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Interações Magnéticas
(Parte 3- Campo magnético de ímãs)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

3 - Campo magnético de ímãs
Campo magnético caracteriza-se pela força que ele exerce em partícula eletrizada em movimento; em particular, sobre corrente elétrica. Campo
magnético pode ser gerado por corrente elétrica, ou por campo elétrico variável com o tempo.
Í ou magneto é corpo que, sem corrente elétrica ostensiva (corrente livre ou verdadeira, em bobina ou enrolamento) gera campo magnético. Possuindo esta propriedade, o corpo é dito imantado ou magnetizado; ou então, que ele possui magnetismo.
Chama-se Magnetismo, também, a parte da
Física que estuda o campo magnético no vácuo e na matéria, seus efeitos sobre a matéria, sobre a carga elétrica em movimento e sobre a corrente elétrica; e os ímãs em particular. Há mais de um milênio já se usava do ímã como bússola.

3.1 - Corrente elétrica gera campo magnético
Há séculos, acreditava-se que o magnetismo fosse fenômeno análogo à eletricidade, mas independente desta. Em 1820, Oersted, descobriu um fato que desmente esta presunção: corrente elétrica gera campo magnético. Logo, magnetismo é manifestação de cargas elétricas em movimento.
Em ímã não há corrente elétrica livre (ou verdadeira), mas existem correntes elétricas “intrínsecas” (correntes ligadas, ou de magnetização) associadas à própria estrutura da matéria. Ímãs possantes são constituídos essencialmente por ferro ou por ligas tais como “alnico” e “permalloy”; são materiais ditos ferromagnéticos. Fracamente ferromagnéticos são o cobalto, o níquel e o gadolínio.

3.2 - Ímã permanente e ímã temporário
A descrição supra
caracteriza ímã permanente. Corpo ferromagnético não previamente magnetizado imanta-se quando submetido a um campo magnético. Suprimindo-se o campo magnetizante, ou retirando-se o corpo do campo, podem ocorrer dois casos:

a) a magnetização persiste: o corpo tornou-se ímã permanente;
b) a magnetização se extingue: o corpo só manifesta imantação enquanto submetido ao campo,
    é pois ímã temporário.

No eletroímã, a corrente no enrolamento gera um campo magnético que imanta o núcleo; interrompida a corrente, o núcleo se desimanta.

3.3 — Pólos Norte e Sul de um ímã
Ímãs permanentes e eletroímãs, podem ser construídos em formas variadas. Mais simples e comuns são ímãs retos (prismáticos ou cilíndricos) e ímãs em U (ferradura). Em geral, constatam-se em um ímã duas regiões nas quais ele manifesta mais intensamente seu
magnetismo: são os pólos Norte e Sul. Quando apoiado ou suspenso de modo a poder orientar-se livremente no espaço, junto à superfície da Terra, o ímã tende a voltar um de seus pólos, então chamado pólo norte, para o Norte local; o outro é o pólo sul do ímã. Um ímã jamais possui um pólo só (não existe ímã monopólo!), mas pode exibir mais de dois pólos. Avizinhando-se um ímã a outro, observa-se que dois pólos se repelem quando têm nomes iguais (N e N, ou S e S), e se atraem quando tem nomes apostos (N e S).

3.4 — Aplicações de ímãs
São importantes e variadas. Citemos:

Bússola magnética
Galvanômetro
Microfone
Gravador magnético
Fones de ouvido
Alto-falantes
Freio magnético
Pequenos motores
 

Pequenos alternadores
Medidores elétricos
Amortecimento de oscilações
Vídeo de TV
Garrafa magnética
(fusão nuclear)
Bomba magnética (plasma)
Cícloton

3.5 — Bússola magnética
A agulha magnética é ímã permanente tendo um pólo N e um pólo S. É apoiada em ponta de pivô, ou em flutuador. Quando submetida a um campo magnético
de indução B, a agulha alinha seu eixo S-N com o campo: SN  |x|x B.


Agulha magnética em campo de indução B

Nos pólos N e S da agulha o campo B exerce forças opostas (FN |x|x B e FS |x|x B). Estas forças formam um binário ou conjugado C (torque). O conjugado equilibrante C' pode ser exercido de diversos modos (atrito, fio de torção etc.). Na ausência de conjugado equilibrante C', a agulha executa oscilações amortecidas, vindo a estacionar em posição alinhada com o campo: SN  |x|x B.

Comumente corpos de ferro (pregos, fragmentos de limalha) não são magnetizados (você não compra 'prego magnético de 15 x 15'!). Todavia, um corpo de ferro não magnetizado, quando imerso em um campo magnético B, passa a magnetizar-se, então exibindo pólos magnéticos N e S; ele se torna ímã temporário. Se tiver liberdade suficiente para girar, ele se alinha com o campo (SN  |x|x B.), assim comportando-se como bússola.

3.6 — Espectro magnético de ímã
Campo magnético estacionário é gerado por ímã permanente ou por corrente elétrica contínua (veja parte 4). Seja um ímã permanente repousando em uma mesa. Sobre o ímã coloquemos uma folha de cartolina em posição horizontal. Sobre a cartolina espalhemos limalha de ferro em fina camada. A limalha pode estar contida em um pequeno frasco, com peneira na boca larga; isso facilita sua distribuição aproximadamente uniforme.
Feito o experimento (e isso é altamente recomendado!), convém recolher cuidadosamente a limalha para limpeza do equipamento e para uso futuro. O campo magnético do ímã magnetiza cada partícula de limalha, que então se comporta como minúscula bússola magnética. Sua tendência é orientar
-se segundo o campo no local onde ela se situa (nessa minúscula região onde o campo pode se assumido como uniforme, ele tem ação diretriz, não motriz --- ele faz girar, mas não transladar!).
Ligeiros golpes desferidos na cartolina abalam os fragmentos de limalha libertando-os transitoriamente do atrito com a cartolina. Coletivamente, eles formam uma figura chamada “espectro magnético” do campo; ele visualiza as linhas de força do campo. A grosso modo, a limalha desenha as linhas de campo na superfície de apoio. O espectro magnético pode ser visualizado, também, mediante uma dúzia de minúsculas bússolas (diâmetro da ordem de um centímetro), dispostas ao redor do ímã.

No espaço externo ao ímã, as linhas de força do campo de indução se estende da região polar norte para a região polar sul. Dentro do ímã, pode-se verificar que as linhas de indução se estendem de sul para norte.

 As linhas do campo B são sempre fechadas: campo de indução não tem fontes nem sorvedouros. Também nisto o campo de indução se distingue do campo eletrostática E : este surge em carga elétrica positiva (fonte do campo) e termina em carga negativa (sorvedouro do campo), sendo nulo no interior de condutor em equilíbrio elétrico. Em geral, esta propriedade de B não se verifica no campo de excitação H,  este assunto é esmiuçado em livro-texto.

Segue Parte 4 - Campo magnético de corrente elétrica

 


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