Eletroimã

Introdução

A maior aplicação prática da descoberta de Oersted foi o eletroímã, inventado independentemente por Joseph Henry, cientista americano que chefiava o Smithsonian Institute, e por Willian Sturgeon, físico inglês. Muitos cientistas modernos o consideram a maior invenção da nossa era.

Em 1825, Sturgeon curvou uma barra de ferro comum, dando o formato de uma ferradura. Depois, ele a revestiu com verniz e enrolou com fio de cobre desencapado. Quando provocou a passagem de corrente gerada por uma pilha voltaica pelo fio, a ferradura se tornou um imã capaz de sustentar o peso de quase 4 quilos, o que representava muito para a época. Logo se criaram eletroímãs cada vez mais poderosos

Eletroimã

Sabe-se que a intensidade do vetor da indução magnética dentro de uma espira circular de raio R, localizada no vácuo, é dada por:

B = µ0.i/2.R

Onde

R é o raio da espira.

Para N espiras: multiplicamos o valor da intensidade do vetor indução magnética criado por uma espira pelo número N de espiras.

Matematicamente, fica:

B = N.µ0.i/2.R

É importante salientar que é usado o sentido convencional da corrente elétrica para determinar o sentido da indução magnética. Usando a regra da mão direita, a ponta do polegar aponta para o norte N do ímã induzido e os outros dedos “fechando” indicam o sentido convencional da corrente elétrica na espira.

Sabe-se, portanto, que várias espiras produzem em seu interior um campo magnético de intensidade proporcional à intensidade da corrente elétrica em cada espira e ao número total de espiras. Então, pode-se pode se deduzir que para um mesmo fio condutor, enrolado de forma espiral em torno de um material ferromagnético, produz um campo magnético de intensidade proporcional à corrente elétrica que passa pelo condutor e ao número total de enrolamentos.

Definição

Um solenoide, quando percorrido por corrente elétrica, cria um campo magnético em seu interior e exterior apresentando assim uma configuração de campo magnético semelhante ao de um ímã em forma de barra, então dizemos que ele se constitui um eletroímã, ou seja, um ímã obtido por meio de corrente elétrica.

De um modo bem geral, sabemos que todos os eletroímãs usados em diversas aplicações apresentam em seu interior um metal. Esse procedimento foi adotado porque quando introduzimos o metal no interior do solenoide o campo magnético do eletroímã torna-se mais intenso. Então, quando ligamos um eletroímã com um núcleo de metal a uma bateria, as extremidades desse núcleo passam a ter um comportamento semelhante aos polos de um ímã forte, atraindo alguns objetos de ferro. Há várias aplicações práticas para os eletroímãs, por exemplo, em campainhas, motores, geradores, guindastes, etc.

Também podemos ver esse efeito produzido pelos núcleos de ferro em outros elementos químicos, como o cobalto, o níquel e também com a liga de cada um deles.

Substância imantada

Nos conceitos iniciais de física, realizamos o estudo sobre os átomos e os modelos atômicos propostos pelos cientistas. Ao estudarmos o modelo atômico proposto pelo físico inglês Rutherford, que é semelhante ao nosso sistema planetário, vimos que os elétrons giram em torno do núcleo do átomo.

Sabemos que quando os elétrons livres de um átomo se movimentam, eles criam uma corrente elétrica muito pequena, de escala microscópica, dando origem a um campo magnético também muito pequeno. Desta forma podemos dizer que cada átomo equivale a um pequeno ímã.

Em um objeto de metal, uma barra de ferro, por exemplo, que não esteja magnetizado, os ímãs elementares que comparamos a cada átomo que constitui o objeto estão orientados de forma variada, como mostra a figura b. Por estarem dessa forma, os campos magnéticos, que cada ímã elementar cria, tendem a se anular com os outros campos magnéticos dos outros ímãs elementares, resultando assim em um metal sem qualquer efeito magnético.

Ao colocarmos uma barra metálica dentro de um campo magnético, por exemplo, no interior de um solenoide, o campo magnético do solenoide atuará sobre cada um dos ímãs elementares dos átomos, deixando-os orientados como mostra a figura c. Então quando expomos esse metal a um campo magnético, os campos magnéticos dos átomos juntam-se, deixando-o mais intenso, e o material passa a apresentar efeitos magnéticos que percebemos ao aproximarmos o metal a pequenos materiais, que são atraídos.

Desta forma, podemos dizer que a substância está imantada ou magnetizada. Logo, para que tenhamos uma barra de ferro comum semelhante a um ímã, basta reorientar os ímãs elementares constituídos pelos átomos.

Aplicações

Os eletroimãs são usados em muitas situações em que um campo magnético variável necessárias rapidamente ou facilmente. Muitas destas aplicações envolvem o desvio de feixes de partículas carregadas, como no caso do tubo de raios catódicos e do espetrômetro de massa.

Os eletroímãs são componentes essenciais de muitos interruptores, sendo usados em freios e embreagens eletromagnéticas para carros. Em alguns bondes, freios elétricos podem aderir diretamente aos trilhos. Eletroímãs muito poderosos usados em guindastes para levantar pesados blocos de ferro e aço, e para separar magneticamente metais em ferros-velhos e centros de reciclagem. Trens maglev usam poderosos ímãs para flutuar sem tocar na pista. Alguns trens usam forças atrativas, enquanto outros empregam forças repulsivas.

Os eletroimãs são usados em motores elétricos rotativos para produzir um campo magnético rotativo e os motores lineares para produzir um campo magnético de viagem que aciona a armação. Embora a prata é o melhor condutor de electricidade, o cobre é o mais frequentemente utilizado devido ao seu baixo custo e, por vezes, o alumínio é utilizado para reduzir o peso.

Projeto

Materiais

Fio de cobre

Prego

Condutor de energia (no caso bateria de moto)

Bolinhas de ferro

Madeira

Confecção

O prego foi envolto ao fio de cobre em espiral para