ÍMÃS E MAGNETOS
Um ímã pode ser definido como um objeto que pode provocar um campo magnético ao seu redor e pode ser natural ou artificial.
Um ímã natural é feito de minerais com substâncias magnéticas, como por exemplo, a magnetita, que é um óxido férrico e um ímã artificial é feito de um material sem propriedades magnéticas, mas que pode adquirir permanente ou instantaneamente características de um ímã natural.
Os ímãs artificiais também são subdivididos em: permanentes, temporais ou eletroímãs.
- Um ímã permanente é feito de material capaz de manter as propriedades magnéticas mesmo após cessar o processo de imantação, estes materiais são chamados ferromagnéticos.
- Um ímã temporal tem propriedades magnéticas apenas enquanto se encontra sob ação de outro campo magnético, os materiais que possibilitam este tipo de processo são chamados paramagnéticos.
- Um eletroímã é um dispositivo composto de um condutor por onde circula corrente elétrica e um núcleo, normalmente de ferro. Suas características dependem da passagem de corrente pelo condutor; ao cessar a passagem de corrente cessa também a existência do campo magnético.
PROPRIEDADES DOS ÍMÃS
POLOS MAGNÉTICOS
Podemos classificar como sendo regiões onde as ações magnéticas são mais fortes. Um ímã é composto por dois polos magnéticos, norte e sul, comumente localizados em suas extremidades, exceto quando estas não existirem, como em um ímã em forma de disco, por exemplo. Por esta razão são chamados dipolos magnéticos.
Para que sejam determinados estes polos, se deve suspender o ímã pelo centro de massa e ele se alinhará aproximadamente ao polo norte e sul geográfico recebendo nomenclatura equivalente. Desta forma, o polo norte magnético deve apontar para o polo norte geográfico e o polo sul magnético para o polo sul geográfico.
ATRAÇÕES E REPULSÕES
Disponível em: Lm40QDjGvfdukN4Jt4yQHzyo=/0x0:631×235/300×112/s.glbimg.com/po/ek/f/original/2013/08/26/magnetismo_fisica_enem_3.jpg
A diferente natureza dos polos de um ímã, já posta em evidência devido à sua orientação particular, evidencia-se mais ainda quando se notam as ações que os polos de um ímã exercem sobre os polos de outro ímã.
Ao manusear dois ímãs percebemos claramente que existem duas formas de colocá-los para que estes sejam repelidos e duas formas para que sejam atraídos. Isto se deve ao fato de que polos com mesmo nome se repelem, mas polos com nomes diferentes se atraem.
MAGNETISMO TERRESTRE
A Terra exerce sobre uma agulha magnética a mesma ação que um poderoso ímã. A Terra pode ser então considerada como um grande ímã, cujos polos magnéticos estão próximos dos polos geográficos.
A Terra exerce sobre uma agulha magnética uma ação que tende a fazer a agulha orientar-se paralelamente ao campo magnético. Chama-se polo norte de uma agulha magnética (bússola) a extremidade que sempre está voltada para o polo norte da Terra e polo sul a extremidade que se dirige para o polo sul da Terra. Observe que, como o polo Norte Geográfico da Terra atrai a extremidade norte da bússola, ele deve ter as características de um polo sul magnético.
O campo magnético da Terra protege o planeta dos chamados raios cósmicos, feixes de partículas de altas energias que vêm do Sol. Ao se aproximar da Terra, as partículas carregadas eletricamente são desviadas, devido à interação magnética, em direção aos polos. Essas partículas são desaceleradas ao entrar na atmosfera, emitindo radiação. A visualização desse fenômeno é chamada de AURORA, que pode ser Boreal (Norte) ou Austral (Sul).
Disponível em: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/figuras/ima2.gif
INSEPARABILIDADE DOS POLOS DE UM ÍMÃ
Esta propriedade diz que é impossível separar os polos magnéticos de um ímã, já que toda vez que este for dividido serão obtidos novos polos, então se diz que qualquer novo pedaço continuará sendo um dipolo magnético.
Disponível em: http://s2.glbimg.com/hOBwHCCwx-=/0x0:300×119/300×119/s.glbimg.com/po/ek/f/original/2013/08/26/magnetismo_fisica_enem_6.png
PONTO DE CURIE
Pode ser definido como sendo a temperatura na qual o magnetismo permanente de um material se torna um magnetismo induzido. A força do magnetismo é determinada pelo momento magnético.
Esse fenômeno foi descoberto pelo francês Pierre Curie, físico e marido de Marie Curie. Os dois ganharam reconhecimento pelos estudos relacionados com a radioatividade.
O calor fornecido por uma fonte térmica causa um desarranjo na disposição dos elétrons que compõem o material, proporcionando a perda momentânea das propriedades magnéticas. Essa temperatura é específica de cada material.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS MAGNÉTICOS
Todos os materiais possuem características magnéticas. O magnetismo dos materiais é originado na combinação entre o momento angular orbital e o momento angular de spin dos átomos, que acabam dando origem aos dipolos magnéticos microscópicos, fazendo com que cada átomo se comporte como um pequeno ímã. Desse modo, é possível dizer que o magnetismo é uma propriedade dos materiais que tem origem na estrutura molecular.
Os materiais podem ser classificados de três modos diferentes, de acordo com o magnetismo: diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos. Essa diferença é feita levando em consideração a origem e a forma como os dipolos magnéticos interagem. São essas características que fazem ser possível determinar como o material comporta-se na presença de outro campo magnético.
MATERIAIS DIAMAGNÉTICOS
Diamagnetismo é o nome dado para designar o comportamento de materiais que são repelidos na presença de campos magnéticos, ao contrário dos materiais paramagnéticos e ferromagnéticos que são atraídos por campos magnéticos.
Alguns exemplos são a água, madeira, plástico e alguns metais, como o mercúrio, o ouro e a prata.
MATERIAIS PARAMAGNÉTICOS
Pode-se dizer que são materiais que possuem elétrons desemparelhados e que, na presença de um campo magnético, alinham-se, fazendo surgir um ímã que tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor do campo magnético em um ponto qualquer. Esses materiais são fracamente atraídos pelos ímãs.
São materiais paramagnéticos: o alumínio e o magnésio.
MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS
Os materiais ou substâncias ferromagnéticos compreendem um pequeno grupo de substâncias encontradas na natureza, que ao serem colocadas na presença de um campo magnético se imantam fortemente, e o campo magnético delas é muitas vezes maior que o campo que foi aplicado. É verificado que a presença de um material ferromagnético torna o campo magnético resultante centenas de vezes mais intenso.
Alguns exemplos são o ferro, níquel e cobalto.
CAMPO MAGNÉTICO DE UM ÍMÃ
Podemos classificar como sendo uma próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro.
Se compararmos o campo magnético com campo gravitacional ou campo elétrico poderemos ver que todos estes têm as características equivalentes.
Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por . Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o polo norte magnético da agulha.
Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. Estas são orientadas do polo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor tangencia estas linhas.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/upload/conteudo/images/Linhas%20de%20inducao%20em%20forma%20de%20barra.jpg
As linhas de indução existem também no interior do ímã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do polo sul ao polo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.
CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME
De maneira análoga ao campo elétrico uniforme, é definido como o campo ou parte dele onde o vetor indução magnética é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido. Assim sua representação por meio de linha de indução é feita por linhas paralelas e igualmente espaçadas.
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A parte interna dos imãs em forma de U aproxima um campo magnético uniforme.
BÚSSOLAS
São dispositivos que podem auxiliar viajantes a se orientarem, que usam como ponteiro uma agulha magnetizada, ou seja, se comportando como um ímã.
Uma bússola sempre tende a orientar-se paralelamente ao campo magnético aplicado sobre ela, com o polo norte da bússola apontando no sentido do campo.
Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/A_b%C3%BAssola_aponta_no_sentido_das_linhas_de_campo_magn%C3%A9tico..png
EXPERIMENTO DE OERSTED
Ao realizar diversas experiências, Oersted observou que uma corrente elétrica passando por um condutor desviava uma agulha magnética colocada na sua vizinhança, de tal modo que a agulha assumia uma posição diferente ao plano definido pelo fio e pelo centro da agulha.
Oersted inicialmente utilizando de um fio condutor retilíneo, por onde passava uma corrente elétrica, posicionou sobre esse fio uma agulha magnética, orientada livremente na direção norte-sul. Fazendo passar uma corrente no fio, observou que a agulha sofria um desvio em sua orientação, e que esse desvio era perpendicular a esse fio. Ao interromper a passagem de corrente elétrica, a agulha voltou a se orientar na direção norte-sul.
Assim, ele concluiu que a corrente elétrica no fio se comportava como um ímã colocado próximo à agulha magnética. Ou seja, a corrente elétrica estabeleceu um campo magnético no espaço em torno dela, e esse campo foi responsável pelo desvio da agulha magnética.
Assim podemos concluir que cargas elétricas em movimento geram um campo magnético próximo a elas. E então o aparecimento de um campo magnético juntamente com a passagem de uma corrente de elétrons foi pela primeira vez observado. Possibilitando a unificação da eletricidade com o magnetismo, que passaram a constituir um importante ramo da física denominado eletromagnetismo.
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/upload/conteudo/images/experimento%20de%20oersted.jpg
CAMPO MAGNÉTICO DE UM FIO RETILÍNEO
Quando fazemos passar por um fio retilíneo uma corrente elétrica i, ela gera ao seu redor um campo magnético, cujas linhas do campo são circunferências concêntricas pertencentes ao plano perpendicular ao fio e com centro comum em um ponto dele.
Para identificarmos qual o sentido do campo magnético deste fio utilizamos a regra da mão direita. Coloca-se polegar direito no mesmo sentido que a corrente, assim a direção que os demais dedos curvados nos mostrará será o sentido do campo, como mostra a figura abaixo:
Disponível em: http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletromagnetismo/condutor60.jpg
A lei de Ampère nos permitiu determinar o módulo do campo magnético. Ela nos diz que “o vetor campo magnético é tangente às linhas do campo magnética”. Assim a tangente as linhas do campo magnética será a direção dele, e a intensidade do campo será dado pela equação:
Onde μ é a grandeza física que caracteriza o meio no qual o fio condutor está imerso. Essa grandeza é chamada de permeabilidade magnética do meio. A unidade de μ, no SI, é T·m/A (tesla × metro/ampère). Para o vácuo, a permeabilidade magnética (μo) vale, por definição:
CAMPO MAGNÉTICO EM ESPIRAS
Uma espira é um fio condutor dobrado em forma de círculo, como mostra a figura abaixo:
Disponível em: http://masimoes.pro.br/fisica_el/_Media/23_med_hr.jpeg
Espira de cobre. A corrente elétrica que passa pelo fio gera um campo magnético em seu entorno.
Quando percorrido por uma corrente elétrica, um fio retilíneo e longo cria ao seu redor um campo magnético. Pegando esse mesmo fio retilíneo e dobrando-o em forma de uma espira de raio R, veremos que as linhas do campo magnético irão acompanhar o formato da espira.
A reta que passa pelo centro, e perpendicular ao plano da espira é uma linha do campo magnético cuja intensidade é denominada pela seguinte fórmula:
Para se determinar o sentido das linhas do campo magnético usa-se a regra da mão direita. Coloca-se o dedo polegar sobre a direção da corrente e os dedos nos mostra o sentido do campo.
Se considerarmos N espiras de mesmo raio R, lado a lado, de maneira que o comprimento do enrolamento seja desprezível, a intensidade do campo magnético no centro será dado por:
Onde N é o número de espiras.
Resumindo: uma espira circular percorrida por uma corrente i, cria em seu centro um campo magnético retilíneo perpendicular ao seu plano, cuja intensidade é dada pela fórmula acima, a direção é perpendicular ao plano da espira e o sentido é dado pela regra da mão direita.
Devemos notar que um observador colocado acima da espira vai enxergar as linhas de campo saindo. E essa parte representa o polo norte do ímã (espira circular percorrida por corrente elétrica). Já quem estiver abaixo verá as linhas de campo entrando – e essa parte representa o polo sul do ímã.
Essas regiões podem ser representadas da seguinte maneira:
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/upload/e/campo%201(4).jpg
CAMPO MAGNÉTICO NO SOLENOIDE
Podemos classificar o solenoide como um condutor longo e enrolado de modo que forma um tubo constituído de espiras igualmente espaçadas. Aplicando uma corrente no fio, ele gera um campo magnético.
No ramo da física, podemos chamar de solenoide todo fio condutor longo e enrolado de forma que se pareça com um tubo formado por espiras circulares igualmente espaçadas. Este condutor também pode ser chamado de bobina chata. Portanto, ao se deparar com ambos os nomes, lembre-se que eles são sinônimos, já que nos dois casos temos um agrupamento de espiras.
O enrolamento de um fio sobre um tubo de caneta, por exemplo, é um solenoide. Configuramos um solenoide a partir da reunião das configurações das linhas de campo magnético produzidas por cada uma das espiras. Para fazermos um solenoide basta enrolarmos um fio longo sobre um tubo de caneta, por exemplo. A figura abaixo nos mostra um solenoide percorrido por uma corrente elétrica i e de comprimento L.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/upload/conteudo/campo(3).jpg
Como todo fio condutor percorrido por uma corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético, não é diferente para um solenoide. O campo magnético gerado em um solenoide possui as seguintes características:
- no interior do solenoide consideramos o campo magnético como sendo uniforme, portanto, as linhas de indução são paralelas entre si;
- quanto mais comprido for o solenoide, mais uniforme será o campo magnético interno e mais fraco o campo magnético externo.
Para o campo magnético uniforme no interior do solenoide teremos um vetor indução em qualquer ponto interno do solenoide, portanto, como se trata de um vetor, ele terá intensidade, direção e sentido.
O módulo, isto é, a intensidade do campo magnético no interior de um solenoide é obtido através da seguinte equação:
Onde: μ é a permeabilidade magnética do meio no interior do solenoide e N/L representa o número de espiras por unidade de comprimento do solenoide.
A direção do vetor indução magnética é retilínea e paralela ao eixo do solenoide.
O sentido é obtido através da regra da mão direita.
Como existe um campo magnético no interior do solenoide, podemos dizer que as extremidades de um solenoide são seus polos.
