O Eletromagnetismo

Em nossas publicações constantemente vamos nos referir a campos magnéticos e eletromagnetismos. Esta breve introdução vai dar um noção dos conceitos que envolvem essa propriedade.
Em 1820, um cientista dinamarquês chamado Hans Oersted descobriu que uma agulha magnética podia ser desviada de sua posição de repouso, se um fio com corrente elétrica fosse colocado perto da bússola. Esta deflexão da bússola só ocorreu quando a corrente  fluía pelo fio de metal. Quando a corrente era interrompido, a agulha da bússola voltava à sua posição de repouso.
Conclusão de Oersted: Todo condutor percorrido por corrente elétrica, cria em torno de si um campo eletromagnético (figura abaixo).

O termo eletromagnetismo é definido como a produção de um campo magnético por um fluxo de corrente no condutor. Nós precisamos entender o eletromagnetismo com maior detalhe para entender como ele pode ser usado para realizar trabalho.

Enrolando um condutor de corrente (fio de cobre encapado) em torno de um material de núcleo metálico este pode ser facilmente magnetizado, formando um eletroímã. O campo magnético será concentrada no núcleo. Este arranjo é chamado um solenoide. Quanto mais voltas do fio de cobre envolvendo esse núcleo, mais forte serão eletroímã e mais forte as linhas de foça magnéticas.
Todo eletroímã ou até um simples condutor de eletricidade produz um campo eletromagnético quando ligados a uma fonte de energia elétrica.

Mas primeiro vamos entender o que é um campo magnético:
O magnetismo é a expressão de uma forma de energia, normalmente associada a forças de atração e de repulsão entre alguns tipos de materiais, chamados de Ímãs. Os ímãs naturais encontrados na natureza, são chamados de Magnetita (figura abaixo), são compostos por Óxido de Ferro (Fe3O4).

Os ímãs artificiais são materiais geralmente compostos de metais e ligas cerâmicas aos quais se transmitem as propriedades magnéticas podendo ser temporários ou permanentes. Os temporários são fabricados com ferro doce (mais puro) e os permanentes com ligas de aço (Ferro e Carbono), geralmente contendo Níquel ou Cobalto.
A ciências  ainda não conhece totalmente a natureza das forças magnéticas de atração e repulsão, embora seja conhecida as leis que orientam suas ações e como utilizá-las. Nesses materiais magnéticos existe uma poriedade (força) chamada Campo Magnético.
Campo magnético é a região ao redor de um imã, na qual ocorre uma força magnética de atração ou repulsão. O campo magnético pode ser definido pela medida da força que o campo exerce sobre o movimento das partículas de carga, tal como um elétron.
A representação visual do campo magnético é feita através de linhas de forças, também conhecidas por linhas de indução magnética ou linhas de fluxo magnético, que são linhas  imaginárias fechadas que envolvem o material magnético, que saem do pólo norte e entram no pólo sul (figura abaixo).

Para medir a densidade de campo magnético, densidade de fluxo magnético ou campo magnético, é usada a unidade Tesla (T).

No mesmo ano que Oersted comprovou a existência de um campo magnético produzido pela corrente elétrica, o cientista francês André Marie Ampère, preocupou-se em descobrir as características desse campo. Nos anos seguintes, outros pesquisadores como Michael
Faraday, Karl Friedrich Gauss e James Clerk Maxwell continuaram investigando e desenvolveram muitos dos conceitos básicos do eletromagnetismo.
Assista ao vídeo…

O que é o Ano-Luz...?

Um ano-luz é uma unidade de distância. É a distância que a luz percorre em um ano. A luz se move a uma velocidade de cerca de 300.000 quilômetros km por segundo (299 792 458 m/s).
Por que usar essa unidade de medida...?
Na Terra, um quilômetro pode parecer muito. Mas no universo, o km é muito pequeno para ser útil. Por exemplo, a distância até a mais próxima galáxia da Via Láctea é a galáxia de Andrômeda, uma galáxia espiral localizada a cerca de 2,54 milhões de anos-luz de distância da Terra. Este é um número tão grande que torna-se difícil escrever e difícil de interpretar em quilômetros. Assim, os astrônomos usam outras unidades de distância.

No nosso sistema solar, nós tendemos  descrever distâncias em termos de Unidade Astronômica (UA). A UA é definida como a distância média entre a Terra e o sol (cerca de 150 milhões de km). O planeta mercúrio esta a aproximadamente 1/3 de uma UA do Sol e Plutão cerca de 40 UA do sol. A UA, no entanto, não é grande o suficiente para falar de distâncias de objetos fora do nosso sistema solar.

Para distâncias até outras partes da Via Láctea (ou ainda mais), os astrônomos usam unidades do ano-luz ou o parsec. O parsec é igual a 3,3 anos-luz.
Usando o ano-luz, podemos dizer que:
A  supernova de Caranguejo eta a cerca de 4.000 anos-luz de distância.
A Via Láctea tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro.
A galáxia de Andrômeda dista da Terra 2,3 milhões de anos-luz de distância.
Se você pudesse viajar à velocidade da luz, você seria capaz de circular o equador da Terra cerca de 7,5 vezes em apenas um segundo...!

Usando um ano-luz como uma medida de distância tem outra vantagem, ela ajuda a determinar a idade. Digamos que uma estrela está a 1 milhão de anos-luz de distância. A luz dessa estrela viajou à velocidade da luz para chegar até nós. Por isso, a luz dessa estrela demorou 1 milhão de anos para chegar aqui, e a luz que estamos vendo foi criado há 1 milhão de anos. Então, a estrela que estamos vendo é realmente como a estrela parecia há milhão de anos, e não como é hoje. Da mesma forma, o nosso Sol está a 8,3 minutos-luz de distância da Terra.

Correntes de Convecção

As correntes de convecção da Terra levam os materiais mais quentes para cima, na base da litosfera, onde movimentam-se lateralmente e perdem calor,  tendem então a descer, dando lugar ao material mais quente que está subindo. À medida que o material se desloca lateralmente para depois descer, ele entra em atrito com as placas da litosfera rígida, em sua parte inferior, levando-as ao movimento.
O que significa isso ? 
Tem uma analogia muito interessante que eu encontrei para poder explicar melhor essa dinâmica:
A temperatura de Terra eleva-se aproximadamente de 30° a cada 1000 m de profundidade. Quem produz esse enorme calor são os átomos de elementos radioativos como o urânio e o tório (decaimento radioativo que está acontecendo nas profundezas da Terra), presentes até mesmo nas rochas mais comuns, como o granito.

Esse calor interno faz com que a Terra se comporte como uma panela com leite no fogo – O fogo esquenta o leite no fundo da panela. Como o leite aquecido se torna mais leve que o leite frio, ele sobe, provocando uma “correnteza” para cima (convecção térmica), enquanto que o leite da superfície, mais leve e mais pesado, desce, criando um fluxo para baixo. Estabelecendo-se assim uma corrente de convecção, que ira romper a camada de nata sólida que flutua (placas) sobre o leite em ebulição, arrastando assim, fragmentos de nata para baixo e trazendo o novo material para cima.

O calor interno da Terra produz o mesmo efeito. As correntes de convecção do magma viscoso se movem constantemente na crosta sólida das rochas que flutuam. Esses movimentos lentos rompem  a crosta (nata), levam parte do seu material para o fundo, liquefazendo-o e obrigam parte do magma subir a superfície. Esse magma que sobe se esfria, solidificando-se dentro da crosta sólida, produzindo o tipo mais fundamental de rocha – as rochas magmáticas.
Assista ao vídeo, eu recomendo.

Freio Eletromagnético

Essa experiência vai mostrar as forças eletromagnéticas envolvendo as Leis de Faraday e Lenz… O princípio da frenagem eletromagnética.
Material
1- Tubo oco de cobre ou alumínio com 50 cm de comprimento
2 – Tubo oco de acrílico ou PVC de mesmo tamanho e diâmetro do tubo de cobre
3 – ímã cilíndrico que caiba com folga dentro dos tubos. O imã de preferência, neodímio
4 – Porca de parafuso ou qualquer material metálico
5 – Um cronômetro (opcional)

Procedimento
Ponha o tubo de PVC na vertical e coloque o imã dentro do tubo e deixe-o cair, meça o tempo de queda do  imã com um cronômetro.
Faça a mesma coisa, substituindo o imã por uma porca de parafuso ou qualquer outro material metálico. Anote o resultado.
Agora utilizando o mesmo procedimento, desta vez com o tubo de cobre ou alumínio.
Anote o tempo de queda e observe os resultados.
Após essa verificação você perceberá que os tempos de queda do imã é totalmete diferente nos dois tubos.
Sabemos que o cobre ou o alumío não são materiais ferromagnéticos, isto é, não atrai o ímã e nem é atraído por ele, então porque o ímã caiu com velocidade bem inferior no tubo de cobre se comparado com o tubo de PVC ou acrílico…?
Nota: a porca de parafuso foi usada como comparação.
A explicação para esse fato tem como base as leis de Faraday e Lenz.

Quando o ímã é colocado no interior do tubo de cobre ou alumínio, ele faz com que um campo magnético passe por todo o interior do tubo. Desse modo, cada anel do tubo de cobre age como uma bobina ou uma espira.
Então é criado  um campo magnético variado  porque o ímã está descendo, isto é, esta em movimento gerando uma força eletromotriz induzida de acordo com a Lei de Faraday. Essa força eletromotriz induzida provoca uma corrente elétrica pelo fato de o circuito ser fechado e essa corrente elétrica induzida obedece à Lei de Lenz criando um campo magnético que se contrapõe com a que a originou, e uma força magnética puxando para cima. Teremos então uma a força puxando o ímã para baixo e uma força magnética puxando para cima e a resultante entre as duas forças será igual a zero. Isso faz com que o ímã caia com movimento uniforme e mais lentamente.
Assista o vídeo com todo procedimento desse experimento e as explicações.