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Campos densidade elétrica (D) e intensidade magnética (H): relações constitutivas

A teoria eletromagnética moderna define duas relações constitutivas que determinam dois novos campos vetoriais além dos tradicionais campos elétrico e densidade magnética .

Essas relações são usualmente escritas da seguinte maneira para materiais isotrópicos (propriedades independentes da direção):

e

Infelizmente, da maneira como é escrita a segunda equação, é muito comum concluir-se equivocadamente que o campo é determinado pelo campo . Portanto, o ideal seria escrevê-la como pois o campo decorre das propriedades magnéticas do material (parâmetro ) e do campo densidade magnética .

Tanto o campo quanto o são meras abstrações matemáticas para fenômenos macroscópicos que envolvam materiais (não-vácuo). Não há que se falar em campos e a nível microscópico, pois os parâmetros e são formulados estatisticamente para estimar os efeitos dos átomos do material (nível macroscópico) em questão na presença dos campos e .

Campos Elétricos

Dessarte, o parâmetro define razoavelmente a reação de determinada matéria na presença de um campo elétrico. A permissividade relativa também pode ser escrita em termos da susceptibilidade elétrica :

,

que por sua vez determina o campo de polarização elétrica média :

Esse campo define a reação devido apenas à matéria e se somará ao campo externo aplicado, resultando no campo resultante:

sendo , a permissividade no espaço livre e , a permissividade relativa.

Quanto maior o valor de e, em consequência, de , mais dielétrico será o material. Esse valor é determinado pela capacidade de polarização das moléculas do material.

Campos Magnéticos

O parâmetro descreve um fenômeno bem mais complexo: a magnetização, teorizado pelo alinhamento de dipolos atômicos que resultam no campo de magnetização .

Semelhante ao parâmetro , pode ser escrito em termos da susceptibilidade magnética :

sendo , a permissividade relativa e , a permissividade no espaço livre.

Há várias possibilidades de reação da matéria ao campo externo:

  • Materiais diamagnéticos: compostos com um pouco menor que 1 (entre 0,9999 e 0,99999). Por isso, são considerados não-magnéticos na prática. Os dipolos magnéticos são criados por indução.
  • Materiais puramente diamagnéticos ( = -1): trata-se dos materiais semicondutores. A permeabilidade é nula e o campo dentro do material é sempre nulo.
  • Materiais paramagnéticos: materiais nos quais a permissividade relativa é levemente maior que 1. Os dipolos magnéticos existem intrinsecamente na matéria e apenas alguns deles são alinhados na presença de um campo externo.
  • Materiais ferromagnéticos: são os mais úteis, pois apresentam >> 1 possibilitando altos valores de magnetização, bem como sua retenção em determinados compostos. Em geral, a magnetização em materiais ferromagnéticos é um processo não-linear. Portanto, não é mais uma constante. Como nos materiais paramagnéticos, os domínios magnéticos são intrínsecos à matéria e são, portanto, apenas alinhados na presença do campo .
Em materiais anisotrópicos (propriedades dependentes da direção), os parâmetros permissividade elétrica e magnética tornam-se tensores e não mais números escalares.

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