Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Materiais Magnéticos e Histerese


O magnetismo é um dos tópicos mais fascinantes da física, profundamente entrelaçado com a teoria eletromagnética. As principais características do magnetismo incluem o conceito de matéria magnética e histerese. Esses fenômenos não são apenas interessantes do ponto de vista teórico, mas também desempenham um papel importante em aplicações práticas, como transformadores, motores elétricos e dispositivos de armazenamento de dados.

Materiais Magnéticos

Materiais magnéticos são aqueles que são afetados por campos magnéticos. Eles podem ser classificados em várias categorias com base em suas propriedades magnéticas: materiais diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos e ferrimagnéticos. Cada um desses materiais reage de maneira diferente a um campo magnético externo, dependendo de sua estrutura atômica e configuração eletrônica.

Material Diamagnético

Materiais diamagnéticos são aqueles que são ligeiramente repelidos por campos magnéticos. Nessas substâncias, os momentos magnéticos dos átomos estão alinhados de forma que se anulam completamente. Como resultado, não há momento magnético líquido dentro da substância. Exemplos incluem bismuto, cobre e ouro. Quando colocados em um campo magnético, os materiais diamagnéticos criam um campo magnético induzido na direção oposta, causando um efeito repelente fraco.

Material Paramagnético

Materiais paramagnéticos são fracamente atraídos por campos magnéticos. Nesses materiais, os momentos magnéticos atômicos não se anulam completamente, resultando em algum magnetismo líquido. Materiais paramagnéticos geralmente possuem elétrons desemparelhados. Quando colocados em um campo magnético, esses materiais tornam-se magnetizados na direção do campo aplicado, embora esse efeito desapareça rapidamente quando o campo é removido. Exemplos são alumínio, platina e manganês.

Materiais Ferromagnéticos

Materiais ferromagnéticos exibem fortes propriedades magnéticas. Nessas substâncias, os momentos magnéticos dos átomos estão alinhados paralelamente uns aos outros em domínios devido à força de troca, resultando em uma forte magnetização líquida. Exemplos comuns incluem ferro, cobalto e níquel. Os materiais ferromagnéticos retêm sua magnetização mesmo quando o campo externo é removido. Isso os torna muito úteis para a fabricação de ímãs permanentes.

Materiais Antiferromagnéticos e Ferrimagnéticos

Materiais antiferromagnéticos têm uma ordem única de momentos magnéticos. Nessas substâncias, átomos adjacentes têm momentos magnéticos que são iguais em magnitude, mas opostos em direção, cancelando-se mutuamente e resultando em nenhuma magnetização macroscópica líquida. Um exemplo de materiais antiferromagnéticos é o óxido de manganês (MnO).

Materiais ferrimagnéticos assemelham-se aos antiferromagnéticos em sua disposição ordenada de momentos magnéticos, mas diferem porque os momentos não se anulam perfeitamente. Isso resulta em alguma magnetização líquida. Um exemplo de material ferrimagnético é a magnetita (Fe₃O₄).

Histerese

Um dos conceitos mais importantes ao lidar com materiais ferromagnéticos é a histerese. A histerese descreve o atraso entre a mudança na magnetização do material e o campo magnético externo aplicado. Isso pode ser visualizado como um loop que ocorre em um gráfico de campo magnético (H) versus magnetização (B), conhecido como loop de histerese. Compreender a histerese é importante para desenvolver e otimizar dispositivos eletrônicos que dependem de materiais magnéticos.

Principais características do loop de histerese

  • Coercividade: O campo H necessário para trazer o campo B a zero (desmagnetizar o material) após ele ter sido magnetizado.
  • Remanência: A quantidade de magnetismo restante em um material após a remoção do campo magnético externo.
  • Magnetização de saturação: A extensão máxima à qual um material pode ser magnetizado.

Fórmulas e princípios básicos

A compreensão básica de materiais magnéticos e histerese envolve várias equações e conceitos essenciais. A relação entre a indução magnética B e o campo magnético H, assim como a permeabilidade magnética do material µ, pode ser expressa como:

B = µH

Para um material linear, a relação entre B e H pode ser caracterizada por uma permeabilidade magnética constante, µ. No entanto, em materiais ferromagnéticos, devido à histerese, a relação é tipicamente não linear e dependente do caminho.

Aplicações Teóricas

Materiais magnéticos e histerese são princípios fundamentais para muitas tecnologias modernas. Por exemplo, a histerese é um fator chave no design de transformadores e motores elétricos eficientes. Compreender como os materiais reagem a campos magnéticos ajuda engenheiros a minimizar perdas de energia devido à histerese.

Exemplos práticos e importância

Por exemplo, no armazenamento de dados, o magnetismo permite a gravação de informações em um disco rígido. Aqui, as propriedades magnéticas da superfície do disco permitem o armazenamento de informações binárias. Cada pequena área do disco é magnetizada em uma direção particular para representar '0' ou '1'. Ler esta informação é uma questão de reconhecer o padrão magnético.

Nos sistemas de energia, transformadores operam com base em princípios magnéticos e são projetados para otimizar a transferência de energia elétrica com perdas mínimas. Compreender o efeito de histerese ajuda a conhecer as propriedades materiais adequadas para a fabricação desses componentes críticos, enquanto minimiza as perdas de energia devido a ciclos de magnetização e desmagnetização repetidos.

Visualizando magnetismo e histerese com analogias do mundo real

Considere um portão de jardim que range quando girado. Assim como o atrito e o desgaste nas partes da dobradiça limitam a liberdade com que ele pode girar, a histerese insere uma espécie de "lacuna de atrito" no comportamento de alinhamento dos momentos magnéticos atômicos quando a força magnética externa é revertida ou reduzida.

Isso pode ser simplificado ainda mais: imagine que você está empurrando o balanço de uma criança. Quando você solta, ele não para de balançar imediatamente. A mesma coisa acontece em materiais magnéticos durante a histerese. Eles retêm alguma memória de seu "estado" ou condição anterior, mesmo quando a força externa é removida.

Conclusão

O magnetismo é um aspecto fundamental tanto da natureza quanto da tecnologia. Uma compreensão abrangente de materiais magnéticos e histerese não só enriquece nosso conhecimento de física, mas também nos permite usar esses conceitos em aplicações práticas. Através de visualizações, analogias do mundo real e dos fundamentos abordados, podemos apreciar as propriedades magnéticas inerentes dos materiais e usá-las de forma mais eficaz. De simples bússolas a dispositivos de armazenamento avançados, o magnetismo permanece uma pedra angular em nossa busca para inovar e entender o universo.


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Materiais Magnéticos e Histerese

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