No mundo moderno, usamos ímãs em um número impressionante, de maneiras diferentes. O processo pelo qual a porta da geladeira se fecha, a forma como os fones de ouvido tocam, da geração e transmissão de eletricidade ao motor do seu carro... tudo isso usa a força magnética de uma maneira ou de outra.

Dada a atual onipresença de ímãs, nossa civilização, em particular, seria um pouco inútil sem eles. Não teríamos como mover correntes elétricas pelo país. Todos os nossos motores elétricos seriam inúteis. E não poderíamos conversar à distância - como já nos acostumamos a fazer.

Como tal, não devemos tomar essas coisas como garantidas. Em vez disso, devemos - todos nós, isto é, não apenas os cientistas - tentar entender o que são os imãs: como eles funcionam, qual é a relação especial entre eletricidade e magnetismo e como é isso que faz o nosso mundo girar.

Essa é nossa tarefa especial nesta série de artigos: permitir que todos entendam por que os elétrons têm um momento magnético, digamos - ou por que uma corrente elétrica pode produzir um campo magnético, por que o fluxo magnético pode induzir uma carga elétrica ou por que todas essas questões são tão importantes para o nosso mundo.

Neste artigo, vamos dar uma olhada nisso - desde o básico do campo magnético até a mais importante das tecnologias magnéticas.

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O que é magnetismo?

Vamos começar com o magnetismo.

O magnetismo é a força presente em todos os objetos e entre eles, produzida pelo movimento dos elétrons - e que resulta na atração e repulsão de diferentes corpos. É uma força "sem contato" que afeta cada objeto diferente no mundo, em maior ou menor grau, e é o resultado do movimento dessas partículas subatômicas, elétrons e sua carga elétrica.

Elétrons, momentos magnéticos e os três tipos de magnetismo

Todo átomo de uma substância é composto de partículas, incluindo nêutrons, elétrons e prótons. No magnetismo, são os elétrons que estão fazendo o trabalho.

Estes tendem a orbitar os nêutrons, e cada um tem sua própria carga - positiva ou negativa. O que geralmente acontece é que os elétrons se 'emparelham' com os de carga oposta - o que significa que um elétron com carga negativa se emparelha com um que é positivo - e, portanto, o material seria relativamente estável, pois cada uma das cargas cancelaria a carga oposta.

Quando substâncias possuem elétrons emparelhados, nós chamamos de diamagnetismo.

No entanto, existem muitos tipos de materiais - incluindo oxigênio - que possuem elétrons não emparelhados. Quando isso acontece, a substância se torna muito mais magnética, pois todos os elétrons podem se alinhar. Na maioria desses materiais, porém, isso não acontece, pois os ' momentos magnéticos ' de cada um desses elétrons individuais não são iguais - a menos que estejam sob a influência de um campo magnético externo.

Essas substâncias que apenas demonstram magnetismo quando estão em um campo magnético externo são chamadas de paramagnéticas.

E, finalmente, existem as substâncias ferromagnéticas. Estes são os materiais magnéticos que possuem elétrons não emparelhados no mesmo momento magnético. Isso significa que, espontaneamente, eles podem se tornar magnéticos - e permanecerão magnéticos mesmo após a remoção de um campo magnético externo.

Nem todos os imãs permanecem magnéticos após removidos os campos externos.

O que é, afinal, o campo magnético?

Todo imã ou objeto magnético tem um campo magnético - a vizinhança ao redor do imã em que sua força magnética está presente. É o espaço afetado pela carga magnética do imã.

Imãs permanentes e eletroímãs têm campos magnéticos duradouros, que você verá convencionalmente com limalhas de ferro que se organizam na forma das linhas do campo magnético. Elas seguirão o fluxo do polo norte do imã para o polo sul. Os campos magnéticos mudam dependendo da força do imã.

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O que é um eletroímã?

Além dos momentos magnéticos dos elétrons, outro fator que produz campos magnéticos são as cargas elétricas. Essa descoberta, na década de 1830, foi uma das mais importantes da história, pois criou o elo entre magnetismo e eletricidade. Acabamos de ver que os elétrons de uma substância têm uma carga magnética - devido ao seu movimento dentro do material magnético.

Mas o lugar em que os elétrons realmente se movem é nas correntes elétricas que, na verdade, são apenas o movimento dos elétrons. À medida que as correntes se movem para baixo de um fio, ele se magnetiza conforme o movimento dos elétrons produz o campo magnético.

Foi André-Marie Ampère quem descobriu isso, pois mostrou que os fios paralelos se atrairiam ou se repeliriam, dependendo de como a corrente passa por eles. (Mais tarde, ele daria seu nome ao amplificador ou ampère.)

Como fazer um eletroímã

Desde os primeiros eletroímãs, a tecnologia não mudou muito. Eles se tornaram mais fortes sim, mas a estrutura geral dos dispositivos permaneceu a mesma.

Os eletroímãs são feitos de uma bobina de arame, enrolada em um núcleo de metal (geralmente um material ferromagnético como o ferro). Na bobina de fio é passada uma corrente elétrica, cujo campo magnético é centralizado em seu orifício - isto é, o núcleo de ferro. Toda essa estrutura é conhecida como solenóide - e ainda é usada em todos os locais onde o eletromagnetismo está em ação.

Assim que a corrente elétrica é desligada, o solenóide deixa de ser magnético.

Uma nota sobre a relação entre magnetismo e eletricidade

Embora saibamos que a eletricidade produz um campo magnético e que os campos magnéticos dependem de elétrons, a distinção entre uma coisa chamada magnetismo e outra coisa separada chamada eletricidade é falsa.

Os campos magnéticos são usados na criação da eletricidade.

Essas não são forças discretas. Pelo contrário, elas seguem o mesmo princípio físico - como dois lados da mesma moeda. O 'eletromagnetismo' é, na verdade, uma das forças fundamentais do universo.

Você pode descobrir mais sobre eletromagnetismo em nosso artigo dedicado ao tema.

O que é indução eletromagnética?

Uma das descobertas mais úteis na história do eletromagnetismo foi feita por Michael Faraday, um cientista britânico, no século XIX. O assunto em questão ficou conhecido como indução eletromagnética - e continua sendo uma das partes principais de nosso conhecimento sobre eletromagnetismo até hoje.

As experiências de Faraday se concentraram na maneira como as cargas elétricas podem ser manipuladas por campos magnéticos. E ele supôs que mudanças em um campo magnético podem ser usadas para induzir uma corrente elétrica.

Isso parece complicado, mas seus experimentos práticos reais eram bastante simples. Ele pegou um anel de ferro e enrolou dois fios diferentes em lados opostos do anel - produzindo dois solenóides no mesmo pedaço de ferro.

Prendendo um pedaço de fio a uma bateria, ele conectou outro a um galvanômetro, uma máquina que mede cargas elétricas. Conectar e desconectar o primeiro fio da bateria produziu uma alteração na carga detectada pelo galvanômetro. Para Faraday, isso provou que a mudança no campo magnético no anel de ferro poderia induzir uma corrente elétrica no fio separado.

Para provar suas idéias sobre essa relação específica entre eletricidade e magnetismo, ele fez outro experimento. Tomando um solenóide sem núcleo (apenas uma bobina de arame), ele inseriu um imã de barra dentro e fora da bobina. Empurrando o imã mais rápido, ele descobriu que uma corrente maior era produzida no fio.

É possível manipular os campos magnéticos a nosso favor.

Por que isso era tão importante? Porque Faraday, com suas experiências de física, abriu o caminho para o conhecimento de que as correntes elétricas não fluem apenas através dos fios - enquanto ele estabeleceu o terreno teórico sobre o qual viemos a produzir energia elétrica manipulando campos magnéticos.

Saiba mais sobre indução eletromagnética aqui!

O que é um transformador?

Os transformadores são a peça crucial da tecnologia que usa a ciência da indução eletromagnética. Eles são talvez os dispositivos elétricos mais comuns no planeta, com quase toda a energia elétrica que produzimos e usamos passando por pelo menos um transformador em sua jornada.

Então, o que são transformadores? Um transformador é um dispositivo estático que transforma uma corrente de alta tensão em uma de tensão muito menor. Isso é feito através da presença de dois solenoides adjacentes e pela física fácil na indução eletromagnética de Faraday.

Em todo o país, a eletricidade é transmitida através de grandes redes elétricas. Mas para manter os custos baixos, a eletricidade transportada está sujeita a super altas tensões. Isso - em vez de uma corrente alta - reduz o desperdício de energia e significa que os próprios fios não precisam ser grandes.

No entanto, não podemos realmente usar eletricidade de alta tensão. Portanto, antes que a eletricidade seja distribuída localmente em nossas casas, ela precisa ser transformada em eletricidade de baixa voltagem. É para isso que servem os transformadores.

Reduzindo a tensão atual

A lei de Faraday é um dos assuntos de física que caem no enem e mostra como a indução eletromagnética pode ser usada para reduzir e aumentar a tensão das correntes elétricas.

Lembre-se de seu experimento: ele usou duas bobinas diferentes, nas quais as mudanças no campo magnético entre elas induziam uma corrente elétrica na segunda.

O transformador é essencial para que a energia chegue à nossa casa.

Se, no entanto, você variar o número de bobinas no fio, poderá alterar a tensão da corrente induzida. Digamos que você tenha dez bobinas no primeiro fio - você pode simplesmente reduzir pela metade o número de bobinas no segundo e ter metade da tensão.

É exatamente assim que os transformadores funcionam.

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Marcia

Jornalista. Professora. Tradutora. Bailarina. Mãe. Mulher. Dedicada às minhas lutas diárias. Em constante transformação. Escrevo para vencer as inquietações e incertezas da vida.