Docsity
Docsity

Prepare-se para as provas
Prepare-se para as provas

Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity


Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos para baixar

Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium


Guias e Dicas
Guias e Dicas

Características do Materiais Magnéticos - Ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Materiais Magnéticos

Tipologia: Notas de estudo

2015

Compartilhado em 04/03/2015

fernando-gromiko-7
fernando-gromiko-7 🇧🇷

5

(1)

2 documentos

1 / 17

Documentos relacionados


Pré-visualização parcial do texto

Baixe Características do Materiais Magnéticos - Ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR Conversão de Energia Características dos Materiais Magnéticos Professor Eng.º Eletricista Prof. Dr. José Ezequiel Ramos Acadêmico Fernando Gromiko Porto Velho – RO Fevereiro – 2015 Conversão de Energia Características dos Materiais Magnéticos CONVERSÃO DE ENERGIA Trabalho desenvolvido para cumprimento e obtenção de nota, na disciplina de Conversão de Energia com a orientação do Eng.º Eletricista Prof. Dr. José Ezequiel Ramos – Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Rondônia - UNIR. Porto Velho – RO Fevereiro – 2015 5 1 – Introdução Os fenômenos magnéticos foram, talvez, os primeiros a despertar a curiosidade da humanidade sobre o interior da matéria. Os mais antigos relatos de experiências com a 'força misteriosa' da magnetita (𝐹3𝑂4), o ímã natural, são atribuídos aos gregos e datam de 800 a.C. A primeira utilização prática do magnetismo foi a bússola, inventada pelos chineses na dinastia Han, em 200 d.C., e baseada na propriedade que uma agulha magnetizada tem de se orientar na direção do campo magnético terrestre. A bússola foi empregada em navegação pelos chineses em 900 d.C., mas só foi descoberta e usada pelo mundo ocidental a partir do século 15 (KNOBEL – Ciencias Hoje: Aplicações do Magnetismo). Os materiais podem ser classificados, de acordo com as suas propriedades magnéticas, em três tipos: ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos. Os materiais elétricos ou, de modo mais preciso, os matérias usados em eletricidade, são basicamente classificados sob dois pontos de vista: a) o elétrico, em matérias condutores, semicondutores e isolantes; b) o magnético, em materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos. Os matérias condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se destacam: condutividade ou resistividade elétricas, coeficientes de temperatura, condutividade térmica, potencial de contato e força temoelétrica, comportamento mecânico (SCHIMIDT, Materiais Elétricos – Condutores e Semicondutores, 2010). Os materiais podem pertencer magneticamente ao grupo dos materiais ferromagnéticos, diamagnéticos ou paramagnéticos. Não Resta dúvida de que, nas aplicações elétricas, o interesse predominante é o dos materiais ferromagnéticos (SCHIMIDT, Materiais Elétricos - Isolantes e Magnéticos, 2010). O trabalho a seguir apresenta as principais características dos materiais paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos, com especial ênfase neste último devido a sua vasta importância para a Engenharia Elétrica. 6 2 – Natureza dos Materiais Magnéticos Os campos magnéticos veem de cargas em movimento. Uma carga elétrica cria um campo elétrico quer esteja em repouso ou em movimento. Entretanto o campo magnético só é gerado a partir de cargas elétricas em movimento. Estas cargas em movimento se encontram nos átomos que constituem o material dos ímãs. Em geral, podemos usar a Suscetibilidade Magnética 𝑿𝒎 ou a Permeabilidade Magnética 𝝁𝒓, para classificar os materiais em termos de suas propriedades magnéticas ou de seu comportamento magnético. Um material é dito não-magnético se 𝑋𝑚 = 0 (ou 𝜇𝑟 = 1 ). Ele é magnético se isso não se verificar. Espaço livre, ar e materiais com 𝑋𝑚 = 0 (ou 𝜇𝑟 = 1 ) são considerados não magnéticos (SADIKU, 2004). 2.1 – Suscetibilidade Magnética 𝑿𝒎 Em eletromagnetismo a susceptibilidade magnética (designada por 𝑋𝑚) mensura a capacidade que tem um material em magnetizar-se sob a ação de uma estimulação magnética - de um campo magnetizante - ao qual este é submetido. Denomina-se suscetibilidade magnética a grandeza adimensional da razão entre a Magnetização M sobre a Intensidade do Campo Magnético H: A magnetização consiste em tornar magneticamente ativas substâncias de qualidades ferromagnéticas. Estão neste caso os aços e algumas ligas que só após tratamento adequado podem exibir tais propriedades, a figura 1 a seguir ilustra um processo de magnetização: Figura 1 - Ilustração do processo de magnetização. 𝑋𝑚 = 𝑀 𝐻 (1) 7 As substâncias ferromagnéticas são fortemente atraídas pelos ímãs. Já as substâncias paramagnéticas e diamagnéticas são, na maioria das vezes, denominadas de substâncias não magnéticas, pois seus efeitos são muito pequenos quando sobre a influência de um campo magnético. A figura 2, a seguir mostra a relação das propriedades magnéticas em relação à susceptibilidade magnética. Figura 2 - Propriedades dos materiais em termos da susceptibilidade magnética. 2.2 – Permeabilidade Magnética 𝝁 A permeabilidade magnética mensura o campo magnético no interior de um material - devido ao campo magnetizante H pré-existente na região onde o material é colocado bem como à magnetização por este induzida no material - em relação ao próprio campo magnetizante H em questão. A permeabilidade magnética do material, ou permeabilidade relativa 𝜇𝑟 pode ser calculado: 𝜇𝑟 = 𝜇 𝜇0 (2) ou ainda: 10 Tabela 1 - Materiais e suas respectivas temperaturas de Curie. Fonte: Sadiku 4.0 – Ferromagnetismo Os materiais ferromagnéticos são muito úteis na prática. De forma distinta dos materiais diamagnéticos e dos paramagnéticos, os materiais ferromagnéticos têm as seguintes propriedades: a) são capazes de serem magnetizados fortemente por um campo magnético; 11 b) retêm um grau considerável de magnetização quando retirados do campo; c) perdem suas propriedades ferromagnéticas e tornam-se materiais paramagnéticos lineares quando a temperatura fica acima de uma certa temperatura conhecida como temperatura de Curie. Portanto, se um ímã permanente for aquecido acima de sua temperatura de Curie (1043 K para o ferro ver Tabela 1), ele perde sua magnetização por completo; d) são não lineares, isto é, a relação constitutiva 𝑩 = 𝜇0𝜇𝑟𝑯 não se verifica para materiais ferromagnéticos porque 𝜇𝑟 depende de B e não pode ser representado por um único valor. Embora 𝑩 = 𝜇0(𝑯 + 𝑴) seja válida para todos os materiais, inclusive os ferromagnéticos, a relação entre 𝑩 e 𝑯 depende da magnetização prévia do material ferromagnético, isto é, sua “história magnética “. Ao invés de termos uma relação linear entre B e H (isto é, 𝑩 = 𝜇𝑯), somente é possível representar esta relação pela curva de magnetização ou curva B-H. 4.1 – Curva B-H – Curva de Histerese Se assumirmos que o material ferromagnético, está inicialmente desmagnetizado, à medida que H aumenta (devido ao aumento da corrente) figura 4, de O até a máxima intensidade de campo aplicado 𝐻𝑚á𝑥, aa curva 𝑂𝑃 vai sendo gerada. Essa curva é refereida como curva virgem ou curva inicial de magnetização. Figura 4 – Curva de Magnetização (B-H). 12 Após alcançar a saturação em P, se H diminuir, B não segue a curva inicial, mas se atrasa em relação à H. Esse fenômeno de B se atrasar em relação à H é denominado histerese (que significa “atraso” em grego). Se H for reduzido a zero, B não é reduzido a zero, mas a 𝐵𝑟, que é referido como a densidade de fluxo remanente ou remanescente. O valor de 𝐵𝑟 depende de 𝐻𝑚á𝑥, a intensidade de campo máxima aplicada. A existência de 𝐵𝑟é a causa de termos ímãs permanentes. Se H cresce negativamente (ao inverter o sentido da corrente), B torna-se zero quando 𝐻 torna-se 𝐻𝑐, que é conhecida como intensidade de campo coercitiva. Materiais para os quais 𝐻𝑐 é pequeno são ditos magneticamente macios. O valor de 𝐻𝑐 depende de 𝐻𝑚á𝑥. Nas aplicações em corrente alternada a 60Hz, o material é magnetizado e desmagnetizado 60 vezes por segundo. A variação do fluxo gera perdas magnéticas devidas principalmente à histerese e às correntes de Foucault. O valor relativo dessas perdas depende da composição do material. A microestrutura têm muita influência nas perdas de histerese enquanto que a resistividade e a espessura têm influência muito grande nas perdas pelas correntes parasitas (BOYLESTAD, 2004). 5 – Considerações Finais Se um material não magnético, como vidro ou cobre for colocado na região das linhas de campo de um ímã, haverá uma imperceptível alteração na distribuição das linhas de campo. Os materiais não magnéticos, em geral, são transparentes ao fluxo magnético, isto é, seu efeito sobre as linhas de fluxo magnético é semelhante à do vácuo ou do ar. Entretanto, se um material magnético, como o ferro, for colocado na região das linhas de campo de um ímã, estas passarão através do ferro em vez de se distribuírem no ar ao seu redor porque elas se concentram com maior facilidade nos materiais magnéticos. Portanto, um material na proximidade de um ímã pode alterar a distribuição das linhas de campo magnético. Se diferentes materiais com as mesmas dimensões físicas são usados a intensidade com que as linhas são concentradas varia. Esta variação se deve a uma grandeza associada aos materiais chamada Permeabilidade Magnética, μ. A Permeabilidade Magnética de um material é uma medida da facilidade com que as linhas de campo podem atravessar um dado material (MUSSOI, 2007). 15 Em dispositivos de frequência acima de 10 kHz as perdas por correntes parasitas não permitem o uso de aços e ligas metálicas. São então utilizados ferrites diversos como os hexagonais (estrutura do BaFeO19), os espinélios (MFe2O4) e as granadas (do tipo do YIG - Y3Fe5O12), nos quais ainda hoje há atividades de pesquisa básica. Para baixas frequências é utilizado ferro silício e ligas amorfas. Núcleos de Ferro-Silício: são constituídos de Si 0,25% a 4,75% e o restante de Ferro. O ferro possui as característica magnéticas, que ajudam no desempenho e o silício atua como um isolante do núcleo (PINHO, 2009). O material magnético mais utilizado na construção de núcleos tanto de indutores quanto de transformadores é a liga de Ferro-silício, os mesmos são laminados. 16 6 – Referências Bibliográficas BOYLESTAD, R. L. Introdução à Análise de Circuitos. Tradução de José L. do Nascimento. 10º. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, v. 1, 2004. Cap. 11, p. 318. ISBN 978-85-87918-18-5. GRAÇA, C. O. (s.d.). Programa de Ensino a Curta Distância. Acesso em 24 de Fev. de 1015, disponível em http://coral.ufsm.br/cograca/graca9_1.pdf HAYT, W. H. Eletromagnetismo. Tradução de Marco A. de Oliveira SCHROEDER. 8ª. ed. Porto Alegre: AMGH, v. 1, 2013. Cap. 8, p. 245. ISBN 978-85-8055-153-2. KNOBEL, M. (s.d.). Ciências Hoje - Aplicações do Magnetismo. Acesso em 23 de Fevereiro de 2015, disponível em http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2005/215/aplicacoes-do- magnetismo MUSSOI, F. L. R. Apostila de Fundamentos de Eletromagnetismo. CEFET/SC. Florianópolis, p. 20. 2007. PINHO, L. C. A. B. D. Materiais Magnéticos e suas Aplicações. FEUP. [S.l.]. 2009. Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Major Energia. SADIKU, M. N. O. Elementos do Eletromagnetismo. 3ª. ed. Porto Alegre: BOOkman, v. 1, 2004. Cap. 8, p. 298 - 299. ISBN 978-85-363-0275-1. 17 SCHIMIDT, W. Materiais Elétricos - Condutores e Semicondutores. 3. ed. [S.l.]: Blucher, v. 1, 2010. Cap. 1, p. 19. ISBN 9788521205203. SCHIMIDT, W. Materiais Elétricos - Isolantes e Magnéticos. 3ª. ed. [S.l.]: Blucher, v. 2, 2010. Cap. 1. ISBN 9788521205210.
Docsity logo



Copyright © 2024 Ladybird Srl - Via Leonardo da Vinci 16, 10126, Torino, Italy - VAT 10816460017 - All rights reserved