Magnetismo, eletromagnetismo e campo magnético

Nesta aula vamos entender o que é magnetismo, eletromagnetismo e campo magnético estudando seus principais conceitos e dando muitos exemplos com ilustrações para que você possa entender de vez esse assunto que por muitos parece complicado. Não é. Leia o texto abaixo e entenda de vez esse assunto.

MAGNETISMO – ÍMÃS

Segundo registros históricos, os gregos foram os primeiros a relatar a ação dos magnetos (ímãs) encontrados em rochas de uma região da Ásia Menor denominada Magnésia. Daí o nome da rocha com essa propriedade – a magnetita – e do fenômeno – o magnetismo.

Os ímãs naturais como a magnetita são constituídos, em sua maioria, de óxido de ferro (oxigênio e ferro) e têm como característica a atração de objetos metálicos de ferro, de níquel e de cobalto. Esses metais são denominados ferromagnéticos. Outros metais, como o cobre, o alumínio e o chumbo não são atraídos por ímãs.

Atualmente, há ímãs produzidos industrialmente. São comuns os enfeites e peças de propaganda de restaurantes e pizzarias próprios para serem fixados na porta da geladeira por meio de pequenos ímãs. Além de decorar, esses objetos servem para prender bilhetes com recados e lembretes.

A bússola, uma invenção atribuída aos chineses, é um instrumento de orientação que se utiliza de ímã. Os chineses perceberam que um pequeno pedaço de ímã natural em forma de barra, suspenso por um fio ou flutuando sobre um pedaço de cortiça em água, alinhava-se na direção Norte-Sul da Terra. À extremidade do ímã que aponta para a região do Polo Norte Geográfico é dado o nome de norte magnético. À extremidade do ímã que aponta para a região onde se localiza o Polo Sul Geográfico é dado o nome de sul magnético.

Atração e repulsão magnética

Aproximando um ímã de outro, pode-se verificar que, dependendo da posição, surgem entre eles forças de atração ou de repulsão. Com base nessa constatação, conclui-se que os ímãs apresentam polaridade, ou seja, apresentam polos que determinam a orientação da ação de sua força magnética. Convencionou-se que polos de mesmo nome se repelem e polos de nomes diferentes se atraem.

Magnetismo,-eletromagnetismo-e-campo-magnético

Outra característica importante dos ímãs é a inseparabilidade dos polos magnéticos. Cortando-se um ímã de barra ao meio, as duas metades obtidas serão ímãs completos, com norte e sul magnéticos. Por mais que você divida um ímã, sempre obterá ímãs completos.

Campo magnético

Um ímã cria a seu redor uma região de influência magnética denominada campo magnético.

Para visualizar o campo magnético ao redor de um ímã, é comum a utilização de limalha de ferro (pó de ferro). A forma como a limalha se distribui permite a representação do campo através de linhas de ação de sua força em torno do ímã. Outra maneira de verificar essas linhas é percorrer com uma bússola o contorno do ímã. A agulha da bússola se orienta segundo a linha de campo que passa por ela, pois ela é, na verdade, um pequeno ímã.

Com base nessas observações, foram criados modelos com o campo magnético representado por linhas orientadas da ação da força desse campo, denominadas linhas de indução magnética. A orientação dessas linhas é convencionada com o sentido do polo norte para o polo sul de um ímã.

Veja aqui no site a aula Associação de Resistores mista, em paralelo e em série

O campo magnético da Terra

Colocando-se sobre uma mesa algumas bússolas, afastadas umas das outras, observa-se que todas elas estarão alinhadas na direção norte-sul. Esse fato indica que a Terra cria um campo magnético ao seu redor, que interage com o campo criado pela bússola.

Magnetismo, eletromagnetismo e campo magnético

Uma das possíveis causas desse comportamento magnético da Terra pode estar relacionada às camadas mais próximas do núcleo e ao próprio núcleo do planeta, onde há uma concentração muito grande de níquel e ferro. A parte mais externa do núcleo, devido à alta temperatura, está em grande parte no estado liquido. Essa massa metálica encontra-se eletrizada e, por causa do movimento de rotação da Terra, cria uma corrente elétrica que dá origem às propriedades magnéticas do planeta. Como o polo norte de uma bússola aponta para a região do Polo Norte Geográfico e o polo sul da bússola aponta para a região do Polo Sul Geográfico, pode-se dizer que a Terra se comporta como um enorme ímã (veja a figura abaixo).

ELETROMAGNETISMO

Por volta de 1820, o físico dinamarquês Hans C. Õersted (1777 – 1851) observou que uma bússola sofria interação quando colocada próxima a um fio condutor percorrido por corrente elétrica (cargas em movimento). Surgia o eletromagnetismo. Acompanhe um resumo do experimento realizado por Õersted,

O experimento de Óersted

Em seu experimento, Õersted segurou, inicialmente, uma bússola com a agulha paralela ao fio de um circuito elétrico aberto.

Ao fechar o circuito, inicia-se a passagem da corrente elétrica e a agulha da bússola muda de direçãoInvertendo o sentido da corrente, a agulha da bússola gira no sentido oposto.

Hans C. Õersted

Os resultados desse experimento permitiram a Õersted evidenciar que um fio condutor quando percorrido por uma corrente elétrica, gera ao seu redor um campo magnético e que o sentido desse campo magnético é dependente do sentido da corrente. Ele foi o primeiro a notar que a eletricidade podia gerar efeitos magnéticos. Surgia, então, o eletromagnetismo, ramo da física que estuda as interações entre correntes elétricas e corpos magnetizados.

ELETROÍMÃS

Uma aplicação do campo magnético criado por uma corrente elétrica são os eletroímãs. Esses dispositivos são ímãs temporários, pois só atuam como ímã quando o circuito elétrico é fechado. São utilizados em telefones, computadores, alto-falantes e em guindastes (usados na separação de metais em depósitos).

O eletroímã é um dispositivo composto de um conjunto de espiras justapostas envolvendo um núcleo de material ferromagnético. Quando as espiras são ligadas a uma pilha ou bateria, surge uma corrente elétrica que gera ao seu redor um campo semelhante aquele encontrado nos ímãs naturais. A intensidade do campo dependerá da intensidade da corrente elétrica e do número de espiras.

Desde a descoberta de Õersted., outros cientistas tentaram descobrir se o oposto também era possível, isto é, obter eletricidade do magnetismo. Dois cientistas, o inglês Michael Faraday (1791-1867) e o norte-americano Joseph Henry (1797-1878), destacaram-se ao produzir corrente elétrica em um circuito a partir do campo magnético gerado por um imã. Faraday, em uma de duas bem-sucedidas experiências, notou que, ao movimentar um imã no espaço interno de uma bobina (um fio condutor formando um conjunto de espiras justapostas), gerava-se uma corrente elétrica. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética.

BOBINA ELÉTRICA

A bobina elétrica é um enrolamento de um fio condutor formando um conjunto de espiras justapostas.

É vasta a sua utilização, sendo empregada em quase todos os equipamentos onde há conversão de energia. Aparecem em alto-falantes, captadores de instrumentos musicais, instrumentos de medidas, circuitos de ignição de automóvel, discos rígidos de computadores e geradores de energia elétrica.

Foi a descoberta da indução eletromagnética que possibilitou a construção de dínamos, que são geradores mecânicos de eletricidade. Os dínamos foram aperfeiçoados e, para a geração de eletricidade, tornaram-se muito mais eficientes que as pilhas e as baterias, abrindo caminho para a “era tecnológica da eletricidade”.

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Vimos que a movimentação dos ímãs no interior das espiras, por meio da indução eletromagnética, gera uma corrente elétrica.

Outra maneira de se verificar a indução eletromagnética é movimentar uma espira no interior de um campo magnético. É dessa forma que se gera a energia elétrica em usinas hidrelétricas, termelétricas, nucleares e eólicas.

Essas usinas fazem uso de uma turbina elétrica, uma enorme estrutura cilíndrica composta de várias pás, que realiza um movimento giratório com a pressão da água (na usina hidrelétrica) ou do vapor-d’água (termelétrica e nuclear) ou do vento (eólicas), ganhando, assim, energia cinética.

As turbinas são acopladas por um eixo a geradores elétricos. Os geradores são formados por um conjunto de bobinas que giram no interior de um campo magnético criado por gigantescos ímãs, proporcionando a movimentação de elétrons e, consequentemente, gerando uma corrente elétrica.

Gerador ou conversor?
Apesar de o nome “gerador” sugerir que a energia é gerada, sabemos que esse é um conceito equivocado, pois a energia pode ser transformada, mas não criada. Os geradores elétricos são, portanto, equipamentos responsáveis por converter energia.

Ele recebe este nome pelo fato do movimento das bobinas que o constituem gerar, a partir da energia cinética, uma corrente elétrica.

FUNCIONAMENTO DE UMA USINA HIDRELÉTRICA

Veja na ilustração abaixo um esquema mostrando como funciona uma usina hidrelétrica

Gerador ou conversor

Resumo da aula Magnetismo, eletromagnetismo e campo magnético

  • A história da descoberta dos ímãs e seus usos.
  • As propriedades dos ímãs.
  • O comportamento das bússolas com o campo magnético da Terra.
  • Indução eletromagnética.
  • Processo de geração de energia elétrica.

fonte: Companhia Das Ciências – 9º Ano – Usberco, Joao; Salvador,Edgard; Manoel Martins,José; Schechtmann,Eduardo; Ferrer,Luiz Carlos; Martin Velloso,Herick

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