Magnetismo – o que é, para que serve e exemplos
Quando estudamos Física, percebemos o quanto essa matéria faz parte das nossas vidas. Ela está presente desde nos eletrodomésticos, fazendo com que eles funcionem, até na indicação de velocidade máxima em rodovias. E é justamente por esse motivo que universidades e o Exame Nacional do Ensino Médio (Enem) contam com um espaço em suas provas dedicado exclusivamente para questões ligadas a este assunto.
Dentre os estudos da Física, o magnetismo é o que está mais presentes no nosso cotidiano e, consequentemente, é um dos temas mais abordados nos processos seletivos. Se você quer saber mais como funciona a magnetização, atração magnética e como esse tema interfere nas nossas vidas, continue sua leitura por aqui!
Neste artigo você vai encontrar:
O que é magnetismo?
Você com certeza já ouviu a frase “os opostos se atraem”, não é mesmo?! Pois ela é uma referência ao magnetismo. Essa área da Física estuda os fenômenos que estão relacionados aos campos magnéticos, ou seja, ambientes que estão sob influência de correntes elétricas, moléculas ou partículas elementares.
De maneira geral, o magnetismo estuda a movimentação dessa corrente de átomos ou partículas de elétrons, prótons ou nêutrons, presentes nos campos magnéticos que produzem efeitos de atração ou repulsão a partir de suas cargas elétricas. Com essa movimentação, é possível produzir o efeito magnético e elétrico.
Se você ainda não compreendeu muito bem o que é magnetismo, pense nos imãs. Eles são campos magnéticos que atraem o ferro para perto de si a partir da movimentação de suas propriedades magnéticas, fazendo com que outros materiais sejam rejeitados e até mesmo sofram com a repulsão.
História do magnetismo
O magnetismo sempre existiu, mas nem sempre era conhecido pelo homem, por isso, é muito difícil – ou até impossível – contar toda a sua história.
Os primeiros sinais de que esse fenômeno estava sendo observado pelos humanos foi há 2.500 anos, mais especificamente no século VI a.C., quando o filósofo grego Tales de Mileto encontrou em Magnesia, região do continente asiático, fragmentos de minério que atraiam ferro e outros tipos de pedras.
A explicação do filósofo na época foi de que no minério encontrado existia uma alma que comunicava vida ao ferro, fazendo com que os dois materiais se atraíssem. No entanto, com o passar do tempo e a evolução do estudo, entendeu-se que a razão desse fenômeno foi de que nos minérios da região existiam propriedades chamadas magnetita, material magnético que gerava o fenômeno de atração de ferros e pedras.
Antes de compreender totalmente o magnetismo, outras explicações e teorias apareceram. O francês Pierre de Maricourt, a partir de estudos mais intensos, escreveu o primeiro tratado sobre as propriedades presentes no imã, em 1.269. Aliás, ele foi quem disse pela primeira vez o famoso princípio da física “os opostos se atraem e os iguais se repelem”.
Depois de Pierre, muitos estudiosos começaram a implementar o magnetismo em suas análises e criações, como William Gilbert, que evoluiu o estudo do tema para princípios mais modernos da ciência, Hans Christian Orsted, primeiro físico a evidenciar a ligação entre magnetismo e fenômenos elétricos – dando origem, então ao magnetismo e eletromagnetismo, e Alessandro Volta, que a partir do magnetismo inventou a pilha.
O que é magnetismo natural?
Assim como o próprio nome já diz, magnetismo natural denomina os elementos vindos da própria natureza compostos por ferro metálico ou ainda rochas magnéticas. Um exemplo de magnetismo natural é o óxido de ferro, ou Fe₃O₄, propriedade denominada como magnetita que dá origem ao imã natural.
O que gera o magnetismo?
O magnetismo, ou campo magnético, é gerado a partir da movimentação de partículas negativas, ou os elétrons. Com essa circulação, é possível atrair ou repulsar outras partículas presentes em imãs, outras propriedades magnéticas, como ferro, cobalto e níquel ou até mesmo qualquer material que seja condutor de corrente elétrica.
O que é campo magnético?
Se você já fez um simulado de física, com certeza já se deparou com essa questão. Um campo magnético é uma força gerada ao redor do imã que, apesar de ser de interação, não precisa de contato direto para existir.
De maneira mais simplificada, o campo magnético gera forças magnéticas no espaço ao seu redor, fazendo com que substâncias magnéticas ou correntes elétricas interajam com essa força, seja com repulsão ou atração.
O espaço do campo magnético de um imã é orientado do polo norte ao polo sul e cada propriedade fará a sua interação a partir das substâncias presentes nela. Polos magnéticos que forem iguais farão o movimento de repulsão, já propriedades com polos diferentes terão a atração magnética. Entenda mais na ilustração abaixo:
Qual é a importância do campo magnético terrestre?
Sim, o planeta terra também é um imã que emite campos magnéticos! Assim como outras substâncias, nosso planeta conta com propriedades, ou polos, que produzem e exercem força magnética. Isso acontece a partir da rotação em velocidades diferentes entre o núcleo da Terra e suas camadas externas.
Certo, mais qual, de fato, é a importância do campo magnético terrestre? O polo norte magnético do planeta possui uma posição contrária ao polo geográfico, ou seja, o polo norte de um imã sempre apontará para a posição norte da Terra. Foi a partir dessa descoberta que a bússola foi criada, possibilitando que grandes navegações e, consequentemente, a globalização acontecessem.
Além disso, o campo magnético criado pela movimentação das camadas terrestres impede que partículas do Sol, ou vento solar, atinjam a superfície do planeta Terra, dessa forma, impossibilitando que a comunicação de ondas eletromagnéticas, como de rádio, internet e televisão, seja comprometida.
Força magnética
Lembra que falamos sobre como o campo magnético é gerado, através de uma força de interação ao redor de uma substância, criando repulsão ou atração entre ela e outras matérias magnéticas? O nome dessa ação é força magnética.
Para entendermos melhor, a força magnética é quando uma propriedade eletricamente carregada faz uma movimentação ou interage dentro de um campo magnético. Sabe quando um imã gruda em uma geladeira? A ação de atrair o imã para a superfície do eletrodoméstico é uma força magnética.
Força magnética sobre partículas carregadas
Para calcular o módulo de uma força magnética de matérias carregadas, a fórmula é a seguinte:
Para fazer o cálculo, entende-se “q” como a carga líquida, ou a carga em excesso ou em falta, “v” é a velocidade da partícula em relação ao campo magnético, que deve ser dada em metro por segundo (m/s), θ como o ângulo entre velocidade e o campo magnético.
Existe uma metodologia que ajuda a determinar o sentido correto de uma força magnética, chamada regra da mão direita. Para utilizá-la, aponte o dedo indicador da mão direita no sentido do campo magnético em questão, o dedo médio na direção da velocidade da partícula e o dedão apontado para o sentido da força magnética. Como esses três fatores são perpendiculares, caso o ângulo formado entre velocidade (v) e campo magnético (B) for equivalente a 0º, não haverá surgimento de força magnética. Veja abaixo uma ilustração de como utilizar a metodologia da mão direita:
Força magnética sobre condutores retilíneos
Condutores retilíneos são quando cargas elétricas se movimentam a partir de um fio condutor de eletricidade. Se essa corrente elétrica (i) percorrer por uma região com campo magnético, uma ação de força magnética acontece e sua intensidade pode ser medida através da seguinte fórmula:
Vale destacar também que para realizar o cálculo, considera-se “B” como a intensidade do campo magnético em Tesla (T) e “L” a metragem do comprimento do fio que leva a corrente elétrica. O ângulo para essa fórmula deve sempre ser retilíneo, ou seja, formado pelo campo magnético e comprimento do fio.
Na figura abaixo, é possível ver um fio percorrido por uma corrente elétrica (i) em um ambiente com campo magnético ativo. Veja que o sentido da força magnética é direcionado para diferentes partes do fio, mas sempre com sentido para a área externa do plano.
Fluxo magnético
Para entender o que é fluxo magnético, vamos trabalhar a nossa imaginação! Imagine uma superfície plana, quando ela é inserida dentro de um campo magnético uniforme, linhas magnéticas começam a atravessá-la em uma área específica de sua totalidade. E é isso que a ciência entende como fluxo magnético, mais precisamente ainda indicada pela fórmula:
Para decifrar a fórmula, entende-se como “A” a superfície ou área plana colocada em uma presença magnética em um campo uniforme com indução magnética “B”. O fluxo magnético é indicado pela letra Φ (fi), representando o produto entre a indução magnética, a área da superfície plana e o cosseno do ângulo formado. Veja abaixo uma imagem que representa o fluxo magnético:
Como grandeza vetorial, o fluxo magnético conta com direção e sentido e é compreendido como sequência de linhas de indução que atravessam uma superfície. Dessa forma, pode-se concluir que quanto mais linhas magnéticas estiverem atravessando, maior o valor do fluxo presente na superfície.
Lei de Faraday
Quem está se preparando para o vestibular já deve ter ouvido falar sobre a Lei de Faraday, ou mais conhecida como a Lei de Indução Eletromagnética. O princípio foi criado no ano de 1831, pelo físico e químico Michael Faraday, a partir da descoberta da indução eletromagnética, onde depois de muitos experimentos, Faraday percebeu que a variação do fluxo magnético em superfícies condutoras cria uma corrente elétrica, denominada como eletromotriz.
Hoje, a Lei de Faraday é uma das mais importantes para a humanidade, já que é a partir da aplicação desse conhecimento que foi possível a criação de usinas de geração de energia elétrica, motores elétricos, fogão por indução e muitos outros utilitários do nosso dia a dia.
Apesar de ter sido descoberta por Faraday, a fórmula matemática para a Lei de indução eletromagnética foi desenvolvida por Franz Ernst Neumann. Nela, entende-se que existe uma variação de tempo do fluxo magnético em uma superfície e, que por essa razão, ela equivale a um potencial elétrico – medido em volts (V), que pode ser chamado de força eletromotriz induzida. A fórmula da Lei de Faraday é:
Nesta fórmula, o ε é denominado como a força eletromotriz induzida, o ΔΦ é a variação do fluxo magnético e o Δt é o intervalo de tempo.
Para que serve o magnetismo?
O magnetismo é muito importante por suas milhares de aplicações tecnológicas em diferentes circuitos elétricos. É a partir desse processo que muitos itens essenciais foram desenvolvidos, como transformadores, equipamentos médicos, motores, imãs e até mesmo o cartão magnético – aquele que pagamos as nossas compras.
Mas, além disso, o magnetismo é fundamental para a existência de vida no planeta terra! É isso mesmo que você leu. Como já te explicamos um pouco neste artigo, existe um campo magnético que envolve todo o nosso planeta, e ele é o responsável por filtrar partículas alfa enviadas pelo sol, atraindo-as e dissipando-as em forma de luz – formando as famosas auroras boreais.
Imã
Automaticamente, quando falamos em magnetismo, a primeira coisa que vem em mente é o imã. Isso porque esse elemento possui uma intensa e ininterrupta movimentação de elétrons, criando, assim, um campo magnético em sua volta. Esse processo faz com que o imã possa atrair ou repulsar diferentes matérias.
Características do imã
Para identificar o que é um imã, é importante se atentar a alguns atributos que, com certeza, fazem parte do elemento:
Polos magnéticos
O imã possui dois polos magnéticos em sua composição, sendo elas o polo norte (N) e polo sul (S). Esses dois pontos do imã são onde estão presentes a força magnética e são nessas extremidades que acontece a movimentação de atração ou repulsão, baseado na combinação dos polos.
Inseparabilidade dos polos
Outra característica de um imã é que seus polos são inseparáveis, ou seja, mesmo que um imã for dividido ao meio, novos polos norte e sul serão gerados em cada pedaço, formando, assim, novos imãs.
Interação entre polos
Já te explicamos que o imã é composto por um polo norte e um sul, certo?! E eles possuem forças magnéticas que sofrem uma reação quando entram em contato com outros polos, o de atração ou repulsão. Faça o teste, polos iguais (norte com norte, sul com sul) criam uma espécie de barreira quando se aproximam e não é possível juntá-los, já polos diferentes (norte com sul, sul com norte) sofrem com a atração e, quando aproximados, rapidamente se unem.
Magnetismo terrestre
Uma descoberta feita por James Clark Ross, explorador inglês, explica que o planeta terra conta com propriedades que criam um extenso campo magnético. Esse campo existe a partir da rotação entre o núcleo da Terra e suas camadas, que giram em diferentes velocidades.
Seu propósito é ser uma espécie de proteção para o planeta, uma vez que o campo magnético terrestre faz a função de repulsão de raios de partículas alfa enviadas pelo sol em direção a terra, extremamente mortais para a humanidade.
Exemplos de magnetismo
Depois da descoberta do magnetismo e da evolução da ciência, muitas tecnologias passaram a ser criadas a partir desse fenômeno. Algumas das principais criações são:
Alto-falantes
Os alto-falantes fazem parte da composição de muitos dispositivos eletrônicos, como campainhas, buzinas, caixas de som etc. E pouca gente sabe, mas esse componente usa do eletromagnetismo para funcionar e executar sua função, a partir da transformação dos sinais da corrente elétrica em oscilações de pressão no ar, criando, assim, a onda sonora.
Bússolas
Invenção chinesa que usa propriedades magnéticas, que foi desenvolvida para orientação geográfica em qualquer parte do planeta, a bússola possui uma agulha ferromagnética em seu centro que gira a partir da movimentação do campo magnético terrestre. Quando a agulha aponta para o norte geográfico ela está apontando, na verdade, para o sul magnético da terra.
Campo magnético terrestre
Uma força magnética que mantém a vida no planeta Terra presente. Isso porque o campo magnético terrestre impede que partículas de raios mortais vindas do Sol cheguem em solos terrestres, dizimando a humanidade. Esse choque entre essas partículas e o campo magnético pode ser visto a olho nu e é conhecido como o fenômeno natural aurora boreal.
Microfones
Criado a partir do princípio da indução magnética, o microfone é um equipamento que tem como principal atribuição amplificar e intensificar a voz. Para isso, ele faz o trabalho de transformação das vibrações mecânicas do som emitido em oscilações de uma corrente elétrica.
Motores elétricos
Um equipamento que nasceu como a evolução dos motores, já que possui custo baixo, alta tecnologia, boa capacidade de adaptação e facilidade no transporte e limpeza, o motor elétrico atua a partir da interação entre campo magnético e corrente elétrica. Ou seja, existe uma força mecânica na condução da corrente elétrica do motor, esta que está imersa em um campo magnético, que faz a movimentação giratória dos componentes.
Ressonância magnética
A ressonância magnética é um equipamento médico muito utilizado no mundo todo, para detectar e diagnosticar diferentes enfermidades a partir da produção de imagens do corpo humano. Ela funciona gerando campos magnéticos que estimulam átomos e hidrogênios do nosso organismo a emitir uma radiofrequência que permite a captação das imagens.
Caiu no Vestibular!
Muitas universidades adicionam questões que envolvem o tema Magnetismo em seus vestibulares, principalmente instituições renomadas no ensino, como UNESP, UFJF, FGV, UNIFESP, USP, UERJ e muitas outras. Além disso, a prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, do Exame Nacional do Ensino Médio (Enem), também leva em suas edições perguntas relacionadas ao assunto. Por esse motivo, é muito importante se aprofundar e levar este artigo para seu cronograma de estudo.
Texto escrito por: PRAVALER
