Explicando A Matéria: Histerese Magnética

        O Explicando a Matéria dessa semana, traz o conceito de histerese magnética, uma tendência que alguns materiais apresentam de conservar a magnetização, mediante a aplicação de um campo magnético externo. O comportamento da curva permite avaliar a classificação do material e sua aplicação.

        Os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, que estejam em uma temperatura abaixo de Tc, são compostos por regiões de pequeno volume chamados domínios, separados por contornos, onde os momentos de dipolo magnéticos, de cada região, estão alinhados em uma mesma direção. A magnitude do campo M para o sólido como um todo é a soma vetorial das magnetizações de todos os domínios, de acordo com a sua fração volumétrica.
        Em um material não magnetizado, a aplicação de um campo magnético externo H, promove a sua magnetização e o surgimento de uma densidade de fluxo magnético B. Essa curva parte da origem, e conforme H aumenta, o campo B aumenta lentamente, e então mais rapidamente, até atingir o ponto Bs, no qual a magnetizão correspondente é a magnetização de saturação Ms. O aspecto da curva está relacionado com os domínios, inicialmente em direções aleatórias, e conforme o campo H é aplicado, ocorre a mudança de forma e de tamanho das regiões cuja a orientação é favorável ao campo. O aumento desses domínios se dá pela movimentação os contornos, no qual a resistência dessas fronteiras está relacionada com a permeabilidade magnética do material, que depende do campo magnético aplicado. A saturação é atingida quando esse domínio se torna único e por meio de rotação, orienta-se perfeitamente com o campo externo.
        A partir da saturação S, à medida que o campo externo é reduzido, a curva não retorna seguindo o seu traçado original, de forma que é produzido um efeito de histerese, no qual o campo B se defasa em relação ao campo H aplicado. Quando H é nulo, existe um campo residual, denominado densidade do fluxo remanescente Br, no qual o material permanece magnetizado na ausência de um campo externo, o que ocorre devido aos domínios alinhados anteriormente. Com a inversão da direção do campo a partir da saturação, o processo pelo qual a estrutura do domínio varia é invertido, formando domínios que apresentam momentos magnéticos alinhados com o novo campo, os quais crescem à custa dos domínios originais. Para reduzir a densidade de fluxo B do material a zero, um campo com magnitude -Hc (campo coercivo) deve ser aplicado no sentido oposto ao campo original. Com o aumento do campo no sentido contrário, obteremos a saturação do material S'. Uma segunda inversão do campo externo até o ponto de saturação incial S, produzirá também uma remanescência negativa -Br, além da coercividade positiva Hc, fechando o ciclo de histerese do material.
        A área interna do ciclo de histerese representa a perda de energia magnética por unidade de volume, esta que se manifestará na forma de calor podendo elevar a temperatura do material. De acordo com o comportamento da curva é possível classificar os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, em materiais moles (soft) e materiais duros (hard). Os materiais moles são materiais fáceis de serem desmagnetizados, que apresentam uma curva de histerese estreita, além de atingir a saturação com campos relativamente baixos, tendo campo coercivo pequeno. Já os materiais duros são de difícil desmagnetização, com uma área interna do ciclo de histerese maior e com um elevado campo coercivo e remanescente.

Fonte e equações: CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.