O que são campos magnéticos - O guia completo

O campo magnético é um fenómeno especial que desempenha um papel importante em muitas aplicações. Quer se trate de aplicações mais básicas ou avançadas, é fundamental compreender corretamente este fenómeno.

Uma razão pela qual este guia explora tudo o que precisa de saber sobre o campo magnético.

O que são campos magnéticos

Para os principiantes, definimo-lo como um objeto magnético em torno do qual a força magnética é exercida. Em termos mais simples, trata-se de áreas invisíveis à volta do íman com a capacidade de puxar ou repelir outros objectos magnéticos.

Podemos analisar os campos magnéticos de duas formas diferentes:

Campo Vetorial

Como sabemos da geometria matemática básica, qualquer vetor deve possuir magnitude e direção. O campo magnético satisfaz este requisito, pelo que podemos representá-lo num desenho utilizando uma grelha com vários conjuntos de vectores.

Cada ponto vetorial deve ser unidirecional em relação à bússola. A intensidade da força magnética determinará o comprimento de cada vetor.

Linhas de campo magnético

Na medida em que são imaginários, situam-se em torno de um íman. A densidade de linhas do campo determina a intensidade que este pode ter. O campo magnético é geralmente muito forte nos pólos e enfraquece à medida que se afasta dos pólos.

Origem dos campos magnéticos

Os campos magnéticos são gerados pelo movimento de certas cargas eléctricas, especificamente os electrões. Sabe-se que estes contêm uma carga negativa e que o seu movimento, de uma forma particular, pode gerar campos magnéticos.

Podemos encontrar estes campos magnéticos situados nas estruturas internas dos materiais magnéticos. Também podemos encontrar esses campos no interior de fios, um fenómeno a que chamamos eletromagnetismo.

Os ímanes utilizados na produção de campos magnéticos são normalmente dipolares, o que significa que contêm pólos norte e sul.

Propriedades dos campos magnéticos

Os campos magnéticos têm certas propriedades e caraterísticas que lhes são próprias. Vejamos algumas delas em termos gerais:

• Em nenhum momento as linhas do campo magnético se sobrepõem ou intersectam umas com as outras
• Todas as linhas do campo magnético têm comprimentos iguais
• Uma vez que os campos magnéticos têm magnitude e direção, podem ser designados por grandezas vectoriais.
• As linhas do Campo Magnético seguirão um caminho com a menor resistência entre o Pólo Norte e o Pólo Sul.
• Os campos magnéticos observam um percurso de circuito fechado entre dois pólos quaisquer.
• Verifica-se uma diminuição significativa da densidade das linhas de campo magnético à medida que se deslocam de uma zona de maior para uma zona de menor permeabilidade.
• A direção do fluxo do campo magnético é normalmente do pólo sul para o pólo norte num material. A direção do fluxo no ar é a oposta, uma vez que se move do pólo Norte para o pólo Sul.
• O Campo Magnético nas regiões que rodeiam qualquer um dos pólos de um íman é normalmente muito elevado. Isto deve-se à sua elevada concentração nesses pontos e à sua escassa densidade no centro do objeto magnético.

Medição de campos magnéticos

Existem vários métodos que podemos utilizar para medir os campos magnéticos. Estes incluem:

Magnetómetro

Também chamado de Gaussímetro, podemos usá-lo para medir o campo magnético de uma região específica. Também tem a capacidade de detetar a direção em que as linhas do campo magnético se movem.

Podem medir vários princípios, dependendo do tipo de Gaussímetro utilizado. Um bom exemplo é um que mede usando o Efeito Hall medindo a intensidade de um campo magnético através da corrente.

Outros Magnetómetros utilizam o efeito de indução magnética. Isto permite-lhes quantificar a taxa de magnetização de um material após ser sujeito a um campo magnético.

Finalmente, temos alguns que se baseiam no efeito de Magnetoresistência. Podem determinar a forma como um material reage, alterando a sua eletricidade após ser sujeito a um campo magnético.

Fluxómetro

A diferença entre esta ferramenta e um Magnetómetro é que este mede a densidade do fluxo. Como sabemos, o fluxo magnético é na verdade a soma de todo o campo magnético que passa por uma zona específica.

Observa a lei de Faradays da indução electromagnética. Tem uma bobina móvel que funciona entre duas bobinas fixas que induzem uma tensão devido ao seu movimento.

Esta alteração na tensão é captada por um medidor de calibração. Isto irá quantificar a presença de fluxo que está disponível nesse campo magnético.

Unidade de campo magnético

O Sistema Internacional de Medidas (também designado por unidade SI) para os ímanes é designado por Tesla. Esta unidade pode ser descrita como a densidade de fluxo dos ímanes ou a força que o campo magnético possui.

Também temos várias outras unidades que podem ser utilizadas em casos relacionados com o eletromagnetismo. Essas unidades SI incluem o Gauss, o 109 gamma ou o Maxwell.

Intensidade do campo magnético

Trata-se basicamente da proporção da força magnetomotriz que pode gerar densidade de fluxo numa unidade de material de um íman. Também podemos referir-nos a ela como Intensidade do campo magnético.

Para sabermos a intensidade da densidade de fluxo produzida, baseamo-nos numa coisa chamada intensidade do campo magnético. A unidade SI para esta grandeza física é em amperes por metro (A/m).

Devemos ter o cuidado de não confundir a intensidade do campo magnético com a densidade do fluxo magnético. No entanto, ambos os termos podem ser utilizados para exprimir a intensidade do campo magnético.

A principal diferença entre os dois é que a densidade do fluxo magnético (B) é medida em Newton-metros por Ampere (Nm/A). Por outro lado, a intensidade do campo magnético (H) é expressa em termos de amperes por metro (A/m).

Efeitos da aproximação de dois campos magnéticos

Quando se aproximam dois ímanes diferentes mas que não se tocam, o efeito será uma perturbação das linhas de campo magnético de ambos. Este cenário é semelhante ao que acontece quando se aproximam cargas eléctricas diferentes, as linhas de campo elétrico serão perturbadas.

Quando se juntam dois pólos semelhantes (N e N ou S e S), estes repelem-se mutuamente. Isto, por sua vez, fará com que o raio se afaste dos respectivos pólos.

Ao juntar pólos opostos, as linhas do campo magnético unem-se, aumentando assim a sua densidade nos pólos.

Efeitos biológicos dos campos magnéticos

Podemos classificar os efeitos biológicos dos campos magnéticos em dois. Podem ser efeitos físicos ou efeitos biológicos.

Os efeitos físicos ocorrem principalmente quando objectos magnéticos implantados no nosso corpo ou à nossa volta são atraídos por um campo magnético. Os objectos implantados podem incluir pacemakers, implantes de órgãos ou mesmo clips cirúrgicos aparafusados nos ossos.

Quando expostos a uma máquina de ressonância magnética com objectos deste tipo no seu corpo, estes serão muito perigosos para o campo magnético da máquina. Quando a máquina se move a alta velocidade, os objectos tendem a alinhar-se com o seu campo magnético.

Isto criará uma forma de binário no objeto implantado que pode causar lesões internas graves. O ferromagnetismo de tais objectos é normalmente amplificado pela sua quantidade no corpo.

Embora ainda haja controvérsia quanto à possibilidade de os campos estáticos poderem causar cancro, esta questão continua a ser objeto de investigação. No entanto, a utilização frequente da ressonância magnética permitiu obter dados que mostram impactos reversíveis ligeiros dos campos estáticos nos electrocardiogramas.

Isto é normalmente provocado pelo movimento do sangue que actua como um meio condutor que interage com o campo magnético em torno do coração. No entanto, os danos causados são insignificantes e não podem ser considerados como uma preocupação importante.

Campo magnético da Terra

Se observou com atenção a direção que uma bússola indica, apercebeu-se de que é sempre na direção norte. Todas as bússolas são fabricadas com um íman no seu interior e o seu movimento é geralmente facilitado por um campo magnético.

Este é um sinal claro de que tudo o que nos rodeia tem alguma forma de campo magnético. Este campo magnético é gerado pela Terra.

Vamos discutir algumas das formas como este campo magnético da Terra surge:

i. O núcleo da Terra tem níveis de temperatura extremamente elevados. Isto significa que qualquer mineral, como o ferro, que se encontre no seu interior, está num estado fundido que está a ser infinitamente aquecido.

O aquecimento contínuo de tais minerais resulta na geração de convecção dentro dos minerais aquecidos. Isto cria correntes de convecção que transportam as partículas carregadas formando um campo magnético.

ii. A maior parte da matéria que rodeia a superfície da Terra é composta maioritariamente por partículas carregadas. À medida que a Terra gira sobre o seu eixo, estas partículas circundantes rodam igualmente com ela.

O movimento destas partículas carregadas faz-se normalmente em laços de corrente contínua. Isto é o que provoca a geração de um campo magnético.

iii. A composição da atmosfera terrestre é constituída por vários gases ionizados. Estes gases rodam com a Terra.

Qualquer movimento de uma substância ionizada irá certamente gerar uma corrente eléctrica. O efeito é um campo magnético gerado.

Campos magnéticos Vs força magnética

Por mais que pareçam semelhantes, Magnetic Fields e Força magnética são medidas totalmente diferentes. Podemos fazer uma comparação entre as duas utilizando o exemplo de uma partícula carregada que está contida num campo magnético.

Se olharmos para a força magnética que contém quando colocada num campo magnético, esta é, na verdade, qualquer força que é exercida sobre ela. Quanto ao Campo Magnético, podemos defini-lo como a área em torno da qual a Força Magnética é exercida sobre a partícula.

Quando se trata de medir os dois, a unidade SI para medir a força magnética é geralmente em Newtons. Medimos a força do campo magnético utilizando Tesla como unidade SI.

A existência de uma Força Magnética depende da existência de uma partícula carregada que imprima a força. Quanto ao Campo Magnético, ele está sempre presente, quer a referida partícula carregada esteja lá ou não.

Aplicações dos campos magnéticos

Geradores eléctricos

Trata-se de uma máquina que produz energia eléctrica através da sua conversão a partir de energia mecânica. O princípio desta aplicação é a indução electromagnética, invenção de Michael Faradays.

Quando um condutor elétrico roda dentro de um campo magnético, é gerada uma tensão diferencial entre as suas extremidades. Uma corrente eléctrica é criada quando as cargas eléctricas se tornam móveis devido a esta diferença de tensão.

Imagem por Ressonância Magnética

Uma máquina de ressonância magnética é normalmente utilizada em hospitais para produzir imagens de partes internas e órgãos do corpo humano. As imagens são geradas utilizando electroímanes e campos magnéticos.

Podem gerar imagens como as do cérebro, do coração e de muitas outras partes. Estas são depois analisadas para determinar se são normais ou defeituosas.

Motores

Isto inclui os motores eléctricos AC e DC. O princípio de funcionamento de um motor de corrente contínua é tal que as forças magnéticas são exercidas em qualquer circuito de transporte de corrente que esteja posicionado dentro de um campo magnético.

Um íman estático fornece o campo magnético com a força exercida, desencadeando um tipo de rotação. No caso do motor de corrente alternada, uma corrente alternada é passada através de um estator que gera um campo magnético rotativo.

A diferença entre a velocidade de rotação do estator e do rotor produz uma fem no rotor do motor. O rotor roda continuamente desde que não coincida com a velocidade de rotação proveniente do estator.

Levitação magnética

Vulgarmente conhecidos como Maglev, são sistemas de comboios conhecidos por terem as velocidades mais elevadas do mundo. Utilizando os mecanismos de atração e repulsão do magnetismo, levitam sobre os carris do comboio.

Não há contacto físico com o comboio, pelo que o atrito é eliminado pela repulsão magnética. A levitação e a propulsão do comboio com um motor de indução linear são possíveis graças ao campo magnético.

Electroímanes

Trata-se de um tipo especial de íman em que uma corrente eléctrica é encarregada de produzir um campo magnético. São capazes de gerar campos magnéticos muito pesados, o que é facilitado pelas várias voltas de fio na sua estrutura.

A sua principal vantagem é o facto de poderem ser facilmente ligados e desligados, o que os torna a melhor escolha para a elevação de metais muito pesados. As suas aplicações são muito numerosas e variam consoante os diferentes sectores, como o da reciclagem de metais.

Conclusão

Como se pode ver, o conhecimento sobre o campo magnético é muito importante no desenho de vários equipamentos e máquinas. Naturalmente, a força do campo magnético varia em função do tipo de íman.

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