Imãs Naturais e Artificiais - Como o magnetismo do planeta pode ser utilizado para orientação e localização.

Imã

Saiba o que é Imã,  tipos de imãs, naturais e artificiais, os principais processos de imantação, propriedades dos Imãs etc.

Imãs e magnetos

Um imã é definido com um objeto capaz de provocar um campo magnético à sua volta e pode ser natural ou artificial.

Um imã natural é feito de minerais com substâncias magnéticas, como por exemplo, a magnetita, e um imã artificial é feito de um material sem propriedades magnéticas, mas que pode adquirir permanente ou instantaneamente características de um imã natural.

Os imãs artificiais também são subdivididos em: permanentes, temporais ou eletroímãs.

• Um imã permanente é feito de material capaz de manter as propriedades magnéticas mesmo após cessar o processo de imantação, estes materiais são chamados ferromagnéticos.

• Um imã temporal tem propriedades magnéticas apenas enquanto se encontra sob ação de outro campo magnético, os materiais que possibilitam este tipo de processo são chamados paramagnéticos.

• Um eletroímã é um dispositivo composto de um condutor por onde circula corrente elétrica e um núcleo, normalmente de ferro. Suas características dependem da passagem de corrente pelo condutor; ao cessar a passagem de corrente cessa também a existência do campo magnético.

Chamamos corpo neutro àquele que não tem propriedade magnética: corpo imantado àquele que se tornou ímã. Chamamos imantação ao processo pelo qual um corpo neutro se torna imantado. 

Teoricamente, qualquer corpo pode se tornar um ímã. Mas a maioria dos corpos oferece uma resistência muito grande à imantação. Os corpos que se imantam com grande facilidade são o ferro e certas ligas de ferro usadas na fabricação de ímãs permanentes. Uma dessa ligas é o ALNICO, composta de ferro, alumínio, níquel, cobre e cobalto.

Os principais processos de imantação são:

1 - Por indução magnética

É o fenômeno pelo qual uma barra de ferro se imanta quando fica próxima de um ímã.

2 - Por atrito

Quando uma barra de ferro neutra é atritada com um ímã, ela se imanta. É necessário que sejam atritados sempre no mesmo sentido, porque o atrito num sentido desfaz a ímantação obtida no outro.

3 - Por corrente elétrica

Suponhamos que um condutor seja enrolado em uma barra de ferro e percorrido por uma corrente elétrica; a barra de ferro se torna um ímã. Como a imantação foi obtida por meio de uma corrente elétrica, esse ímã é chamado eletroímã (fig. 223). Os eletroímãs são bastante comodos por dois motivos: 1^o) conseguimos obter eletroímãs muito mais possantes do que os ímãs naturais; 2^o) podemos fazer um verdadeiro controle do eletroímã, controlando a corrente que passa por ele; assim, aumentando a intensidade da corrente, o eletroímã se torna mais possante; suprimindo-se a corrente, ele deixa de funcionar, etc.

                                 

                                       

Um exemplo de como fazer um eletroímã você encontra no link do vídeo abaixo:


                           
                      http://www.youtube.com/watch?v=j2kHpzP7elQ




Propriedades dos Imãs

Pólos magnéticos

São as regiões onde se intensificam as ações magnéticas. Um imã é composto por dois pólos magnéticos, norte e sul, normalmente localizados em suas extremidades, exceto quando estas não existirem, como em um imã em forma de disco, por exemplo. Por esta razão são chamados dipolos magnéticos.
Para que sejam determinados estes pólos, se deve suspender o imã pelo centro de massa e ele se alinhará aproximadamente ao pólo norte e sul geográfico recebendo nomenclatura equivalente. Desta forma, o pólo norte magnético deve apontar para o pólo norte geográfico e o pólo sul magnético para o pólo sul geográfico.

Atração e repulsão

Ao manusear dois imãs percebemos claramente que existem duas formas de colocá-los para que estes sejam repelidos e duas formas para que sejam atraídos. Isto se deve ao fato de que pólos com mesmo nome se repelem, mas pólos com nomes diferentes se atraem, ou seja:

Esta propriedade nos leva a concluir que os pólos norte e sul geográficos não coincidem com os pólos norte e sul magnéticos. Na verdade eles se encontram em pontos praticamente opostos, como mostra a figura abaixo:

A inclinação dos eixos magnéticos em relação aos eixos geográficos é de aproximadamente 191°,  fazendo com os seus pólos sejam praticamente invertidos em relação aos pólos geográficos.

Curiosidades

A experiência a seguir é um bom exemplo de eletroímã.

Motor elétrico caseiro

O motor elétrico possui dois ímãs, um é o ímã do auto falante e a bobina é o outro. Quando enrolamos um fio para formar uma bobina e fazemos a eletricidade passar por ela, ela se torna um eletroímã.

A energia elétrica da pilha transforma a bobina em um eletroímã. O eletroímã e o imã do auto falante se repelem isso faz girar a bobina.

Retirando somente uma parte do verniz, transformamos o fio em um interruptor que liga e desliga. Quando a parte lixada do fio entra em contato com o suporte condutor o interruptor está ligado, e os ímãs se repelem. Quando a parte esmaltada entra em contato com o suporte condutor o interruptor está desligado. Isso se repete sempre enquanto a bobina gira e mantém o motor em movimento. 

Materiais utilizados:

Base de madeira, fio flexível de cobre, fio de cobre esmaltado, ímã de alto falante, suporte de metal condutor, pilha AA.

Veja no link abaixo o vídeo do nosso motor elétrico caseiro em funcionamento.

         

             http://www.youtube.com/watch?v=jfeQ5UE9kVo&feature=youtu.be

Campo magnético terrestre

O campo magnético terrestre assemelha-se a um dipolo magnético com seus pólos próximos aos pólos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os pólos sul e norte magnéticos apresenta uma inclinação de aproximadamente 11,3º relativa ao eixo de rotação da Terra. A teoria do dínamo é a mais aceita para explicar a origem do campo. Um campo magnético, genericamente, se estende infinitamente. Um campo magnético vai se tornando mais fraco com o aumento da distância da sua fonte. Como o efeito do campo magnético terrestre se estende por várias dezenas de milhares de quilómetros, no espaço ele é chamado de magnetosfera da Terra.

Orientação e localização

Para chegar a um determinado lugar pela primeira vez é preciso ter referências ou o endereço, isso no campo ou na cidade, no entanto, nem sempre temos em nossas mãos instrumentos ou informações para a orientação. Em áreas naturais como as grandes florestas, desertos e oceanos não têm placas ou endereços para informar qual caminho se deve tomar. 

Nessas circunstâncias temos duas opções para nos orientar, que são pelos astros ou por instrumentos.

O primeiro tem sua utilização difundida há muito tempo, principalmente no passado quando pessoas que percorriam grandes distâncias se orientavam por meio da observação do sol, da lua ou das estrelas, apesar de que não possui a mesma precisão dos instrumentos esse tipo de recurso pode ser bem aproveitado dependendo da ocasião.

Até nos dias atuais pequenas embarcações desprovidas de equipamentos de orientação fazem o uso dos astros para se localizar e orientar. Nos grandes centros urbanos parte deles ou mesmo um conjunto de bairros são chamados de zona oeste, zona leste e assim por diante, as pessoas se orientam sem estar munidas de bússola, basta saber que o sol nasce leste para se localizar.

Já no caso da orientação por instrumentos foram criados diversos deles com objetivo de tornar o processo mais dinâmico e preciso. Dentre vários instrumentos inventados o mais utilizado é a bússola, esse corresponde a um objeto composto por uma agulha com imã que gira sobre uma rosa-dos-ventos. 

                                                                    Bússola

A bússola é um instrumento de navegação e orientação baseado em propriedades magnéticas dos materiais ferromagnéticos e docampo magnético terrestre. A palavra bússola vem do italiano bussola, que significa “pequena caixa” de madeira de buxo.
As bússolas são geralmente compostas por uma agulha magnetizada colocada num plano horizontal e suspensa pelo seu centro de gravidade de forma que possa girar livremente, e que orienta-se sempre em direção próxima à direção norte-sul geográfica de forma a ter a ponta destacada - geralmente em vermelho - indicando o sentido que leva ao sul magnético da Terra, ou de forma equivalente, a um ponto próximo ao polo norte geográfico da Terra.
A bússola é sem dúvida o instrumento mais conhecido da Era dos Descobrimentos, pois foi provavelmente o mais importante. Indicando sempre o sentido sul magnético, o que significa indicar aproximadamente norte geográfico, tal instrumento constituiu e constitui instrumento indispensável a todo e qualquer navegador. A equivalência ocorre devido ao fato dos polos norte magnético e norte geográfico situarem-se em hemisférios distintos do globo[1][2].
As bússolas atuais variam um pouco entre si, mas têm os mesmos componentes básicos. Com o mesmo nome de bússola pode ser designado qualquer dispositivo magnético que use uma agulha para indicar o sentido do polo sul magnético da magnetosfera do planeta, bem como qualquer instrumento eletrónico com o mesmo fim.
O uso da bússola para fins precisos requer que se tenha em mãos também um mapa cartográfico que indique a correção a ser feita na leitura bruta da bússola a fim de se localizar o norte geográfico corretamente. Tal correção deriva não apenas do fato dos polos magnéticos e geográficos não coincidirem precisamente mas também do fato de a leitura da bússola ser diretamente influenciada pelas condições ambientais locais - a exemplo pela grande presença de material ferromagnético no solo. As cartas de navegação normalmente apresentam tal informação sob o nome de "declinação magnética" do local.