A fonte dos campos magnéticos
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Todos os campos magnéticos são criados pelo movimento de partículas carregadas. Até mesmo o ímã na sua geladeira é magnético porque contém elétrons que se movem constantemente em seu interior. A primeira indicação de que cargas elétricas em movimento causam campos magnéticos foi descoberta no início do século XIX. Durante um experimento, foi observado que quando uma corrente elétrica fluía por um fio, uma bússola próxima mudava de direção.
Quando a corrente foi desligada, a bússola voltaria ao seu alinhamento norte / sul original com o campo magnético da Terra. A conclusão desta observação foi que os elétrons se movendo através do fio estavam criando um campo magnético que não existia quando a corrente foi desligada. Uma coisa importante a notar é que as partículas carregadas criam campos magnéticos apenas quando estão em movimento. Isso significa que temos efetivamente um ímã que pode ser ligado e desligado com o toque de um botão. Isso tem enormes implicações quando se trata de aplicações práticas, como discutiremos mais tarde.
Condutores de transporte atuais
A experiência do século 19 mostrou que um fio que carrega uma corrente elétrica é um ímã. Como todos os elétrons se movem através do fio em uma direção, há um campo magnético bem definido em torno do fio. A força do campo magnético é proporcional à quantidade de corrente que flui através do fio. Em outras palavras, aumentar a corrente aumenta a força do campo magnético. Então, se os fios são tão magnéticos, por que não vemos clipes e garfos voando pela sala e grudando neles? A razão é que o campo magnético simplesmente não é muito forte em níveis normais de corrente elétrica. Precisamos trabalhar um pouco mais para transformar um fio em um ímã útil.
Eletroímãs
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Um eletroímã é um ímã que usa uma corrente elétrica para gerar seu campo magnético. Isso é diferente dos ímãs permanentes, como os da sua geladeira, que dependem das propriedades magnéticas dos átomos do material para criar um campo magnético. Neste ponto, nosso eletroímã é apenas um fio, mas o campo magnético é muito fraco para fazer algo prático. No entanto, se dobrarmos o fio para formar uma bobina, os campos magnéticos dos loops se concentrarão no centro. Para aumentar ainda mais esse efeito, podemos envolver várias camadas de arame umas sobre as outras. Usar mais voltas de fio aumenta a força do campo magnético. Esta é uma melhoria definitiva em relação ao nosso único fio de antes, mas ainda não é forte o suficiente para ser realmente prático.
Podemos tornar nosso eletroímã vários milhares de vezes mais forte colocando um núcleo de material ferromagnético, como o ferro, no centro da bobina. Os materiais ferromagnéticos contêm algo chamado de domínios magnéticos, que são áreas do material que agem como pequenos ímãs. Normalmente, os domínios são configurados aleatoriamente e o material não exibe nenhum magnetismo. No entanto, quando expostos a um campo magnético, como o criado por nossa bobina de fio, os domínios começam a se alinhar e os campos magnéticos individuais se unem em um campo maior.
O grau de alinhamento do domínio depende da força do campo magnético gerado pela bobina, que, como aprendemos anteriormente, pode ser controlado pela quantidade de corrente que flui através do fio. Tão importante quanto, quando a corrente é desligada, os domínios magnéticos voltam à sua configuração aleatória e o eletroímã perde quase todo o seu magnetismo. A capacidade de controlar um ímã muito poderoso com um interruptor tem muitas aplicações práticas.
Eletroímãs em ação
Usamos eletroímãs todos os dias, mesmo sem perceber. Eles podem ser encontrados literalmente em milhares de dispositivos diferentes porque são muito úteis. Por exemplo, eles podem ser usados para levantar aço em um ferro-velho, tocar a sineta de uma escola para o recreio e até levitar trens de alta velocidade. Você sabia que os alto-falantes usam eletroímãs? Os alto-falantes tiram proveito do fato de que a força de um eletroímã pode ser controlada ajustando a corrente elétrica.
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Um alto-falante tem um ímã permanente, montado na estrutura, e um pequeno eletroímã preso ao cone flexível. A fonte de áudio, como um rádio, envia uma corrente variável para o eletroímã, que muda a intensidade com que o eletroímã reage ao campo magnético do ímã permanente. Isso controla o movimento do cone, que produz a amplitude e a frequência do som que ouvimos. Como você pode ver, os eletroímãs nos fornecem uma maneira de converter a corrente elétrica em força mecânica útil que pode ser usada em todos os tipos de aplicações.
Resumo da lição
Todos os campos magnéticos são criados pelo movimento de partículas carregadas. Partículas carregadas estacionárias não geram campos magnéticos. Um eletroímã é um ímã que depende de uma corrente elétrica para produzir o campo magnético. O eletroímã mais simples é simplesmente um fio transportando uma corrente, que gera um campo magnético ao redor do fio. Ao enrolar o fio em uma bobina, o campo magnético se torna mais forte no centro da bobina. A adição de um núcleo ferromagnético no centro da bobina aumenta drasticamente a força do campo magnético.
Os materiais ferromagnéticos contêm domínios magnéticos configurados aleatoriamente, que se alinham sob a influência de um campo magnético. O alinhamento desses domínios unifica seus campos magnéticos individuais em um campo forte. A variação da corrente no fio causa vários graus de alinhamento e, portanto, a força geral do eletroímã. A capacidade de controlar eletricamente o magnetismo de um eletroímã levou a muitas aplicações práticas.
Resultados de Aprendizagem
Você será capaz de fazer o seguinte depois de assistir a esta lição:
- Explique como os campos magnéticos são criados usando eletricidade
- Definir eletroímã
- Descreva como adicionar um material ferromagnético a um fio aumentará a intensidade do campo magnético
- Dê exemplos de aplicações diárias de eletroímãs