Paramagnetismo

O paramagnetismo consiste na tendência que os dipolos magnéticos atômicos têm de se alinharem paralelamente com um campo magnético externo. Este efeito ocorre devido ao spin mecânico-quântico, assim como o momento angular orbital dos elétrons. Caso estes dipolos magnéticos estejam fortemente unidos então o fenômeno poderá ser o ferromagnetismo ou o ferrimagnetismo.

Este alinhamento dos dipolos magnéticos atômicos tende a se fortalecer e é descrito por uma permeabilidade magnética relativa maior do que a sua unidade (ou, equivalentemente, uma susceptibilidade magnética positiva e pequena).

O paramagnetismo requer que os átomos possuam, individualmente, dipolos magnéticos permanentes, mesmo sem um campo aplicado, o que geralmente implica um átomo desemparelhado com os orbitais atômicos ou moleculares.

No paramagnetismo puro, estes dipolos atômicos não interagem uns com os outros e são orientados aleatoriamente na ausência de um campo externo, tendo como resultado um momento líquido zero. No caso de existir uma interação, então podem espontaneamente se alinhar ou antialinhar-se, tendo como resultado o ferromagnetismo ou o antiferromagnetismo, respectivamente. O comportamento paramagnético pode também ser observado nos materiais ferromagnéticos que estão acima da temperatura de Curie, e nos antiferromagnéticos acima da temperatura de Néel.

Em átomos sem dipolo magnético, um momento magnético pode ser induzido em uma direção anti-pararela a um campo aplicado, este efeito é chamado de diamagnetismo. Os materiais paramagnéticos podem também exibir o diamagnetismo, mas tipicamente com valores fracos.

Os materiais paramagnéticos em campos magnéticos sofrem o mesmo tipo de atração e repulsão que os ímãs normais, mas quando o campo é removido o movimento Browniano rompe o alinhamento magnético. No geral os efeitos paramagnéticos são pequenos (susceptibilidade magnética na ordem entre 10-3 e 10-5).

Lei de Curie

Sob baixos campos magnéticos, os materiais paramagnéticos exibem a magnetização na mesma direção do campo externo, e de acordo com a lei de Curie:

$\mathbf {M_{R}} =C\cdot {\frac {\mathbf {B} }{T}}$

onde:

M_R é a magnetização resultante;

B é a densidade do fluxo magnético do campo aplicado, medido em tesla;

T é a temperatura absoluta, medida em kelvin;

C é uma constante específica de cada material (sua Constante de Curie).

Esta lei indica que os materiais paramagnéticos tendem a se tornar cada vez mais magnéticos enquanto o campo magnético aumentar, e cada vez menos magnéticos ao aumentar a temperatura. A lei de Curie é incompleta, pois não prediz a saturação que ocorre quando a maioria dos dipolos magnéticos estão alinhados, pois a magnetização será a máxima possível, e não crescerá mais, independentemente de aumentar o campo magnético ou diminuir-se a temperatura.

Materiais paramagnéticos

Sódio Na [11] (metal alcalino)
Magnésio Mg [12] (metal alcalino-terroso)
Cálcio Ca [20] (metal alcalino-terroso)
Estrôncio Sr [38] (metal alcalino-terroso)
Bário Ba [56] (metal alcalino-terroso)
Alumínio Al [13] (metal terroso) É o material paramagnético preferido para aplicações em catapultas eletromagnéticas lunares, utilizando rególito como minério.
Oxigênio O [8] (ametal calcogênio) Na forma líquida.
Tecnécio Tc [43] (metal de transição externa) (elemento artificial)
Platina Pt [78] (metal de transição externa) (metal nobre)
Urânio U [92] (metal de transição interna) (actinídeo)
Óxido Nítrico NO [15] (composto gasoso da categoria dos monóxidos)

Ilustrações de prova do paramagnetismo

Ver também

Pierre Curie.

Referências

Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley: New York, 1996).
Neil W. Ashcroft and N. David Mermin, Solid State Physics (Harcourt: Orlando, 1976).
John David Jackson, Classical Electrodynamics (Wiley: New York, 1999)..