Imãs Naturais e Atificiais

Imã

Imã natural: capacidade de atrair o ferro e outros metais

Definição

O imã, também conhecido como magneto, é uma substância que possui a capacidade de atrair substâncias magnéticas (ferro ou outros metais).

Existem dois tipos de imãs:

Imãs Naturais – são aqueles que encontramos na natureza e são compostos por minério de ferro (óxido de ferro). Este tipo de ferro magnético é denominado magnetita.

Imãs Artificiais – são aqueles que adquirem propriedade magnética ao serem atritados com um imã natural. A capacidade magnética destes imãs podem superar a dos imãs naturais.

Os imãs possuem dois polos  (norte e sul). O polo sul de um imã aponta para o polo sul do Planeta Terra, enquanto o polo norte de um imã aponta para o polo norte do Planeta Terra.

Magnetismo

Imã: utilizado nos estudos de magnetismo

O magnetismo é um ramo da Física que estuda os fenômenos e propriedades relacionadas aos imãs. Estes, são elementos encontrados da natureza que possuem capacidades de atrair ou repelir alguns tipos de metais e também outros imãs.

O estudo do magnetismo é fundamental para o desenvolvimento da eletricidade e da engenharia. Os imãs são muito utilizados em equipamentos elétricos e eletrônicos. Quase todos os motores e geradores elétricos, por exemplo, possuem imã. Os conhecimentos de magnetismo são utilizados também para a fabricação de telefones, televisores, caixas de som, bússolas, etc.

Na Grécia Antiga já havia conhecimentos sobre o magnetismo. Tales de Mileto, por exemplo, chegou a retratar as propriedades de elementos com capacidades magnéticas.

Porém, somente em 1873 que o pesquisador Maxwell formulou leis capazes de descrever os fenômenos magnéticos. Foi este pesquisador que relacionou os efeitos do magnetismo com a eletricidade, dando origem aos estudos no campo de eletromagnetismo.

O que se entende por um ímã natural? e por um ímã artificial?

Um imã natural é um corpo que emite campo magnético e atrai metais naturalmente, e um imã artificial é um corpo (geralmente um metal ) que ao ser atravessado por uma corrente elétrica emite campo magnético e tem a propriedade de atrair metais.

Imãs

O Imã é um objeto que provoca um campo elétrico à sua volta além de provocar também em torno de si e em seus lados.

O que é e do que é feito o imã?

Os imãs podem ser naturais ou artificiais, e permanentes ou temporais.

Um imã natural é um mineral com propriedades magnéticas, como a Magnetita, que é um óxido de Ferro (Fe3O4).

Um imã Neodímio Ferro Boro é um poderoso imã feito a partir de uma combinação de neodímio, ferro e boro — Nd2Fe14B. Esses imãs são muito poderosos em comparação a sua massa, mas também são mecanicamente frágeis e perdem seu magnetismo em temperaturas acima de 120°C.

Um imã artificial é um corpo de material ferromagnético que é submetido à um intenso campo magnético; por fricção com um ímã natural ou pela ação de correntes elétricas (eletromagnetismo) adquire propriedades magnéticas.

Um imã permanente é feito de aço imantado (ferro com alto teor de carbono), afim de manter permanentemente seu poder magnético. Também é utilizado Alnico ou Ferrite em alguns casos. No entanto, uma forte descarga elétrica, um impacto de grande magnitude, ou uma aplicação de uma elevada quantidade de calor podem causar perda de força magnética do imã. Em altas temperaturas, os imãs permanentes perdem seu magnetismo temporariamente, readiquirindo quando são resfriados.

Um imã temporal é temporariamente imantado por uma fonte de ondas eletromagnéticas. Quando a emissão dessas ondas cessa o imã temporal deixa de possuir seu campo magnético. Esses imãs são feitos com materias paramagnéticos (normalmente ferro com baixo teor de carbono) por isso quando o campo magnético é removido o movimento Browniano rompe o alinhamento magnético do imã temporal.

Um eletroimã é uma bobina (ou uma espira) por onde circula uma corrente elétrica, gerando um campo magnético. O eletroíma é uma espécie de imã temporal, pois seu campo magnético acaba quando é interompida a passagem da corrente elétrica pela bobina.

Por que o ímã atrai o Ferro?

Definição
O imã, também conhecido como magneto, é uma substância que possui a capacidade de atrair substâncias magnéticas. (ferro ou outros metais).
Existem dois tipos de imãs:
Imãs Naturais – são aqueles que encontramos na natureza e são compostos por minério de ferro (óxido de ferro). Este tipo de ferro magnético é denominado magnetita.

Imãs Artificiais – são aqueles que adquirem propriedade magnética ao serem atritados com um imã natural. A capacidade magnética destes imãs podem superar a dos imãs naturais.

Como Funciona:
Nos átomos, os elétrons e o núcleo encontram-se sempre em um movimento de rotação chamado spin. Se eles giram em sentidos diferentes, um movimento compensa o outro e não há magnetismo. É o que acontece na maioria dos materiais. Nos ímãs, porém, ambos giram na mesma direção e é isso que causa um campo magnético intenso. O ferro tem a mesma tendência de os átomos mais próximos uns dos outros girarem no mesmo sentido, criando também minúsculos campos magnéticos. Se ele estiver próximo de um ímã, os movimentos de rotação desses átomos passam a se direcionar no sentido do ímã (devido ao campo magnético deste) e, dessa forma, o ferro é atraído. O mais curioso é que, se o campo magnético do ímã for bastante intenso, a orientação dos átomos do ferro permanecerá ordenada mesmo depois que o ímã for retirado. Assim, o próprio ferro passa a ter um campo magnético capaz de atrair outros objetos ferrosos.

Normalmente, os campos magnéticos do ferro se ordenam em pequenas regiões, Quando próximos de um ímã, todos eles se direcionam no mesmo sentido

 Auto-falantes e telefones

Os imãs naturais são minérios com um campo magnético capaz de atrair os ferros e outros metais, mas também existem os imãs artificiais. Uma experiência simples revela o eletromagnetismo ao redor de um fio ligado a uma pilha comum: mesmo sem encostar na bússola, corrente elétrica no fio cria um campo magnético que faz os ponteiros se movimentarem.

Os auto-falantes, os microfones e os telefones têm dentro deles uma espira por onde passa uma corrente elétrica. Eles também têm um imã natural que pode repelir ou atrair o campo magnético que existe ao redor da espira. Veja o exemplo do alto-falante: primeiro, o fio ligado à pilha produz a corrente num sentido que faz a espira ser atraída pelo ímã. Depois, ao mudar o sentido da corrente elétrica, a espira dentro do alto-falante é repelida pelo ímã.

É a oscilação de movimento da espira para cima e para baixo que forma o som ouvido pelos fones e alto-falantes. O telefone tem o mesmo princípio: tem o auto-falante e o microfone. No microfone tem uma espira na qual falo e ela se movimenta. O imã está fixo, o movimento relativo entre espira e ímã cria corrente elétrica, que vai ser decodificada 

Magnetismo se define como a capacidade de atração em imãs, ou seja, a capacidade que um objeto possui de atrair outros objetos.

Os imãs naturais são compostos por pedaços de ferro magnético ou rochas magnéticas como a magnetita (óxido de ferro Fe₃O₄). Os imãs artificiais são produzidos por ligas metálicas, como por exemplo, níquel-cromo.

Magnetismo sob o ponto de vista químico

O fenômeno do magnetismo pode ser explicado através das forças dipolo. Por exemplo, os materiais possuem dois diferentes polos, quando entram em contato com outros materiais os polos iguais se repelem e os polos opostos se atraem. Este fenômeno recebe a denominação de “dipolo magnético” e pode ser considerado uma grandeza. A força do imã é determinada por essa grandeza. Os próprios átomos são considerados imãs, por exemplo, com polos norte e sul. As bússolas magnéticas trabalham com base no magnetismo, veja o processo de funcionamento:

- Um imã pequeno e leve se encontra no ponteiro das bússolas, este imã estabelece ao seu redor um campo magnético e está equilibrado sobre um ponto que funciona como pivô: sem atrito e de fácil movimento;

- quando o imã é situado em um campo de outro imã, esse tende a se alinhar ao campo de referência;

- a Terra possui um campo magnético que funciona como referencial para o funcionamento da bússola.

A bússola é um dispositivo extremamente simples, como a Terra é um imã e a bússola também, surge uma atração magnética. E não importa onde você esteja, ao segurar uma bússola ela vai apontar sempre para o Polo Norte, isto porque o campo magnético da Terra faz com que o ponteiro aponte nesta direção.

Ímãs de Alnico

Alnico são ligas de Fe (Ferro) contendo Al (Alumínio), Ni Níquel e Co (Cobalto), além de outros elementos. O nome da liga é formado pela justaposição dos símbolos químicos dos elementos (Al, Ni e Co).
As ligas Alnico foram descobertas na década de 1920, e permitiram a produção industrial de ímãs artificiais com indução magnética muito superior à dos naturais. Um imã de Alnico é capaz de levantar mais de 1000 vezes seu próprio peso.

Uma das ligas mais conhecidas é o Alnico5, contendo aproximadamente 15%Ni, 25%Co, 9%Al, 3%Cu e 48%Fe. Já o Alnico12 tem 18%Ni, 35%Co, 6%Al, 8%Ti e 33%Fe.
São disponíveis em muitos formatos, normalmente fabricados por fundição, sofrendo um processo de retificação para atingir precisão das dimensões.
Os Ímãs de Alnico têm grande estabilidade térmica, ou seja, mantêm suas características em uma faixa de temperatura muito larga, de aproximadamente -250°C a 550°C. O material é ainda resistente à oxidação.
Suas principais aplicações são para indústria automobilística, motores elétricos e geradores de pequeno porte, válvulas, instrumentos de medidas como velocímetros, tacógrafos, medidores de energia elétrica e outros.

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Os Ímãs de Ferrite são produzidos utilizando óxidos de ferro e carbonato de estrôncio Y-30 ou de bário Y-25.
0 material é moído em finos cristais e Prensado sob efeito de um campo magnético externo (cerca de 400k / m), quando anisotrópico o pó recebe orientação magnética.
Pode ser também com características de isotropia magnética, magnetizado em todos os sentidos.
0 processo de sinterização final acontece em 1300 ºC durante algumas horas e posteriormente são retificados até obter a medida especificada.
Hoje em dia é muito utilizado, graças ao baixo custo que oferece.
Resistente a elevadas temperaturas, aproximadamente 300 °C e corrosão.
Aplicações: Alto Falante, Motores de Baixo Custo, Motores Elétricos, Geradores, Bombas, Buchas Magnéticas, Sistemas de Exploração, Temporizadores, Sensores Automotivos, Brindes, Reatores, Medidores, Usinas e Indutores.
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Ímã de Neodímio é um poderoso ímã feito a partir de uma combinação de neodímio, ferro e boro — Nd2Fe14B. Esses ímãs são muito poderosos em comparação a sua massa, mas também são mecanicamente frágeis e perdem seu magnetismo em temperaturas acima de 120°C. Devido ao seu custo mais baixo, eles têm substituído os ímãs de samário-cobalto na maioria das aplicações, que são ligeiramente mais fracos e significativamente mais resistentes a temperatura. Sua intensidade pode ser medida pelo seu produto energético máximo, em megagauss-oersteds (MGOe) (1 MGOe = 7,957 kJ/m3). Essa intensidade varia de 12 a 15, nos ímãs aglomerados de neodímio (bonded magnets) e de 24 a 54 nos ímãs sintetizados.
Para alcançar a mesma força do ímã de neodímio usando ímãs de cerâmica (Ferrite) é necessário um volume 18 vezes maior do material comparado ao de neodímio.
Ímãs de Neodímio podem facilmente sustentar milhares de vezes seu próprio peso.
Esses ímãs devem sempre ser manipulados cuidadosamente. Alguns ímãs que são ligeiramente maiores que uma moeda de 25 centavos são fortes o suficiente pra sustentar mais de 10 kg. Eles são perigosos, sendo capazes de "beliscar" a pele ou dedos quando atraídos por um objeto magnético. Por serem feitos de "pós" e folheações, os ímãs são muito frágeis e podem quebrar em temperaturas superiores a 150°C, ou se sujeitos a impactos com outro ímã. Quando eles quebram, pode ser de maneira tão rápida que pedaços podem voar e causar danos aos olhos. ímãs desse tipo devem ser mantidos longe de aplicações elétricas, cartões magnéticos e monitores, pois o dano nesses pode ser irreparável.