição e condições metalúrgicas do material, sendo considerado como um método magnético de monitoração de materiais. O laço de histerese mede o fluxo magnético B de um material ferromagnético e ferrimagnético quando a força magnetizante H for mudada. A Figura 2.21 mostra estas características.

Figura 2.21 - Curva de histerese típica: Adaptado, Gontijo (2007).

Obs: C=Ponto de saturação máxima; Mr=Campo remanente; HC = Campo coercivo.

Segundo Giraldo, (2007) e Cullity & Graham (1972), há alguns parâmetros importantes que se obtém da curva de histerese.

 Mr é o campo remanente e representa a indução numa amostra após ter aplicado um

campo magnético até a saturação e tê-lo tirado.

 μ é a permeabilidade, e representa o quanto um material é permeável quando

submetido a um campo magnético externo (B). Geralmente uma alta permeabilidade induz num alto magnetismo e um pequeno campo de força aplicado (DeAntônio 2003; Callister ,2007).

μ=B/H (2.13)

 χ é a susceptibilidade magnética, e representa a capacidade que o material tem de ficar magnetizado sobre a ação de um campo magnético externo (B). Os materiais ferromagnéticos, pelo próprio formato não linear da curva de magnetização, não apresentam χ e µ constantes. Ambas são, na verdade em função do campo H. Medidas da susceptibilidade magnética inicial (χ0) obtidas em campos baixos podem indicar o

nível de defeitos na estrutura do material.

Em geral, o endurecimento magnético (aumento da força coerciva Hc) é acompanhado do

decréscimo da susceptibilidade e da permeabilidade do material.

 Hc é o campo coercivo e representa o campo que se necessita para levar a indução

remanente até zero, e mede a ordem de magnitude do campo que deve ser aplicado a um material para reverter sua magnetização. O campo coercivo HC é um parâmetro

usado para distinguir se o material possui comportamento de um magnético duro ou se possui comportamento de um material magnético mole. Tradicionalmente um material

com campo coercivo Hc menor que 10kA/m ou 125 Oe é considerado magnético mole

e desta forma, um material que possui o campo coercivo maior ou igual a 10kA/m ou 125 Oe é considerado um magnético duro (Jiles, 1994).

 Ms é a magnetização de saturação, pode indicar a máxima orientação dos domínios

perante o campo magnético externo. Um material que possui uma alta saturação de

magnetização está na ordem de Ms=1,2x106 A/m,15000 Oe ou Ms=1,5 T. Assim

uma alta magnetização induz numa força aplicada, aumentando desta forma a eficiência mecânica para o controle de alguns componentes como solenóides (De Antônio,2003).

Com relação às curvas de magnetização é importante salientar que quanto maior a área do ciclo de histerese de magnetização, mais duro magneticamente é o material. Assim do ponto de vista das propriedades magnéticas básicas, os materiais magnéticos são classificados em três grandes classes.

 Magneto mole: quando parte de sua magnetização desaparece com a retirada do campo magnético. Este desaparecimento ocorre devido a não conservação da orientação magnética dos átomos individuais. As paredes do domínio retornam depois do campo ser removido, desorganizando a orientação magnética. Consequentemente, os materiais magneticamente moles possuem alta permeabilidade inicial e baixa coercividade. Os materiais magneticamente macios são utilizados, sobretudo em aplicações onde existam campos magnéticos alternados e as perdas de energia devem ser minimizadas como em transformadores.

 Magneto duro: quando sua magnetização é permanente, sua função é criar um campo magnético fixo numa certa região do espaço, sem a necessidade de uma corrente. Os materiais magneticamente duros são utilizados em ímãs permanentes e podem ainda ser usados em campainhas, alto falantes, relés, rotores em motores elétricos, etc. Em termos de comportamento de histerese um material magnético duro possui remanência, coercividade e densidade de fluxo elevada, bem como uma baixa permeabilidade inicial e grandes perdas de energias por histerese.

 Magnetos permanentes: são produzidos com elementos do grupo das terras raras pelo processo de metalurgia do pó e fornecem uma alta energia por unidade de volume (Callister, 2007).

 Magnetos intermediários: são materiais com características intermediárias entre magnetos moles e duros (Resende, 1996).

Geralmente o que diferencia um material duro de um material mole é a sua coercividade, que é a capacidade do material resistir à desmagnetização pela ação do seu próprio campo desmagnetizante ou por campos desmagnetizantes aplicados externamente, Figura 2.22.

Figura 2.22 - Curva de histerese de magnetos duros e moles. Fonte: (Callister, 2007).

Para um material que apresenta alta força coerciva ele deve possuir alta anisotropia magnética, ou seja, este fenômeno as amostras apresentam uma certa preferência para magnetizar numa determinada direção, Figura 2.23.A saturação magnética se alcança quando acaba o processo de crescimento dos domínios e os momentos magnéticos de todas as regiões imantadas espontaneamente estão na mesma direção do campo.

Figura 2.23 - Direção de magnetização: fácil, média e difícil para os cristais de ferro, níquel e cobalto. Fonte: (Callister, 2007).