Histerese magnética

Física

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Histerese magnética é a tendência que os materiais ferromagnéticos apresentam para conservar a magnetização adquirida por eles mediante a aplicação de um campo magnético externo. O termo histerese é de origem grega e significa “atraso”.

Alguns materiais podem apresentar diferentes níveis de histerese, ou seja, são capazes de manter parte da orientação dos domínios magnéticos em seu interior mesmo após cessar o campo magnético externo, comumente gerado a partir de uma corrente elétrica que circula por um solenoide.
 

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Como funciona a histerese magnética?

A histerese magnética é feita controlando-se a intensidade e a direção de um campo magnético externo que atravessa um material ferromagnético. Esse campo magnético externo, geralmente denotado pelo símbolo H, faz com que os domínios magnéticos, que são regiões microscópicas no interior do material, alinhem os dipolos magnéticos dos átomos com o campo magnético externo. O alinhamento desses pequenos domínios magnéticos produz um campo magnético resultante não nulo, induzido no interior do material.

Ciclo de histerese magnética

Observe na figura a seguir a relação entre o campo magnético externo (horizontal), denotado pela letra H, e o campo magnético interno (direção vertical), denotado pela letra B, que é induzido no interior de um material ferromagnético.

Ciclo de histerese – imagem principal
Ciclo de histerese – imagem principal

A partir da origem do gráfico, aumenta-se gradualmente a intensidade do campo magnético externo H. Desse modo, o material apresenta cada vez mais domínios magnéticos alinhados, atingindo assim a máxima magnetização no ponto A — o ponto em que ocorre a saturação da curva de magnetização.

Após a saturação do campo magnético interno, diminui-se gradualmente o campo magnético externo, entretanto a curva de magnetização percorre um caminho diferente, uma vez que uma parte dos domínios magnéticos mantém-se na mesma direção mesmo quando o campo externo H é nulo, como se vê no ponto B. O campo magnético que permanece no material após o campo magnético cessar é chamado de campo remanente.

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Entre os pontos B e C, o sentido da corrente elétrica que percorre o solenoide é invertido, consequentemente o sentido do campo magnético externo também se inverte. À medida que o campo H aumenta no sentido oposto ao sentido da magnetização inicial, o material torna-se cada vez mais desmagnetizado.

A desmagnetização completa do material só ocorre no ponto C – nesse ponto, é possível medir qual deve ser a intensidade do campo magnético externo para que o material perca sua magnetização, e esse campo é chamado de campo coercitivo.

A partir do ponto D, se continuarmos a aumentar a intensidade do campo externo, o material se magnetizará novamente, mas terá seus polos invertidos em relação ao ponto A. Diminuindo-se novamente o campo externo, o material terá seu campo magnético interno reduzido ao campo remanente no ponto E. Contudo, esse campo remanente terá sentido oposto àquele medido no ponto B.

No ponto F o material encontra-se novamente desmagnetizado, mas, se continuarmos a aumentar a intensidade do campo H, os domínios magnéticos se alinharão mais uma vez, de modo que o material retornará ao estado de saturação, no ponto A.

É importante ressaltar que, durante o ciclo de histerese, uma parte da energia que é transferida pelo campo magnético externo é usada para orientar os domínios magnéticos, e a outra parte dessa energia é dissipada na forma de um aumento na energia térmica, uma vez que a rotação dos dipolos magnéticos ocorre em meio ao atrito entre as moléculas. Essa energia dissipada, por sua vez, é proporcional à área formada pelas curvas do ciclo de histerese – quanto maior é essa área, maior é a quantidade de calor que é perdida para o meio externo.

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Aplicações tecnológicas da histerese magnética

A histerese magnética é utilizada para a gravação de dados em fitas, cartões magnéticos ou em discos rígidos, como aqueles utilizados para o armazenamento de dados na maior parte dos computadores modernos.

Quanto maior é a coercividade de um material, maior é a sua resistência à desmagnetização, ou seja, maior deve ser a intensidade do campo magnético externo para anular a magnetização do material. Materiais altamente coercitivos são interessantes para aplicações eletrônicas, uma vez que nessas aplicações é necessário que a informação armazenada não seja facilmente destruída quando exposta a um campo magnético externo.

Como foi dito, materiais cujos ciclos de histerese apresentam grandes áreas dissipam grandes quantidades de calor, por isso podem ser usados para aquecer rapidamente, como fazem as panelas de ferro ou aço quando usadas em fogões de indução, por exemplo.

Para produção de ímãs permanentes, por exemplo, são utilizados materiais capazes de manter sua magnetização, isto é, que apresentam alta magnetização remanente. Na produção dos ímãs artificiais, por sua vez, deseja-se que o material se magnetize facilmente, mas que não mantenha essa magnetização depois de cessado o campo magnético externo.

De acordo com a aplicação tecnológica desejada, diferentes materiais, com diferentes ciclos de histerese, podem ser utilizados. Alguns deles apresentam laços mais fechados, enquanto outros podem apresentar ciclos mais pronunciados na direção vertical, por exemplo.

 

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Histerese magnética"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-histerese-magnetica.htm. Acesso em 26 de novembro de 2020.