Propriedades magnéticas de magnetismo de materiais, usos

Ele magnetismo o energia magnética é uma força de natureza associada ao movimento de cargas elétricas e capaz de produzir atração ou repulsão em certas substâncias. Ímãs são fontes de magnetismo bem conhecidas.

Dentro dessas interações, são produzidas que se traduzem na presença de campos magnéticos, que exercem sua influência em pequenos pedaços de ferro ou níquel, por exemplo.

As belas cores das luzes do norte são devidas ao fato de que as partículas cósmicas emitem energia quando desviadas pelo campo magnético da Terra. Fonte: Pixabay.

O campo magnético de um ímã fica visível quando é colocado sob um papel sobre o qual os arquivos de ferro são espalhados. Os limites são imediatamente orientados ao longo das linhas de campo, criando uma imagem disso em duas dimensões.

Outra fonte bem conhecida são os fios que transportam corrente elétrica; Mas, diferentemente dos ímãs permanentes, o magnetismo desaparece quando a corrente cessa.

Sempre que um campo magnético ocorre em algum lugar, algum agente tinha que trabalhar. A energia investida nesse processo é armazenada no campo magnético criado e pode ser considerado como energia magnética.

O cálculo de quanta energia magnética é armazenada no campo depende disso e da geometria do dispositivo ou da região onde foi criada.

Indutor.

[TOC]

História e descoberta

Aplicações antigas

As lendas contadas por Pliny sobre a Grécia antiga falam de magnatas do pastor, que mais de 2000 anos atrás encontraram um mineral misterioso capaz de atrair peças de ferro, mas não outros materiais. Era magnetita, um óxido de ferro com fortes propriedades magnéticas.

A razão da atração magnética permaneceu escondida por centenas de anos. Na melhor das hipóteses, foi atribuído a fatos sobrenaturais. Embora não por esse motivo, eles pararam de encontrar aplicativos interessantes, como a bússola.

A bússola inventada pelos chineses faz uso do magnetismo da própria terra para que o usuário seja orientado durante a navegação.

Primeiros estudos científicos

O estudo dos fenômenos magnéticos teve um grande avanço graças a William Gilbert (1544 - 1603). Este cientista inglês da era elizabetana estudou o campo magnético de um ímã esférico e concluiu que a terra deveria ter seu próprio campo magnético.

De seu estudo sobre os ímãs, ele também notou que não conseguiu obter postes magnéticos separados. Quando um ímã é seccionado em dois, os novos ímãs também têm os dois postes.

No entanto, foi no início do século XIX quando os cientistas notaram a existência da relação entre corrente elétrica e magnetismo.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), nascido na Dinamarca, tinha em 1820 a ocorrência de passar uma corrente elétrica através de um motorista e observar o efeito que isso tinha em uma bússola. A bússola foi desviada e, quando a corrente deixou de fluir, a bússola apontou novamente como sempre para o norte.

Esse fenômeno pode ser verificado trazendo a bússola para um dos cabos que deixam a bateria do carro, enquanto o início é ativado.

No momento do fechamento do circuito, a agulha deve experimentar uma deflexão observável, pois as baterias de carros podem fornecer correntes altas o suficiente para que a bússola se desvie.

Pode servir a você: Pleiades: História, Origem e Composição

Dessa forma, ficou claro que as acusações de movimento são aquelas que dão origem ao magnetismo.

Pesquisa moderna

Alguns anos após os experimentos de Oersted, o pesquisador britânico Michael Faraday (1791 - 1867) marcou outro marco ao descobrir que os campos magnéticos variáveis, por sua vez, dão origem a correntes elétricas.

Ambos os fenômenos, elétricos e magnéticos, estão intimamente ligados um ao outro, sendo que cada um pode levar ao outro. Unificá -los foi encomendado pelo discípulo de Faraday, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), nas equações que leva seu nome.

Essas equações contêm e resumem a teoria eletromagnética e ainda são válidas na física relativística.

Propriedades magnéticas dos materiais

Por que alguns materiais exibem propriedades magnéticas ou adquirem magnetismo facilmente? Sabemos que o campo magnético se deve a cargas em movimento; portanto, dentro do ímã, deve haver correntes elétricas invisíveis que dão origem ao magnetismo.

Toda a matéria contém elétrons que orbitam o núcleo atômico. O elétron pode ser comparado à terra, que tem um movimento de tradução ao redor do sol e também de rotação em seu próprio eixo.

A física clássica atribui movimentos semelhantes ao elétron, embora a analogia não seja totalmente exata. No entanto, o ponto é que ambas as propriedades do elétron fazem com que se comporte como uma pequena espira que cria campo magnético.

A propriedade que contribui mais contribui para o campo magnético do átomo é o elétron. Em átomos com muitos elétrons, eles são agrupados em pares e com espinhos opostos. Assim, seus campos magnéticos são cancelados. Isso é o que acontece em grande parte dos materiais.

No entanto, existem alguns minerais e compostos em que há um elétron desaparecido. Dessa forma, o campo magnético líquido não é anulado. Isso cria um Momento magnético, Um vetor cuja magnitude é o produto da corrente pela área do circuito.

Os momentos magnéticos contíguos interagem entre si e formam regiões chamadas Domínios magnéticos, em que muitos giros estão alinhados na mesma direção. O campo magnético resultante é muito intenso.

Ferromagnetismo, paramagnetismo e diamagnetismo

Os materiais que têm essa qualidade são chamados Ferromagnético. Existem alguns: ferro, níquel, cobalto, gadolinio e algumas ligas deles.

O restante dos elementos na tabela periódica não possui esses efeitos magnéticos pronunciados. Se enquadra na categoria de paramagnético qualquer diamagnético.

De fato, o diamagnetismo é uma propriedade de todos os materiais, que experimentam uma ligeira repulsa na presença de um campo magnético externo. O bismuto é o elemento com o diamagnetismo mais acentuado.

Por sua vez, o paramagnetismo consiste em uma resposta magnética menos intensa do que o ferromagnetismo, mas igualmente a atração. Substâncias paramagnéticas são, por exemplo, alumínio, ar e alguns óxidos de ferro, como Goetita.

Usos da energia magnética

O magnetismo faz parte das forças fundamentais da natureza. Como os seres humanos também fazem parte disso, eles são adaptados à existência de fenômenos magnéticos, bem como ao resto da vida no planeta. Por exemplo, alguns animais usam o campo magnético da terra para guiar geograficamente.

Pode atendê -lo: análise dimensional

De fato, acredita -se que os pássaros realizem suas longas migrações graças ao fato de que, em seus cérebros, eles têm um tipo de bússola orgânica que lhes permite perceber e usar o campo geomagnético.

Enquanto os humanos não têm uma bússola como essa, eles têm a capacidade de modificar o ambiente de muitas outras maneiras do que o resto do reino animal. Assim, os membros de nossa espécie usaram magnetismo para seu benefício do mesmo momento em que o primeiro pastor grego descobriu a pedra.

Algumas aplicações de energia magnética

A partir de então, existem muitas aplicações de magnetismo. Aqui estão alguns:

- A bússola já mencionada, que faz uso do campo geomagnético da terra para guiar geograficamente.

- TVs antigos, computadores e osciloscópios, baseados no tubo de raios catódicos, que usam bobinas que geram campos magnéticos. Estes são responsáveis ​​por desviar o feixe de elétrons para impactar certos lugares na tela, formando a imagem.

- Espectrômetros de massa, usados ​​para estudar vários tipos de moléculas e com muitas aplicações em bioquímica, criminologia, antropologia, história e outras disciplinas. Eles fazem uso de campos elétricos e magnéticos para desviar as partículas carregadas em trajetórias que dependem de sua velocidade.

- Propulsão magneto -hidrodinâmica, na qual uma força magnética promove um jato de água do mar (bom motorista) de volta, de modo que, pela terceira lei de Newton, um veículo ou barco receba um impulso para a frente.

- Ressonância magnética, um método não invasivo para obter imagens do interior do corpo humano. Basicamente, ele usa um campo magnético muito intenso e a resposta dos núcleos de hidrogênio (prótons) presentes nos tecidos é analisada, que têm a propriedade acima mencionada do spin.

Essas aplicações já estão estabelecidas, mas no futuro acredita -se que o magnetismo também possa combater doenças como o câncer de mama, através de técnicas hipertermic, que produzem calor induzido magneticamente.

A idéia é injetar magnetita de fluido diretamente no tumor. Graças ao calor produzido por correntes induzidas magneticamente, as partículas de ferro aqueceriam o suficiente para destruir células malignas.

Vantagens e desvantagens

Ao pensar no uso de um certo tipo de energia, sua conversão é necessária em algum tipo de movimento, como o de uma turbina, um elevador ou um veículo, por exemplo; ou que é transformado em energia elétrica que se liga a algum dispositivo: televisão, televisão, caixas eletrônicos e coisas assim.

A energia é uma magnitude com múltiplas manifestações que podem ser modificadas de várias maneiras. A energia de um pequeno ímã pode se mover mais do que algumas moedas continuamente?

Para ser utilizável, a energia deve ter um grande alcance e prosseguir com uma fonte muito abundante.

Energias primárias e secundárias

Na natureza estão essas energias, das quais os outros tipos são produzidos. Eles são conhecidos como energias primárias:

- Energia solar.

- Energia Atômica.

- Energia geotérmica.

- Energia eólica.

- Energia de biomassa.

- Energia de combustível fóssil e mineral.

Energias secundárias, como eletricidade e calor, ocorrem a partir desses. Onde está a energia magnética aqui?

Eletricidade e magnetismo não são dois fenômenos separados. De fato, ambos o United são conhecidos como fenômenos eletromagnéticos. Desde que exista um deles o outro.

Pode atendê -lo: Indutância mútua: fórmula/coeficiente, aplicações, exercícios

Onde houver eletricidade, haverá energia magnética de alguma forma. Mas essa é uma energia secundária, que requer a transformação anterior de algumas das energias primárias.

Características das energias primárias e secundárias

As vantagens ou desvantagens do uso de algum tipo de energia são estabelecidas de acordo com muitos critérios. Entre eles estão o quão fácil e barato é sua produção, e também quanto é capaz de influenciar negativamente o processo no ambiente e nas pessoas.

Algo importante para levar em consideração é que as energias são transformadas muitas vezes antes que possam ser usadas.

Quantas transformações devem ocorrer para fabricar o ímã com o qual a lista de compras deixará a porta da geladeira? Quantos para construir um carro elétrico? Certamente.

E quão limpo é energia magnética ou eletromagnética? Há quem acredita que a exposição constante a campos eletromagnéticos de origem humana causam problemas de saúde e ambientais.

Atualmente, existem inúmeras linhas de pesquisa dedicadas a estudar a influência desses campos na saúde e no meio ambiente, mas de acordo com as prestigiadas organizações internacionais, não há evidências conclusivas de que elas sejam prejudiciais.

Exemplos de energia magnética

Um dispositivo que serve para conter energia magnética é conhecido como indutor. É uma bobina que é formada pela rolagem de fio de cobre com número suficiente de voltas e é útil em muitos circuitos para restringir a corrente e impedir que ele mude bruscamente.

Bobina de cobre. Fonte: Pixabay.

Ao circular uma corrente através das curvas de uma bobina, um campo magnético é criado dentro.

Se a corrente mudar, o mesmo acontece com as linhas de campo magnéticas. Essas mudanças induzem uma corrente que se opõe, de acordo com a lei de indução de Faraday-Lenz.

Quando a corrente aumenta ou diminui repentinamente, a bobina se opõe, portanto, pode ter efeitos protetores no circuito.

A energia magnética de uma bobina

No campo magnético criado no volume delimitado pelas curvas da bobina, a energia magnética é armazenada, que será denotada como OU_B E isso depende de:

- A intensidade do campo magnético B.

- A área da seção transversal da bobina PARA.

- O comprimento da bobina eu.

- Permeabilidade a vácuo μ_qualquer.

É calculado da seguinte forma:

O produto PARA.eu É equivalente ao volume bloqueado pela bobina.

Esta equação é válida em qualquer região do espaço onde existe um campo magnético. Se o volume for conhecido V da referida região, sua permeabilidade e a intensidade do campo, é possível calcular quanta energia magnética tem.

Exercício resolvido

O campo magnético dentro de uma bobina cheia de ar de 2.0 cm de diâmetro e 26 cm de comprimento tem 0.70 t. Quanta energia é armazenada neste campo?

Dados: a permeabilidade do vácuo é μ_qualquer = 4π . 10^-7 T.m/a

Solução

Os valores numéricos são substituídos na equação anterior, tomando cuidado para converter os valores para as unidades do sistema internacional.

Referências

1. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. Sexta edição. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Física 12. Pearson. 135-146.