Por S. Hussain Ather • Atualizado em 30 de agosto de 2022

Às vezes, os ímãs se afastam e outras vezes se aproximam. Compreender a física sutil que governa esse comportamento é essencial para tudo, desde motores elétricos até dispositivos de imagens médicas.

Noções básicas sobre pólos magnéticos

Assim como as cargas elétricas, os pólos magnéticos vêm em dois tipos:norte (N) e sul (S). Um pólo norte sempre atrai um pólo sul, enquanto dois pólos norte ou dois pólos sul se repelem. Esta regra simples é a base da operação de bússolas, rolamentos magnéticos e muitas aplicações industriais.

Forças magnéticas em cargas móveis

Quando partículas carregadas se movem, elas geram campos magnéticos que exercem forças sobre outras cargas em movimento. A lei Biot-Savart quantifica esta interação:

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Aqui, μ₀ =12,57×10⁻⁷H/m é a permeabilidade ao vácuo, q₁ e q₂ são as cobranças, v₁ e v₂ suas velocidades e r o vetor de separação. O produto vetorial indica que a força depende das direções relativas de movimento e separação.

Ao contrário das forças elétricas, as forças magnéticas atuam apenas sobre cargas em movimento e nunca sobre monopolos magnéticos estáticos – partículas que possuiriam apenas um pólo magnético. Nenhuma evidência experimental de tais monopólos foi encontrada ainda.

Atração versus repulsão:a direção do vetor é importante

O sinal do produto vetorial determina se duas cargas em movimento se atraem ou se repelem. Se os vetores de força resultantes apontarem um para o outro, as cargas se atraem; se apontarem para longe, as cargas se repelem. O mesmo princípio se aplica aos ímãs macroscópicos:a orientação dos seus momentos magnéticos determina se eles empurram ou puxam.

Interação entre fios condutores de corrente

A corrente num fio produz um campo magnético que pode ser visualizado pela regra da mão direita. Aponte o polegar na direção da corrente convencional; seus dedos enrolados mostram a direção do campo. Dois fios paralelos transportando correntes na mesma direção se atraem, enquanto correntes em direções opostas se repelem – um efeito explorado em eletroímãs e levitação magnética.

A lei da força de Lorentz estende esta ideia a partículas carregadas que se movem através de campos externos:

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onde E é o campo elétrico, B o campo magnético e v a velocidade da partícula. O produto vetorial determina novamente a direção do componente magnético.

Dipolos Magnéticos e Torque

Cada ímã se comporta como um minúsculo dipolo com momento magnético m . Quando colocado em um campo externo B , ele experimenta um torque:

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Esse torque alinha o dipolo com o campo, como visto na agulha de uma bússola apontando para o norte geográfico. A energia potencial de um dipolo em um campo é 33 , atingindo um mínimo quando o dipolo se alinha com o campo.

Materiais:Diamagnetismo vs. Paramagnetismo

Átomos com elétrons desemparelhados (paramagnetos) são atraídos por campos magnéticos, enquanto átomos com todos os elétrons emparelhados (diamagnetos) são repelidos. O gás oxigênio (O₂) é paramagnético, enquanto o gás nitrogênio (N₂) é diamagnético. O comportamento decorre da interação de dipolos magnéticos atômicos com campos externos.

Exemplo prático:ímã de neodímio e chave de fenda de aço

Quando um forte ímã de neodímio é movido ao longo de uma chave de fenda de aço, a chave de fenda fica temporariamente magnetizada. A remoção do ímã deixa um magnetismo residual – uma ilustração do mundo real da indução magnética e da força atrativa entre dipolos alinhados.

A compreensão desses princípios capacita engenheiros e cientistas a projetar motores mais eficientes, rolamentos magnéticos seguros e sistemas avançados de imagens médicas.