Definição de um ímã
Onde fica o Pólo Norte? Você tem certeza? A maioria das pessoas que responder a essa pergunta estará errada.
Os ímãs são objetos que possuem pólos norte e sul em extremidades opostas. Um ímã contém elétrons que têm órbitas e spins desiguais. Esses átomos magnéticos estão alinhados em linhas retas dentro de cada domínio. E esses domínios também estão alinhados todos na mesma direção. E somente com TODAS essas condições satisfeitas este pedaço de metal se torna um ímã. Não se preocupe se isso não fizer sentido - analisaremos isso no decorrer desta lição.
Uma das primeiras coisas que notamos sobre os ímãs foi que pólos opostos aproximados se atraem e pólos semelhantes se repelem. Os ímãs produzem forças, mas por muito tempo foi um mistério por que isso aconteceu. O que o faz se comportar dessa maneira?
Acontece que os campos elétricos são produzidos quando as cargas são travadas no lugar, como quando não se movem. E campos magnéticos são o que obtemos quando as cargas começam a se mover. Portanto, se você conectar uma bateria e uma lâmpada em um circuito, descobrirá que os elétrons que se movem ao redor do circuito não produzem um campo elétrico, mas um campo magnético. Mas um ímã não está se movendo, certo? Então, como pode ter um campo magnético?
Como funcionam os ímãs
O ímã em si não está se movendo - essa parte é verdade. Mas, há cargas dentro dele que estão se movendo. Dentro do metal, os elétrons orbitam o núcleo de cada átomo. E quando as cargas se movem, elas produzem campos magnéticos. Em muitos materiais não magnéticos, há elétrons orbitando em ambas as direções e seus campos magnéticos se cancelam. Mas em alguns materiais magnéticos especiais, como o ferro, por exemplo, não há um número par de elétrons orbitando nos dois sentidos, e um campo magnético geral é produzido.
Mas esse não é o único tipo de movimento que está acontecendo. Existe algo chamado spin mecânico quântico. Os elétrons girando em uma direção produzirão um campo magnético e, se os spins de todos os elétrons não se cancelarem, você terá um campo magnético.
Os átomos nos quais essas duas coisas não se cancelam agem como pequenos ímãs. E esses ímãs podem se combinar para formar um material magnético. Eles podem se combinar ... mas nem sempre. Infelizmente, é um pouco mais complicado do que isso. Só porque os elétrons em um material estão produzindo campos magnéticos, não significa que o material será um ímã. Há algumas outras coisas que devem acontecer para que isso aconteça. Por um lado, esses pequenos ímãs poderiam muito facilmente apontar para muitas direções diferentes e se anularem mutuamente.
Mas em alguns materiais, por uma questão de estabilidade, os átomos se atraem até se alinharem em linhas retas e agradáveis. Estes são chamados de materiais ferromagnéticos . É assim que obtemos um ímã, certo? Bem, mesmo assim não há garantia de que você terá um ímã. Porque muitas vezes você acabará com átomos se alinhando de uma maneira em uma parte e de uma maneira diferente em uma parte diferente, criando muito do que chamamos de domínios . Se esses domínios se alinharem em direções aleatórias, eles serão cancelados.
Mas se você colocar seu material ferromagnético, como o ferro, em um campo magnético externo maior, poderá forçar todos esses domínios a se alinharem e produzir o que normalmente chamamos apenas de ímã. Por um longo período de tempo, o campo magnético da Terra pode alinhar os domínios em um material como o ferro e produzir um ímã bastante fraco. É por isso que podemos encontrar rochas no solo com propriedades magnéticas. Mas, geralmente, criamos ímãs adequados colocando ferro dentro de nossos próprios campos magnéticos criados com eletroímãs. É como carregar o ferro - forçando os domínios a se alinharem. Depois de alinhar os domínios, o campo magnético externo não é mais necessário e eles permanecerão alinhados por um longo tempo.
Então, muito rápido, vamos examinar os requisitos para um ímã. Deve ter:
- Órbitas irregulares
- Giros desiguais
- Domínios com átomos alinhados
- Domínios alinhados
Simples, certo?
Campo Magnético da Terra
Um exemplo de ímã é a própria Terra, que atua como um ímã gigante. No núcleo externo da Terra, partículas carregadas chamadas íons circulam ao redor da Terra. Quando você usa uma bússola, ela sempre apontará tangente às linhas de campo - ela apontará na direção do campo magnético. No caso da Terra, isso significa que aponta para o norte, certo? Bem, na verdade, quando se trata de norte e sul, tudo que lhe foi dito é uma mentira. O pólo norte magnético está, na verdade, no pólo sul geográfico. No pólo sul magnético está o que normalmente chamamos de pólo norte.
Para entender isso, precisamos pensar sobre como uma bússola realmente funciona. Uma bússola é na verdade um pequeno ímã. O pólo norte do ímã, o ponteiro, é atraído pelo pólo sul da Terra. Portanto, quando dizemos que uma bússola aponta para o norte, o que realmente queremos dizer é que o norte geográfico é a direção que o pólo norte de uma bússola aponta. Porque é atraído pelo pólo sul magnético da Terra.
Exemplos de ímãs
Certamente devemos ser muito gratos pelo magnetismo. Isso nos ajudou a prender trabalhos escolares em nossas geladeiras desde nosso primeiro dia no jardim de infância. Mas mais do que isso, sem bússolas para ajudar a navegar pelos oceanos e mares, os humanos não teriam colonizado o mundo tão facilmente.
Também não teríamos scanners de ressonância magnética (RM), que funcionam segundo os princípios do magnetismo. Eles usam um enorme campo magnético para alinhar os pólos magnéticos dos átomos em seu corpo (para trazê-los à 'ressonância') e, ao fazer isso, são capazes de tirar fotos do interior de seu corpo para procurar problemas.
Resumo da lição
Um ímã é um objeto (geralmente um metal) que possui um pólo norte e um pólo sul, de modo que pólos opostos se atraem e pólos semelhantes se repelem. Um ímã contém elétrons que têm órbitas e spins desiguais. Na verdade, em alguns materiais, por uma questão de estabilidade, os átomos se atraem até se alinharem em linhas retas e agradáveis. Estes são chamados de materiais ferromagnéticos . Essas lindas linhas retas estão dentro de cada domínio , que é quando os átomos se alinham de uma maneira em uma parte e de uma maneira diferente em uma parte diferente. E esses domínios também estão alinhados todos na mesma direção. E somente com todas essas condições satisfeitas esse pedaço de metal se torna um ímã.
A Terra também tem um campo magnético, embora o pólo sul magnético esteja no lugar que normalmente chamamos de pólo norte. Uma agulha de bússola é um ímã, e o lado norte é puxado em direção ao Pólo Sul da Terra. Mas, como o lado norte da agulha da bússola é puxado nessa direção, decidimos chamá-lo de Pólo Norte. Exemplos de ímãs incluem agulhas de bússola, scanners de ressonância magnética em hospitais e ímãs de geladeira.
Termos a serem lembrados
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- Ímã : um objeto que tem um pólo norte e um pólo sul em extremidades opostas
- Materiais Ferromagnéticos : materiais nos quais os átomos puxam até se alinharem em linhas retas
- Domínio : é a área em que os átomos se alinham de uma maneira em uma área e de outra em uma área diferente
Resultados de Aprendizagem
Teste sua capacidade de realizar os seguintes objetivos depois de ver a lição:
- Reconhecer a definição de um ímã
- Descreva como os átomos se organizam para criar ímãs
- Discuta a Terra como um grande ímã
- Forneça exemplos de ímãs