Principal diferença - Diamagnetismo, Paramagnetismo e Ferromagnetismo

Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo referem-se a como diferentes materiais respondem a campos magnéticos. o principal diferença entre diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo é que diamagnetismo refere-se a um tipo de magnetismo que forma-se em oposição a um campo magnético externo e desaparece quando o campo externo é removido; paramagnetismo refere-se a um tipo de magnetismo que se forma ao longo da direção de um campo magnético externo e desaparece quando o campo magnético externo é removido; ferromagnetismo refere-se a um tipo de magnetismo em materiais que se forma ao longo da direção do campo magnético externo e pode permanecer quando o campo magnético externo é removido.

Origem do magnetismo

Na mecânica quântica, os elétrons têm momentos angulares. O “momento angular” referido aqui é uma propriedade da mecânica quântica, mas pode ser considerado análogo ao momento angular na física clássica, onde os objetos têm momento angular se estiverem em movimento rotacional.

Os elétrons exibem dois tipos de momentos angulares: momento angular de rotação e momentos angulares orbitais. Momento angular de giro é uma propriedade intrínseca dos elétrons, como sua carga ou massa. Momento angular orbital é uma propriedade que os elétrons têm quando estão nos átomos. Existe um momento magnético associado a cada um desses momentos angulares. O momento magnético é uma propriedade que faz com que os elétrons experimentem uma força quando são colocados em um campo magnético.

O momento magnético (

) devido ao momento angular de rotação (

) É dado por:

Onde

e

são a carga e a massa de um elétron, respectivamente.

Da mesma forma, o momento magnético (

) devido ao momento angular orbital (

) É dado por:

O que é diamagnetismo

Todos os materiais são diamagnéticos. O diamagnetismo é o mais fraco dos três tipos diferentes de magnetismo. Portanto, se um material é paramagnético ou ferromagnético, seus efeitos diamagnéticos são mascarados por esses outros dois tipos de magnetismo. Em materiais diamagnéticos, os momentos magnéticos de cada um dos elétrons individuais no material são cancelados. Quando um material diamagnético é colocado sob um campo magnético, o material produz um campo magnético que se opõe ao campo magnético externo. Como resultado, o material é repelido pelo campo externo. Por exemplo, a figura abaixo mostra um sapo vivo que foi levado a levitar usando um forte campo magnético. Aqui, o corpo da rã exibe diamagnetismo:

Devido ao diamagnetismo, a rã produz um campo magnético que a faz repelir o campo magnético externo. Portanto, ele “flutua”.

O que é paramagnetismo

Em materiais cujos átomos têm elétrons desemparelhados, os momentos magnéticos de elétrons individuais não podem se cancelar totalmente e, portanto, os átomos ficam com um momento magnético resultante. No entanto, os momentos magnéticos dos átomos estão alinhados em direções aleatórias, de modo que o material como um todo não exibe magnetismo. No entanto, se esse material for colocado em um campo magnético externo, os momentos magnéticos de átomos individuais podem então se alinhar com o campo magnético externo, fazendo com que o material seja magnetizado. O campo magnético produzido por materiais paramagnéticos aponta na mesma direção do campo magnético externo. O material exibe magnetismo apenas enquanto estiver dentro de um campo magnético externo. Se o campo magnético externo for desligado, o material perde sua magnetização. Os materiais paramagnéticos incluem oxigênio líquido e certos metais. O vídeo abaixo demonstra a propriedade paramagnética do oxigênio líquido:

O que é Ferromagnetismo

Os átomos que compõem os materiais ferromagnéticos têm elétrons desemparelhados em seus átomos, de modo que cada átomo tem um momento magnético líquido. Os momentos magnéticos de átomos próximos tendem a ficar alinhados, criando diferentes regiões (chamadas domínios) no material, onde os momentos magnéticos devidos a átomos individuais estão alinhados. No entanto, diferentes domínios ainda podem ter seus momentos magnéticos apontando em direções diferentes. Quando um material ferromagnético é colocado dentro de um campo magnético externo, os diferentes domínios dentro dos campos magnéticos se alinham com o campo magnético externo.

Como os momentos magnéticos de diferentes domínios magnéticos se alinham com um campo magnético externo, conforme a intensidade do campo magnético externo é aumentada.

Mesmo se o campo magnético externo for removido, o material pode reter sua magnetização. Os materiais ferromagnéticos incluem ferro, cobalto, níquel e suas ligas.

Diferença entre diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo

Momentos magnéticos de átomos individuais

No diamagnético materiais, os átomos individuais não têm um momento magnético líquido.

No paramagnético e ferromagnético materiais, cada átomo tem seu próprio momento magnético.

Comportamento em campos magnéticos externos

Diamagnético os materiais alinham seus campos magnéticos na direção oposta aos campos magnéticos externos.

Paramagnético e ferromagnético os materiais alinham seus campos magnéticos na mesma direção que os campos magnéticos externos.

Retenção de magnetismo

Diamagnético e paramagnético os materiais perdem sua magnetização quando o campo magnético externo é removido.

Ferromagnético os materiais podem reter sua magnetização mesmo quando o campo magnético externo é removido.

Imagem Cortesia

“Uma rã viva levita dentro do furo vertical de Ø32mm de um solenóide Bitter em um campo magnético de cerca de 16 tesla no Laboratório de Íman de Alto Campo de Nijmegen” por Lijnis Nelemans (Wikipedia em inglês) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

“Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente…” por 4lex na Wikipedia em espanhol (Transferido de es.wikipedia para Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons