Magnetismo


Todos nós conhecemos os ímãs e dizemos que um material ferromagnético nas proximidades de um ímã é por este atraído. O magnetismo é o fenômeno de atração que existe entre esses materiais. Notem que, por vezes, o fenômeno pode ser de repulsão.


Temos os ímãs naturais conhecidos como “pedras ímãs” e os artificiais, sendo último os mais comuns.

imã artificial
Figura 1 - Imã artificial

Polos Magnéticos


Quando colocamos um material ferromagnético próximo de um ímã, em forma de barra, verificamos que o poder de atração se manifesta principalmente através das extremidades da barra.


Desta forma, observamos que, as propriedades magnéticas da barra não são iguais em qualquer ponto pois ocorre uma concentração nas suas extremidades. Este pontos, onde se manifesta a atração com maior intensidade, damos o nome de polos magnéticos.


Se dispusermos de duas barras imantadas e colocarmos uma próxima da outra, deixando uma fixa e a outra livre, verificaremos que ocorrerá uma força de atração entre as barras de modo a fazer com que se unam. No entanto, se separarmos as barras, girando a móvel de 180º e aproximando-as novamente, verificaremos que ao invés de ocorrer atração haverá uma força de repulsão.


O que nos leva a concluir que temos duas espécies de polos: um que promove atração e o outro que promove repulsão. Consequentemente numa mesma barra os polos não são iguais. E por isso que se diz que polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem.


Se prendermos uma barra imantada por um fio ao longo de seu eixo transversal, de modo que ela possa girar livremente em todas as direções do plano horizontal, poderemos dizer que criamos uma bússola. No caso da bússola, a agulha é imantada e está igualmente livre para girar.

Bússola
Figura 2 - Bússola

Quando colocamos uma bússola longe de qualquer material ferromagnético ou de qualquer ímã, verificaremos que ao tirar a agulha da sua posição de repouso, balançando a caixa ou movendo-a com o dedo, ela sempre retornará para sua posição inicial.


Considerando esta direção que a agulha sempre indica, chamaremos uma extremidade de polo norte e a outra de polo sul. Notem que podemos fazer experiência com a própria barra imantada presa por um fio sem torsão. Após alguns segundos a barra indicará também a direção Norte Sul.


Podemos, ainda, com auxílio da bússola encontrar os polos de nossa barra. Basta aproximarmos a bússola da barra. Ocorrendo a atração da ponta da agulha, que recebeu a denominação de norte para uma extremidade da barra, deduzimos que o polo da barra que está mais próximo da agulha tem que ser o polo sul, visto que polos diferentes se atraem.


Devemos lembrar que se partirmos um ímã, cada seção se comportará como um novo ímã e assim sucessivamente. Ou seja, sempre teremos dois polos, um norte e um sul, independentemente do tamanho do ímã. Podemos fazer uma analogia dizendo que é impossível ter um ímã só com um polo, assim como não podemos ter uma folha de papel só com um lado.


Ímãs Permanentes e Temporários


As pedras ímãs são ímãs naturais permanentes. Também podemos criar ímãs permanentes de forma artificial. Um pedaço de ferro comum, tido como ferro doce não é um ímã permanente e só permanece imantado durante o período em que estiver sujeito à ação de forças magnetizantes. Por exemplo, ao aproximarmos um ímã de um punhado de pregos, verificamos que cada prego comporta-se como um pequeno ímã, fazendo com que ocorra a atração entre eles.

pedra imã
Figura 3 - Pedra imã

Na realidade, o que aconteceu foi um desvio do campo magnético, tornando-o mais intenso naquela região. Se tirarmos, por exemplo, um dos pregos que estava preso no ímã e o aproximarmos dos demais, verificamos este que não mais o atrairá.


Desta forma, ele não se comporta como ímãs. No primeiro caso, o prego comportava-se como um ímã porque estava sujeito a uma imantação induzida. Agora se repetirmos a experiência com um pedaço de aço temperado, verificaremos que a peça reterá uma parte do magnetismo.


Dizemos, portanto que o aço temperado possui imantação residual ou remanente. Na pratica, os ímãs permanentes são manufaturados a partir de ligas de materiais especiais que ao serem colocados em campos magnéticos potentes produzidos por bobinas elétricas, tornando-se ímãs permanentes. Mais adiante iremos abordar como a eletricidade gera campos magnéticos.


Permeabilidade Magnética


A permeabilidade magnética é definida como sendo a facilidade com que um material pode ser magnetizado. É representada pela letra “m”. É um número adimensional, isto é, não possui grandeza, pois é uma relação entre duas grandezas iguais. A permeabilidade é a relação entre a condutividade magnética de um material e a condutividade magnética do ar.


É importante lembrar que em algumas tabelas de física é comum encontrarmos a permeabilidade relativa (mr), que também é um número adimensional, que indica quantas vezes a constante magnética do meio é menor que a constante magnética do vácuo (mo), sendo mo = 4 x 10-7 henry/metro.

 

Se repetirmos a experiência do item anterior, trocando os pregos de aço por pedaços de fios de cobre, verificaremos que não ocorrerá nenhuma atração dos pedaços de fio de cobre com a barra e nem entre eles.

 

Essa diferença de comportamento magnético de um material em relação ao outro nos permite classificá-los em função da permeabilidade magnética, em paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos.


Classificação dos Materiais


De acordo com a permeabilidade magnética podemos classificar os materiais em três grandes grupos:

permeabilidade magnética
Figura 4 - Classificação de acordo com a permeabilidade magnética

a) PARAMAGNÉTICOS (m = 1)


São materiais levemente atraídos por um ímã. Como por exemplo, podemos citar: platina, alumínio, cromo, estanho e potássio.


b) DIAMAGNÉTICOS (m < 1)

São materiais levemente repelidos por um ímã. Como por exemplo, podemos citar: prata, chumbo, cobre e mercúrio.


c) FERROMAGNÉTICOS (m > 1)

São assim definidos os materiais fortemente atraídos por um ímã. Como por exemplo, podemos citar: ferro, níquel, cobalto e quase todos os tipos de aço.


Simplificadamente, conforme a finalidade deste texto, podemos classificar os materiais em ferromagnéticos, como sendo aqueles fortemente atraídos por um ímã, e paramagnéticos os demais materiais.


O material ferromagnético pode ser aplicado usando a ideia de domínios magnéticos. Domínios magnéticos podem ser considerados como sendo minúsculos ímãs internos, constituídos 1015 a 1020 átomos. Nos átomos de materiais ferromagnéticos a teoria considera que existe um número maior de Spins num sentido do que no outro e, desta forma, eles tendem a orientar-se paralelamente em ralação aos outros, com seus polos norte apontando numa única direção.


O momento magnético resultante de um grupo de átomos gera uma polaridade interna. Basicamente, um domínio magnético se comporta como um ímã interno muito pequeno tendo um polo norte e um polo sul.





Estágios magnetização de uma barra
Figura 5 - Estágios na magnetização de uma barra ferromagnética

Materiais Ferromagnéticos


Os materiais ferromagnéticos mais comuns são o ferro, o níquel e o cobalto. Industrialmente, não são utilizados no estado puro e sim sob a forma de ligas. Estas ligas apresentam grande diversidade de propriedades, o que determina o seu emprego na indústria. Tais propriedades dependem, também, dos tratamentos térmicos a que são submetidas.


De um modo geral, para as ligas ferromagnéticas, o material mais importante e mais empregado é o ferro. É o constituinte essencial de todos os núcleos dos circuitos magnéticos (sob forma de ligas de ferrosilício) e de todas as suas partes estruturais sob forma de aço fundido ou laminado.

 

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