Como funcionam os ímãs

Autor: 
Tracy V. Wilson

Tudo começou quando fomos comprar um ímã para fazer uma demonstração de uma armadura líquida. Queríamos mostrar que um campo magnético poderia fazer com que determinados líquidos se comportassem como sólidos. Junto com os pratos de Petri e as limalhas de ferro de que precisávamos, o manual do Steve Spangler Science tinha um ímã de neodímio descrito como "superforte". Fizemos nosso pedido, esperando que o ímã fosse poderoso o suficiente para criar um efeito que pudéssemos capturar em vídeo.

Ferrofluido antes e depois de ser exposto a um ímã

Nosso ferrofluido caseiro antes e depois de ser exposto a um campo magnético

O ímã não transformou apenas nosso fluido de ferro e óleo em um sólido. Às vezes, o empuxo no fluido rachou o prato de Petri que o estava sustentando. Uma vez o ímã, de forma inesperada, escoou de uma das mãos do cinegrafista e caiu em um prato cheio de limalhas secas, o que exigiu uma engenhosidade considerável para ser removido. Ele também grudou em si mesmo com tanta firmeza na parte de baixo de uma mesa de metal que tivemos de usar um alicate para reavê-lo. Quando decidimos que seria mais seguro guardar o ímã em um estojo entre as tomadas, as pessoas, que estavam tensas, momentaneamente ficaram imóveis na mesa, em uma escada e na porta do estúdio.

Pólos magnéticos
Um ímã pode ter vários pólos norte e sul e eles sempre ocorrem em pares. Não pode haver um pólo norte sem um pólo sul correspondente e vice-versa.

No escritório, o ímã passou a ser um objeto de curiosidade e tema de experiências improvisadas. Sua força misteriosa e sua tendência de passar de modo repentino e barulhento de agarrões imprudentes para a superfície de metal mais próxima nos fez pensar. Conhecemos os princípios básicos dos ímãs e do magnetismo, ou seja, os ímãs atraem metais específicos e têm pólos norte e sul. Os pólos opostos se atraem, ao passo que pólos semelhantes se repelem. Os campos magnéticos e elétricos estão relacionados, e o magnetismo, junto com a gravidade e forças atômicas fortes e fracas, é uma das quatro forças fundamentais no universo.

Nenhum desses dados, porém, levou a uma resposta para nossa pergunta mais elementar. O que exatamente faz que um ímã se prenda a determinados metais? Aliás, por que eles não aderem a outros metais? Por que eles se atraem e se repelem, dependendo de sua posição? E o que faz que os ímãs de neodímio sejam mais fortes do que os ímãs de cerâmica com os quais brincamos na infância?

Um ímã cilíndrico e seu campo

As limalhas de ferro (à direita) se enfileiram nas linhas do campo magnético de um ímã de neodímio cilíndrico

Para entender as respostas a essas perguntas, ter uma definição básica de um ímã ajuda. Os ímãs são objetos que produzem campos magnéticos e atraem metais como ferro, níquel e cobalto. Há linhas de força do campo magnético no ímã de seu pólo norte até seu pólo sul. Os ímãs permanentes ou inflexíveis criam seu próprio campo magnético o tempo todo. Os ímãs temporários ou flexíveis produzem campos magnéticos na presença de um campo magnético e um pouco depois de sair dele. Os eletromagnetos produzem campos magnéticos só quando a eletricidade passar por suas bobinas de arame. metal ou ligas. Esses materiais produziam ímãs de forças diferentes. Por exemplo:

Um ímã quadrado e seu campo

As limalhas de ferro (à direita) se enfileiram nas linhas do campo magnético de um ímã de neodímio cúbico

Até pouco tempo atrás, todos os ímãs eram fabricados a partir de elementos de metal ou ligas. Esses materiais produziam ímãs de forças diferentes. Por exemplo:

  • os ímãs de cerâmicas, como os usados nos ímãs de geladeira e em experimentos de ciências no ensino fundamental, contêm óxido de ferro em uma composição de cerâmica. A maioria dos ímãs de cerâmica, às vezes chamados de ímãs férricos, não é muito forte;
  • os ímãs de alnico são compostos por alumínio, níquel e cobalto. Eles são mais fortes do que os ímãs de cerâmica, mas não tão fortes quanto os que fazem parte de uma categoria de elementos chamada metais de terras raras;
  • os ímãs de neodímio contêm ferro, boro e o elemento de terras raras neodímio;
  • os ímãs de cobalto-samário combinam o cobalto com o elemento de terras raras samário. Nos últimos anos, os cientistas também descobriram os polímeros magnéticos ou ímãs plásticos. Alguns deles são flexíveis e moldáveis. Alguns funcionam, contudo, somente em temperaturas extremamente baixas e outros apanham apenas materiais muito leves, como limalhas de ferro.

É preciso um certo esforço para que esses materiais se tornem ímãs. Na próxima seção, vamos dar uma olhada em como isso acontece.