Magnetismo e Eletromagnetismo

Ímãs naturais e artificiais

Entre os minérios de ferro extraídos para a indústria metalúrgica está um minério denominado minério de ferro magnético. Este minério tem a propriedade de atrair objetos de ferro para si.

Um pedaço desse minério de ferro é chamado de ímã natural, e a propriedade de atração que ele exibe é o magnetismo.

Atualmente, o fenômeno do magnetismo é amplamente utilizado em diversas instalações elétricas. No entanto, agora eles não usam ímãs naturais, mas os chamados ímãs artificiais.

Os ímãs artificiais são feitos de aços especiais. Uma peça desse aço é magnetizada de maneira especial, após o que adquire propriedades magnéticas, ou seja, torna-se ímã permanente.

A forma dos ímãs permanentes pode ser muito diversa, dependendo de sua finalidade.

Em um ímã permanente, apenas seus pólos têm forças gravitacionais. A extremidade voltada para o norte do ímã é chamada de ímã do pólo norte, e a extremidade voltada para o sul é o ímã do pólo sul. Todo ímã permanente tem dois pólos: norte e sul. O pólo norte de um ímã é indicado pela letra C ou N, o pólo sul pela letra Yu ou S.

O ímã atrai para si ferro, aço, ferro fundido, níquel e cobalto. Todos esses corpos são chamados de corpos magnéticos. Todos os outros corpos que não são atraídos por um ímã são chamados de corpos não magnéticos.

A estrutura do ímã. Magnetização

Todo corpo, incluindo o magnético, consiste nas menores partículas - moléculas. Ao contrário das moléculas de corpos não magnéticos, as moléculas de um corpo magnético possuem propriedades magnéticas, representando ímãs moleculares. Dentro de um corpo magnético, esses ímãs moleculares são dispostos com seus eixos em direções diferentes, de modo que o corpo em si não exibe nenhuma propriedade magnética. Mas se esses ímãs forem forçados a girar em torno de seus eixos, de modo que seus pólos norte gire em uma direção e seus pólos sul em outra, o corpo adquirirá propriedades magnéticas, ou seja, se tornará um ímã.

O processo pelo qual um corpo magnético adquire as propriedades de um ímã é chamado de magnetização... Na produção de ímãs permanentes, a magnetização é realizada com a ajuda de uma corrente elétrica. Mas você pode magnetizar o corpo de outra maneira, usando um ímã permanente comum.

Se um ímã retilíneo for cortado ao longo de uma linha neutra, serão obtidos dois ímãs independentes e a polaridade das extremidades do ímã será preservada e pólos opostos aparecerão nas extremidades obtidas como resultado do corte.

Cada um dos ímãs resultantes também pode ser dividido em dois ímãs e, por mais que continuemos com essa divisão, sempre obteremos ímãs independentes com dois pólos. É impossível obter uma barra com um pólo magnético. Este exemplo confirma a posição de que o corpo magnético consiste em muitos ímãs moleculares.

Os corpos magnéticos diferem uns dos outros no grau de mobilidade dos ímãs moleculares. Existem corpos que são rapidamente magnetizados e com a mesma rapidez desmagnetizados. Por outro lado, existem corpos que magnetizam lentamente, mas mantêm suas propriedades magnéticas por muito tempo.

Assim, o ferro é rapidamente magnetizado sob a ação de um ímã externo, mas também rapidamente desmagnetizado, ou seja, perde suas propriedades magnéticas quando o ímã é removido. O aço, depois de magnetizado, mantém suas propriedades magnéticas por muito tempo, ou seja , torna-se um imã permanente.

A propriedade do ferro de magnetizar e desmagnetizar rapidamente é explicada pelo fato de que os ímãs moleculares do ferro são extremamente móveis, eles giram facilmente sob a influência de forças magnéticas externas, mas retornam rapidamente à sua posição desordenada anterior quando o corpo magnetizador é removido.

No ferro, porém, uma pequena proporção dos imãs, e após a retirada do imã permanente, ainda permanecem por algum tempo na posição que ocupavam no momento da magnetização. Portanto, após a magnetização, o ferro retém propriedades magnéticas muito fracas. Isso é confirmado pelo fato de que, quando a placa de ferro foi removida do pólo do ímã, nem toda a serragem caiu de sua extremidade - uma pequena parte dela permaneceu atraída pela placa.

A propriedade do aço de permanecer magnetizado por muito tempo é explicada pelo fato de que os ímãs moleculares do aço dificilmente giram na direção desejada durante a magnetização, mas mantêm sua posição estável por muito tempo mesmo após a remoção do corpo magnetizador.

A capacidade de um corpo magnético de exibir propriedades magnéticas após a magnetização é chamada de magnetismo residual.

O fenômeno do magnetismo residual é causado pelo fato de que em um corpo magnético existe uma chamada força retardadora que mantém os ímãs moleculares na posição que ocupam durante a magnetização.

No ferro, a ação da força retardadora é muito fraca, fazendo com que ele se desmagnetize rapidamente e tenha muito pouco magnetismo residual.

A propriedade do ferro de magnetizar e desmagnetizar rapidamente é amplamente utilizada na engenharia elétrica. Basta dizer que os núcleos de cada eletroímãsos usados ​​em aparelhos elétricos são feitos de ferro especial com baixíssimo magnetismo residual.

O aço tem um grande poder de retenção, devido ao qual a propriedade do magnetismo é preservada nele. é por isso imãs permanentes são feitos de ligas de aço especiais.

As propriedades dos ímãs permanentes são adversamente afetadas por choques, impactos e flutuações repentinas de temperatura. Se, por exemplo, um ímã permanente for aquecido ao vermelho e depois resfriado, ele perderá completamente suas propriedades magnéticas. Da mesma forma, se você sujeitar um ímã permanente a choques, sua força de atração diminuirá significativamente.

Isso é explicado pelo fato de que com fortes aquecimentos ou choques, a ação de uma força retardadora é superada e, assim, o arranjo ordenado dos ímãs moleculares é perturbado. Portanto, ímãs permanentes e dispositivos de ímãs permanentes devem ser manuseados com cuidado.

Linhas de força magnética. Interação dos pólos dos ímãs

Em torno de cada ímã existe um chamado campo magnético.

Um campo magnético é chamado de espaço no qual as forças magnéticas... O campo magnético de um ímã permanente é aquela parte do espaço na qual atuam os campos de um ímã retilíneo e as forças magnéticas desse ímã.

As forças magnéticas do campo magnético agem em certas direções... As direções de ação das forças magnéticas convencionadas são chamadas de linhas de força magnéticas... Este termo é amplamente utilizado no estudo da engenharia elétrica, mas deve ser lembrado que as linhas de força magnética não são materiais: este é um termo convencional introduzido apenas para facilitar a compreensão das propriedades do campo magnético.

A forma do campo magnético, ou seja, a localização das linhas do campo magnético no espaço depende da forma do próprio ímã.

As linhas de campo magnético têm várias propriedades: estão sempre fechadas, nunca se cruzam, tendem a seguir o caminho mais curto e se repelem se estiverem apontando na mesma direção. É geralmente aceito que as linhas de força saem do pólo norte do ímã e entrar em seu pólo sul; dentro do ímã, eles têm uma direção do pólo sul para o norte.

Os pólos magnéticos semelhantes se repelem, os pólos magnéticos diferentes se atraem.

É fácil se convencer da correção de ambas as conclusões na prática. Pegue uma bússola e traga até ela um dos pólos de um ímã retilíneo, por exemplo, o pólo norte. Você verá que a seta irá instantaneamente virar sua extremidade sul para o pólo norte do ímã. Se você girar rapidamente o ímã em 180 °, a agulha magnética girará imediatamente em 180 °, ou seja, sua extremidade norte ficará voltada para o pólo sul do ímã.

Indução magnética. Fluxo magnético

A força de ação (atração) de um imã permanente sobre um corpo magnético diminui à medida que aumenta a distância entre o pólo do imã e este corpo. Um ímã exibe a maior força de atração diretamente em seus pólos, ou seja, exatamente onde as linhas de força magnética estão mais densamente localizadas. Afastando-se do pólo, a densidade das linhas de força diminui, elas são encontradas cada vez mais raramente, junto com isso, a força de atração do ímã também enfraquece.

Assim, a força de atração de um ímã em diferentes pontos do campo magnético não é a mesma e é caracterizada pela densidade das linhas de força. Para caracterizar o campo magnético em seus vários pontos, uma quantidade chamada indução de campo magnético é introduzida.

A indução magnética do campo é numericamente igual ao número de linhas de força que passam por uma área de 1 cm2, localizadas perpendicularmente à sua direção.

Isso significa que quanto maior a densidade das linhas de campo em um determinado ponto do campo, maior a indução magnética naquele ponto.

O número total de linhas magnéticas de força passando por qualquer região é chamado de fluxo magnético.

O fluxo magnético é denotado pela letra F e está relacionado com a indução magnética através da seguinte relação:

Ф = BS,

onde F é o fluxo magnético, V é a indução magnética do campo; S é a área penetrada por um dado fluxo magnético.

Esta fórmula é válida apenas se a área S for perpendicular à direção do fluxo magnético. Caso contrário, a magnitude do fluxo magnético também dependerá do ângulo em que a área S está localizada e, então, a fórmula assumirá uma forma mais complexa.

O fluxo magnético de um imã permanente é determinado pelo número total de linhas de força que passam pela seção transversal do imã.Quanto maior o fluxo magnético de um ímã permanente, mais atraente é esse ímã.

O fluxo magnético de um ímã permanente depende da qualidade do aço do qual o ímã é feito, do tamanho do próprio ímã e do grau de sua magnetização.

Permeabilidade magnética

A propriedade de um corpo de permitir o fluxo magnético através de si mesmo é chamada de permeabilidade magnética... É mais fácil para o fluxo magnético passar pelo ar do que por um corpo não magnético.

Ser capaz de comparar diferentes substâncias de acordo com a sua permeabilidade magnética, costuma-se considerar a permeabilidade magnética do ar igual à unidade.

Eles são chamados de substâncias com permeabilidade magnética menor que a unidade diamagnética... Eles incluem cobre, chumbo, prata, etc.

Alumínio, platina, estanho, etc. Eles têm uma permeabilidade magnética ligeiramente maior que a unidade e são chamados de substâncias paramagnéticas.

Substâncias com permeabilidade magnética muito maior que um (medida em milhares) são chamadas de ferromagnéticas. Estes incluem níquel, cobalto, aço, ferro, etc. Todos os tipos de dispositivos magnéticos e eletromagnéticos e peças de várias máquinas elétricas são produzidos a partir dessas substâncias e suas ligas.

De interesse prático para as tecnologias de comunicação são as ligas especiais de ferro-níquel chamadas permaloid.