O que é Domínios e histerese? — Física

Definição 22.8 Física universitária — 3.º ano · Capítulo 22 — Eletromagnetismo na matéria

Um bloco bruto de ferro não está magnetizado: ele se estilhaça em domínios, regiões da escala do micrômetro, cada uma plenamente magnetizada, mas apontando para lados diferentes, de modo que o campo exterior (e o custo em energia dele) quase se cancela. Um $\vect H$ aplicado move as paredes de domínio — os domínios favoráveis crescem — e depois gira domínios inteiros para a linha. As paredes engancham em defeitos, e por isso o processo é irreversível: varra o $H$ para cima e para baixo e o $B(H)$ traça um laço, o ciclo de histerese. Desligue a corrente e um campo remanente $B_{\text{r}}$ sobrevive; cancelá-lo exige o campo coercivo reverso $H_{\text{c}}$ . A área encerrada pelo laço é a energia dissipada por ciclo e por unidade de volume. Os materiais moles (aço-silício, ferrites: laço fino, $H_{\text{c}}$ pequeno) fazem os núcleos de transformadores e motores; os duros (alnico, Nd $_2$ Fe $_{14}$ B: laço gordo, $H_{\text{c}}$ enorme) fazem os ímãs permanentes — e a memória magnética: o ímã de geladeira e o disco rígido são laços de histerese que se recusam a esquecer.

Domínios. À esquerda: um ferromagneto virgem esconde a magnetização dele em regiões que se cancelam mutuamente. À direita: o campo aplicado faz crescer e girar essas regiões até um único bloco magnetizado — por saltos de parede irreversíveis que dão memória ao ferro.

O ciclo de histerese. A partir do estado virgem (tracejado), o campo leva o B à saturação; devolver o H a zero deixa a remanência B_ r, e só o campo coercivo -H_ c a apaga. Área do laço = calor por ciclo por unidade de volume: laços finos para transformadores, laços gordos para ímãs permanentes. — O ciclo de histerese. A partir do estado virgem (tracejado), o campo leva o $B$ à saturação; devolver o $H$ a zero deixa a remanência $B_{\text{r}}$ , e só o campo coercivo $-H_{\text{c}}$ a apaga. Área do laço = calor por ciclo por unidade de volume: laços finos para transformadores, laços gordos para ímãs permanentes.

Exemplos

Exemplo 22.9 (O eletroímã de núcleo de ferro)

Enrole $N$ espiras que carregam $I$ num anel de ferro ( $\mu_{\text{r}} \sim 5000$ ) com um pequeno entreferro $e$ . A lei de Ampère para $\vect H$ ao longo do laço dá $H_{\text{ferro}}\ell + H_{\text{ent}}e = NI$ , e a continuidade do fluxo torna o $B$ comum, logo

B\Big(\frac{\ell}{\mu_0\mu_{\text{r}}} + \frac{e}{\mu_0}\Big) = NI .

Com $\ell = 1\,\mathrm{m}$ e $e = 1\,\mathrm{cm}$ , o termo do entreferro é cinquenta vezes o do ferro: quase todo o esforço da bobina é gasto empurrando campo através de um centímetro de ar. Esse é o circuito magnético numa linha — o ferro é um condutor quase perfeito de fluxo, e o ar, o resistor — e é por isso que motores, relés e guindastes de ferro-velho mantêm os entreferros deles impiedosamente finos (Problema 22.1).

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