Ímãs em altas e baixas temperaturas: uma análise abrangente de como a temperatura afeta o magnetismo

Ímãs estão presentes em todos os aspectos de nossas vidas – de ímãs de geladeira a motores de carros elétricos, de máquinas de ressonância magnética médica a turbinas eólicas. Mas você sabia que uma pequena flutuação de temperatura pode alterar significativamente as propriedades de um ímã? A relação entre temperatura e magnetismo é uma eterna batalha entre a ordem e o caos no mundo microscópico.

Por que os ímãs são tão sensíveis à temperatura?

Os ímãs são magnéticos porque possuem elétrons desemparelhados em sua estrutura atômica interna. Sob certas condições, os momentos magnéticos desses elétrons se alinham para formar uma estrutura de domínio magnético ordenada, o que faz com que o ímã exiba magnetismo macroscópico. Quando a temperatura muda, essas estruturas microscópicas também mudam, o que afeta o desempenho do ímã.

Primeiro, a alta temperatura é um "disruptor" do magnetismo.

Quando um ímã é exposto a altas temperaturas, sua ordem interna se desintegra gradualmente:

Desmagnetização gradual

O aumento da temperatura faz com que os átomos do ímã vibrem violentamente, os domínios magnéticos começam a se organizar em desordem e o magnetismo enfraquece gradualmente12.

Ímãs de neodímio comuns começam a sofrer perda magnética reversível quando excedem 80°C (cerca de 0,11% da força é perdida para cada aumento de 1°C).

Danos irreversíveis

Se a temperatura estiver muito acima da temperatura operacional, mas abaixo do ponto de Curie, poderá causar perda irreversível (a remagnetização é necessária para recuperação).

Exceder a temperatura de Curie causará desmagnetização permanente, e o magnetismo não poderá ser restaurado mesmo se for resfriado.

Pelo contrário, a baixa temperatura tem um efeito mais favorável aos ímãs

(i) Magnetismo aprimorado

Em contraste com altas temperaturas, ambientes de baixa temperatura geralmente aumentam o magnetismo dos ímãs. Isso ocorre porque o movimento térmico dos átomos é enfraquecido em baixas temperaturas, a estrutura do domínio magnético é mais estável e o arranjo dos momentos magnéticos é mais ordenado. Por exemplo, em alguns equipamentos experimentais de baixa temperatura, ao utilizar ímãs, verifica-se que seu magnetismo é mais forte do que à temperatura ambiente. Esse fenômeno é particularmente evidente em alguns materiais magnéticos especiais, como alguns ímãs permanentes de terras raras, que podem manter altas propriedades magnéticas em baixas temperaturas.

(ii) Aumento da fragilidade do material

Embora baixas temperaturas possam aumentar o magnetismo dos ímãs, elas também têm um efeito adverso em suas propriedades físicas. Em baixas temperaturas, o material do ímã se torna mais frágil e quebradiço. Isso ocorre porque baixas temperaturas aumentam a força intermolecular do material, enquanto o movimento térmico dos átomos é enfraquecido, resultando na diminuição da tenacidade do material.

(iii) Estabilidade melhorada da estrutura do domínio magnético

Em ambientes de baixa temperatura, a estrutura do domínio magnético dentro do ímã é mais estável. Isso ocorre porque o movimento térmico dos átomos é enfraquecido em baixas temperaturas, o arranjo dos domínios magnéticos é mais ordenado e a direção dos momentos magnéticos é mais consistente. Essa estrutura estável do domínio magnético permite que o ímã mantenha um forte magnetismo em baixas temperaturas, ao mesmo tempo que reduz as mudanças desordenadas na estrutura do domínio magnético.

Por fim, diferentes materiais magnéticos respondem à temperatura de forma muito diferente devido às diferenças na composição e estrutura: