- Permeabilidade magnética do vácuo
- Solenóide no vácuo
- Tabela de permeabilidade magnética
- Permeabilidade relativa
- Materiais e sua permeabilidade
- Análise de tabela
- Referências
A permeabilidade magnética é a quantidade física da propriedade da matéria em gerar seu próprio campo magnético, quando é permeada por um campo magnético externo.
Ambos os campos: o externo e o próprio, são sobrepostos dando um campo resultante. A o, independente do material, campo externo é chamada a força do campo magnético H, enquanto que a sobreposição do campo exterior mais o material é induzida na indução magnética B.
Figura 1. Solenóide com núcleo de material de permeabilidade magnética μ. Fonte: Wikimedia Commons.
Quando se trata de materiais homogêneos e isotrópicos, os campos H e B são proporcionais. E a constante de proporcionalidade (escalar e positiva) é a permeabilidade magnética, denotada pela letra grega μ:
B = μ H
No SI International System, a indução magnética B é medida em Tesla (T), enquanto a intensidade do campo magnético H é medida em Ampères por metro (A / m).
Uma vez que μ deve garantir homogeneidade dimensional na equação, a unidade de μ no sistema SI é:
= (Tesla ⋅ metro) / Ampere = (T ⋅ m) / A
Permeabilidade magnética do vácuo
Vamos ver como os campos magnéticos, cujos valores absolutos denotamos por B e H, são produzidos em uma bobina ou solenóide. A partir daí, o conceito de permeabilidade magnética do vácuo será introduzido.
O solenóide consiste em um condutor enrolado em espiral. Cada volta da espiral é chamada de volta. Se a corrente é passada através do i solenóide, então temos um eletroímã que produz um campo magnético B.
Além disso, o valor da indução magnética B é maior à medida que a corrente i é aumentada. E também quando a densidade de espiras n aumenta (número N de espiras entre o comprimento d do solenóide).
O outro fator que afeta o valor do campo magnético produzido por um solenóide é a permeabilidade magnética μ do material que está dentro dele. Finalmente, a magnitude do referido campo é:
B = μ. i.n = μ. em um)
Conforme afirmado na seção anterior, a intensidade do campo magnético H é:
H = i. (N / d)
Este campo de magnitude H, que depende apenas da corrente circulante e da densidade de voltas do solenóide, "permeia" o material de permeabilidade magnética μ, fazendo com que fique magnetizado.
Em seguida, um campo total de magnitude B é produzido, que depende do material que está dentro do solenóide.
Solenóide no vácuo
Da mesma forma, se o material dentro do solenóide for vácuo, então o campo H "permeia" o vácuo produzindo um campo resultante B. O quociente entre o campo B no vácuo e o H produzido pelo solenóide define a permeabilidade do vácuo., cujo valor é:
μ o = 4π x 10 -7 (T⋅m) / A
Acontece que o valor anterior era uma definição exata até 20 de maio de 2019. A partir dessa data, foi feita uma revisão do Sistema Internacional, o que leva a μ ou ser medido experimentalmente.
No entanto, as medições feitas até agora indicam que este valor é extremamente preciso.
Tabela de permeabilidade magnética
Os materiais têm uma permeabilidade magnética característica. Agora, é possível encontrar a permeabilidade magnética com outras unidades. Por exemplo, vamos pegar a unidade de indutância, que é Henry (H):
1H = 1 (T * m 2) / A.
Comparando esta unidade com a que foi dada no início, verifica-se que existe uma semelhança, embora a diferença seja o metro quadrado que Henry possui. Por este motivo, a permeabilidade magnética é considerada uma indutância por unidade de comprimento:
= H / m.
A permeabilidade magnética μ está intimamente relacionada a outra propriedade física dos materiais, chamada de susceptibilidade magnética χ, que é definida como:
μ = μ ou (1 + χ)
Na expressão anterior μ o, é a permeabilidade magnética do vácuo.
O χ susceptibilidade magnética é a proporcionalidade entre o campo externo H e a magnetização do material M.
Permeabilidade relativa
É muito comum expressar a permeabilidade magnética em relação à permeabilidade do vácuo. É conhecido como permeabilidade relativa e nada mais é do que o quociente entre a permeabilidade do material e a do vácuo.
De acordo com esta definição, a permeabilidade relativa é sem unidade. Mas é um conceito útil para classificar materiais.
Por exemplo, os materiais são ferromagnéticos, desde que sua permeabilidade relativa seja muito maior do que a unidade.
Da mesma forma, as substâncias paramagnéticas têm permeabilidade relativa logo acima de 1.
E, finalmente, os materiais diamagnéticos têm permeabilidades relativas logo abaixo da unidade. A razão é que eles ficam magnetizados de tal forma que produzem um campo que se opõe ao campo magnético externo.
Vale ressaltar que os materiais ferromagnéticos apresentam um fenômeno conhecido como "histerese", em que guardam a memória dos campos previamente aplicados. Em virtude dessa característica, eles podem formar um ímã permanente.
Figura 2. Memórias magnéticas de ferrite. Fonte: Wikimedia Commons
Devido à memória magnética dos materiais ferromagnéticos, as memórias dos primeiros computadores digitais eram pequenos toróides de ferrite percorridos por condutores. Lá eles salvaram, extraíram ou apagaram o conteúdo (1 ou 0) da memória.
Materiais e sua permeabilidade
Aqui estão alguns materiais, com sua permeabilidade magnética em H / m e sua permeabilidade relativa entre parênteses:
Ferro: 6,3 x 10 -3 (5000)
Ferro cobalto: 2,3 x 10 -2 (18000)
Ferro-níquel: 1,25 x 10 -1 (100.000)
Manganês-zinco: 2,5 x 10 -2 (20000)
Aço carbono: 1,26 x 10 -4 (100)
Ímã de neodímio: 1,32 x 10 -5 (1,05)
Platina: 1,26 x 10 -6 1.0003
Alumínio: 1,26 x 10 -6 1.00002
Ar 1,256 x 10 -6 (1,0000004)
Teflon 1,256 x 10 -6 (1,00001)
Madeira seca 1,256 x 10 -6 (1,0000003)
Cobre 1,27 x10 -6 (0,999)
Água pura 1,26 x 10 -6 (0,9999992)
Supercondutor: 0 (0)
Análise de tabela
Observando os valores desta tabela, pode-se observar que existe um primeiro grupo com permeabilidade magnética em relação ao vácuo com valores elevados. São materiais ferromagnéticos, muito adequados para a fabricação de eletroímãs para a produção de grandes campos magnéticos.
Figura 3. Curvas B vs. H para materiais ferromagnéticos, paramagnéticos e diamagnéticos. Fonte: Wikimedia Commons.
Então temos um segundo grupo de materiais, com permeabilidade magnética relativa logo acima de 1. Esses são os materiais paramagnéticos.
Então você pode ver materiais com permeabilidade magnética relativa logo abaixo da unidade. Estes são materiais diamagnéticos, como água pura e cobre.
Finalmente, temos um supercondutor. Supercondutores têm permeabilidade magnética zero porque exclui completamente o campo magnético dentro deles. Supercondutores não são adequados para uso no núcleo de um eletroímã.
No entanto, eletroímãs supercondutores são frequentemente construídos, mas o supercondutor é usado no enrolamento para estabelecer correntes elétricas muito altas que produzem altos campos magnéticos.
Referências
- Dialnet. Experimentos simples para encontrar a permeabilidade magnética. Recuperado de: dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 6. Eletromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB). 215-221.
- Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º Ed Prentice Hall. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6ª edição resumida. Cengage Learning. 233.
- Youtube. Magnetismo 5 - Permeabilidade. Recuperado de: youtube.com
- Wikipedia. Campo magnético. Recuperado de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Permeabilidade (Eletromagnetismo). Recuperado de: en.wikipedia.com