HISTERESE (284) (ALM381)

Um dos fenômenos mais importantes que observamos nos materiais magnéticos é a histerese.

A partir da descoberta de Oersted de que uma corrente elétrica pode criar um campo magnético, o estudo mais profundo do eletromagnetismo tornou-se de grande importância para o desenvolvimento de diversos dispositivos elétricos e eletrônicos tais como solenóides, eletroímãs, transformadores, etc.

Assim, para chegarmos ao ponto central deste artigo, que é a histerese, será importante revisarmos um pouco da teoria do magnetismo para que o leitor possa melhor entender os fenômenos envolvidos.

UNIDADES

Da mesma forma que em eletricidade temos diversas grandezas elétricas tais como corrente, tensão, potência e resistência, em magnetismo também temos, diferentes grandezas que precisam ser definidas e bem diferenciadas para que o leitor entenda bem os fenômenos magnéticos.

Estas grandezas são medidas normalmente em unidades diferentes, que recebem nomes dos pesquisadores que contribuíram para o desenvolvimento deste setor da Ciência tais, como Maxwell, Gauss, Oersted, Gilbert, etc.

Devemos, então, definir as seguintes grandezas:

a) Fluxo magnético:

Este termo é utilizado para expressar o número de linhas de força de um campo magnético que atravessam uma determinada área de uma superfície, conforme mostra a figura 1.

O fluxo magnético é expresso pela letra H e pode ser dado em Maxwell no sistema CGS, em Weber (Wb) no sistema internacional.

O número de linhas de força que atravessa uma superfície por unidade de área é denominado densidade de fluxo magnético, ou simplesmente fluxo magnético, é indicado pela letra B. Sua unidade é o Gauss.

Outra unidade de fluxo usada no sistema CGS é o Oersted.

b) Relutância:

A relutância pode ser considerada o equivalente magnético para a resistência: é a oposição que oferece um material ao fluxo magnético.

Podemos de uma forma mais precisa definir a relutância como ao fator de proporcionalidade que existe entre a força magnética aplicada e o fluxo que resulta desta força num material.

c) Permeabilidade:

O modo como um material reage permitindo o estabelecimento das linhas de força de um campo magnético no seu interior é denominado permeabilidade. Podemos comparar esta grandeza à condutividade elétrica dos materiais em relação à corrente.

A permeabilidade é indicada pela letra grega μ(mu). Deve-se diferenciá-la da permeância que é o inverso da relutância.

Da mesma forma que resistividade e resistência não têm o mesmo significado em Eletrodinâmica, permeabilidade é equivalente á resistividade e permeância é o equivalente da resistência.

MATERIAIS MAGNÉTICOS

Os diversos materiais reagem de formas diferentes quando imersos num campo magnético. Esta diversidade de comportamento nos permite classificá-los em dois grandes grupos: amagnéticos e magnéticos (também chamados ferromagnéticos).

Os materiais magnéticos, por sua vez, são classificados em diamagnéticos e paramagnéticos, conforme ilustra a figura 2.

Os materiais diamagnéticos têm uma permeabilidade levemente menor que a unidade (que corresponde á permeabilidade do ar) tendendo assim a resistir á indução magnética através da criação de um campo magnético oposto ao externo.

Colocando-se uma amostra de um material deste tipo num campo magnético uniforme, observe a figura 2 como as linhas do campo tendem a se dispersar.

São materiais diamagnéticos o cobre, ouro, prata, mercúrio, antimônio e o bismuto.

Os materiais paramagnéticos têm uma permeabilidade maior do que a unidade. Isso significa que colocados num campo magnético uniforme eles se magnetizam na mesma orientação do campo externo, concentrando assim as linhas de força, conforme indica a mesma figura 2.

Dentre os materiais paramagnéticos mais comuns destacamos o alumínio, magnésio, platina, cromo, etc.

Temos, finalmente, os materiais ferromagnéticos que são os mais importantes para as aplicações em diversos dispositivos eletrônicos tais como indutores, transformadores, etc.

Esses materiais se caracterizam por adquirirem um magnetismo induzido muito grande e com uma orientação que coincide com o campo magnetizante.

Possuem então uma permeabilidade que, no entanto, não é constante variando com a intensidade do campo magnetizante.

Materiais como o ferro têm permeabilidades de 2000 (dependendo da pureza) e algumas ligas podem alcançar níveis de 50 000 (50 000 vezes maior que a permeabilidade do ar).

Um fenômeno importante que ocorre com estes materiais, que em alguns casos podem reter o magnetismo transformando-se em imãs permanentes, é a magnetostrição.

Quando submetidos a um esforço mecânico eles têm sua permeabilidade alterada. Assim, se tivermos um imã, ao submetê-lo a esforços mecânicos, seu campo magnético se altera.

Esta propriedade pode ser aproveitada na construção de transdutores, tais como microfones, sensores de pressão ou de esforços mecânicos.

Um material que apresenta esta propriedade é o níquel, que apresenta uma característica de magnetostrição negativa. Isso quer dizer, que quando se aplica ao níquel uma tensão mecânica paralela ao campo magnético, a sua permeabilidade decresce em consequência, também o seu magnetismo.

Da mesma forma, se aplicarmos ao níquel um campo magnético, ele se contrairá, levemente na direção das linhas de forças, mas se expandirá no sentido transversal, veja exemplo na figura 3, mantendo deste modo constante o seu volume.