O que é um Ferromagnet?

Os materiais ferromagnéticos geralmente são baseados no elemento ferro e representam um dos três tipos de magnetismo encontrados na natureza, distintos do diamagnetismo e paramagnetismo. As principais características dos ferromagnetos são que eles exibem um campo magnético natural na ausência deste primeiro sendo imposto à substância por uma fonte externa de campo magnético, e o campo é, para todos os efeitos, permanente. Os materiais diamagnéticos, por outro lado, exibem um campo magnético fraco e induzido que é diretamente oposto ao presente no ferro. Os materiais paramagnéticos incluem metais de alumínio e platina, que também podem ser induzidos a ter um leve campo magnético, mas perdem rapidamente o efeito quando o campo indutor é removido.

O material mais comum na natureza que exibe propriedades ferromagnéticas é o ferro, e essa qualidade é conhecida há mais de 2.000 anos. Outras terras raras também podem exibir ferromagnetismo, como gadolínio e disprósio. Metais que atuam como ligas ferromagnéticas incluem cobalto ligado com samariam ou neodímio.

O campo magnético em um ferro-ímã é centrado em regiões atômicas onde os spins dos elétrons são alinhados em paralelo entre si, conhecidos como domínios. Esses domínios são fortemente magnéticos, ainda que aleatoriamente espalhados por todo o material, o que lhe confere um magnetismo natural fraco ou neutro. Ao tomar tais campos naturalmente magnéticos e expô-los a uma fonte magnética externa, os próprios domínios se alinham e o material retém um campo magnético uniforme, forte e duradouro. Esse aumento no magnetismo geral de uma substância é conhecido como permeabilidade relativa. A capacidade do ferro e das terras raras de reter esse alinhamento de domínios e magnetismo geral é conhecida como histerese.

Enquanto um ferro-ímã retém seu campo quando o campo magnético de indução é removido, ele é retido apenas com uma fração da força original ao longo do tempo. Isso é conhecido como remanência. A remanência é importante no cálculo da força dos ímãs permanentes baseados no ferromagnetismo, onde são usados ​​em dispositivos industriais e de consumo.

Outra limitação de todos os dispositivos de ferro-ímã é que a propriedade do magnetismo é completamente perdida em uma certa faixa de temperatura conhecida como temperatura de Curie. Quando a temperatura do Curie é excedida para um ferro-ímã, suas propriedades mudam para a de um para-ímã. A lei Curie de suscetibilidade paramagnética usa a função Langevin para calcular a alteração nas propriedades ferromagnéticas para paramagnéticas em composições de materiais conhecidas. A mudança de um estado para outro segue uma curva previsível, crescente, em forma de parabólica, à medida que a temperatura aumenta. Essa tendência para o ferromagnetismo enfraquecer e eventualmente desaparecer à medida que a temperatura aumenta é conhecida como agitação térmica.

O zumbido elétrico ouvido em um transformador sem partes móveis é devido à utilização de um ferro-ímã e é conhecido como magnetostrição. Esta é uma resposta do ferro-ímã ao campo magnético induzido criado pela corrente elétrica fornecida ao transformador. Este campo magnético induzido faz com que o campo magnético natural da substância mude ligeiramente de direção para se alinhar com o campo aplicado. É uma resposta mecânica no transformador à corrente alternada (CA), que alterna geralmente em ciclos de 60 hertz ou 60 vezes por segundo.

A pesquisa avançada usando propriedades de ferro-ímã tem várias aplicações potenciais interessantes. Na astronomia, um líquido ferromagnético está sendo projetado como uma forma de espelho líquido que pode ser mais suave que os espelhos de vidro e criada por uma fração do custo de telescópios e sondas espaciais. A forma do espelho também pode ser alterada alternando-se os atuadores de campo magnético em ciclos de um quilohertz.

O ferromagnetismo também foi descoberto em conjunto com a supercondutividade nas pesquisas em andamento realizadas em 2011. Um composto de níquel e bismuto, Bi ₃ Ni, projetado na escala nanométrica, ou um bilionésimo de metro, exibe propriedades diferentes das do mesmo composto em amostras maiores. As propriedades do material nessa escala são únicas, pois o ferromagnetismo geralmente cancela a supercondutividade e seus usos potenciais ainda estão sendo explorados.

A pesquisa alemã sobre semicondutores construídos sobre um ferro-magneto envolve o composto arsênico de manganês de gálio, GaMnAs. Sabe-se que este composto tem a temperatura Curie mais alta do que qualquer semicondutor de ferro-ímã, de 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Tais compostos estão sendo pesquisados ​​como um meio de ajustar dinamicamente a condutividade elétrica dos supercondutores.