magnetismo

A agulha magnetizada é puxada para uma bola de aço.

O magnetismo é um fenômeno físico que, entre outras coisas, se expressa como um efeito de força entre o ímã magnético ou objetos magnetizáveis ​​e as cargas elétricas em movimento . Pode ser descrito por um campo ( campo magnético ) que é gerado por esses objetos por um lado e atua sobre eles por outro.

Por outro lado, os campos magnéticos surgem com cada movimento de cargas elétricas . Essa é a base dos eletroímãs e, por causa da lei da indução, também dos componentes eletrônicos indutivos . Por outro lado, o momento magnético das partículas elementares existe como resultado de seu spin , o que leva a ímãs permanentes e outras propriedades magnéticas de sólidos, mas também de líquidos e gases.

O magnetismo é um ramo do eletromagnetismo . A força básica subjacente é chamada de interação eletromagnética .

Campos magnéticos e linhas de campo

Limalhas de ferro no papel, alinhadas de acordo com o campo de uma barra magnética abaixo , mostram o curso das linhas do campo magnético. As letras N e S são usadas apenas para explicação.
Campo magnético de um ímã cilíndrico ideal com o eixo de simetria no plano da imagem
Campo magnético da barra magnética

Para descrever o fenômeno do magnetismo, o termo campo magnético foi introduzido . Os campos magnéticos podem ser causados ​​por

As linhas de campo magnético ilustram a direção e o senso de direção do campo magnético ou do fluxo magnético em cada ponto do campo . Essa direção é determinada por como o pólo norte de um ímã de teste se alinha. A força do campo magnético é proporcional ao torque que este ímã de teste experimentaria se fosse desviado desta direção por um certo ângulo. A distância entre as linhas de campo mostra a força do campo magnético: quanto mais densas as linhas de campo, mais forte é o campo.

Em contraste com a eletrostática, não há cargas na magnetostática - monopólos magnéticos verdadeiros são concebíveis, mas todos os fatos experimentais falam contra sua existência. O campo magnético é, portanto , livre de fonte . As linhas de campo magnético, portanto, não têm começo nem fim.

O curso das linhas do campo magnético pode ser tornado visível alinhando limalhas de ferro ou uma agulha de bússola ; Para demonstrações tridimensionais, as limalhas de ferro podem ser suspensas em óleo de silicone , por exemplo .

As sondas Hall são sensores eletrônicos baseados no efeito Hall que podem medir a força e, muitas vezes, também a direção dos campos magnéticos.

Pólo norte e sul

Na ausência de outras forças, uma barra magnética na superfície terrestre se alinha de tal forma que uma de suas extremidades aponta para o norte, para o pólo magnético ártico , e a outra para o pólo magnético antártico. A extremidade voltada para o norte é chamada de pólo norte do ímã. Foi definido por definição que as linhas de campo saem do ímã no pólo norte de um ímã e entram nele no pólo sul. Portanto, no caso de eletroímãs ou ímãs permanentes, as áreas de onde emergem as linhas de campo são geralmente chamadas de pólo norte e as áreas nas quais entram como pólo sul .

Uma vez que o pólo norte do ímã é atraído pelo pólo magnético ártico, o pólo magnético ártico é um pólo magnético sul. O mesmo se aplica vice-versa para o pólo sul do ímã e o pólo magnético da Antártica.

Efeitos de força magnética

O campo magnético exerce a chamada força de Lorentz sobre as cargas elétricas em movimento . É proporcional à velocidade , atua perpendicularmente às linhas de campo do campo magnético e perpendicular à direção de movimento da carga. É a base de motores e geradores elétricos , bem como a deflexão de partículas carregadas em movimento (por exemplo, com bobinas de deflexão ). Nenhuma energia é trocada com um campo magnético estático.

O campo magnético também exerce forças sobre ímãs e corpos magnetizáveis ​​( ferrimagnetismo de certos sólidos não metálicos, os chamados ferrites , e ferromagnetismo de metais como o ferro). Ímãs e amostras esticadas feitas de materiais magnetizáveis ​​estão sempre alinhados ao longo das linhas de campo ou anti-paralelos a elas, isto é, o pólo sul magnético de um ímã de teste está alinhado ao longo das linhas de campo para o pólo norte do campo gerador. Esse efeito é usado, por exemplo, na bússola magnética , na qual a agulha da bússola, um dipolo magnético, se alinha com o campo magnético da Terra . Além disso, em campos não homogêneos , corpos magnetizáveis ​​são desenhados na direção de aumentar a intensidade do campo, veja gradiente , as aplicações são eletroímãs e o motor de relutância . Isso também se aplica a ímãs que podem se alinhar livremente. Em contraste, ímãs orientados na direção oposta são repelidos.

A razão para essas observações é que um estado de energia mais baixo é assumido - as forças e torques sempre funcionam de tal forma que a energia total do campo diminui quando os corpos os seguem, pelo que a energia de ligação é liberada como trabalho mecânico . Por outro lado, o trabalho é feito nos corpos quando eles são movidos contra as forças. O trabalho diminui ou aumenta a energia do campo. Se bobinas estiverem envolvidas, a energia elétrica também pode ser adicionada ou removida.

Tamanhos e unidades

Hans Christian Ørsted , The Spirit in Nature , 1854

A intensidade de um campo magnético pode ser expressa por duas quantidades físicas diferentes, a intensidade do campo magnético (unidade: A / m, ou seja, ampere por metro; no sistema de unidades CGS existe o nome Oersted para a unidade correspondente) e o valor magnético densidade de fluxo (a chamada "Indução Magnética") (unidade de Tesla ). Eles diferem no vácuo apenas por um fator constante, a constante do campo magnético :

.

Na matéria, por ex. B. em ímãs permanentes, a relação é mais complicada: neste caso, é contínua através de uma lacuna transversal , através de uma lacuna longitudinal . As medições com uma sonda de campo magnético na lacuna transversal e longitudinal podem resultar significativamente diferentes. O tamanho é sempre livre de fonte, enquanto o mesmo se aplica a não (veja abaixo). Embora a intensidade do campo magnético seja vantajosa para cálculos com correntes elétricas ou com material ferromagnético ou ferrimagnético, a densidade do fluxo magnético é usada para calcular as tensões induzidas ou a força de Lorentz. As duas grandezas de campo estão ligadas entre si por meio das equações materiais da eletrodinâmica , que no caso mais simples podem ser expressas por meio de um fator, a permeabilidade magnética ; no caso geral, onde o vetor é referido como a magnetização do material se aplica . A ausência de fontes e a ausência de redemoinhos - este último apenas no caso de ausência de correntes elétricas - são expressas matematicamente pelas equações ou . Aqui estão os operadores diferenciais para a divergência ou rotação , ou seja, para a fonte ou densidade de vórtice de um campo.

Exemplos de campos magnéticos

O campo magnético intergaláctico, expresso como a densidade do fluxo magnético na unidade Tesla (T), é estimado em menos de 0,1  nT ( 10-10  T), o da Via Láctea é estimado em 30 nT. O campo magnético terrestre tem uma intensidade de 40 µT na superfície, o que corresponde a 0,4  Gauss no sistema gaussiano de unidades . A densidade do fluxo magnético das manchas solares é inferior a 1 mT. A magnetização de saturação do ferro é de aproximadamente dois Tesla.

Na superfície de estrelas de nêutrons , como Os pulsares B. , por outro lado, normalmente têm densidades de fluxo de 10 8  Tesla, com magnetares , um tipo especial de estrelas de nêutrons, até mesmo 10 11  Tesla.

O campo magnético mais fraco atualmente na Terra com 1 nT (2009) pode ser encontrado em um edifício cúbico especialmente blindado do Physikalisch-Technische Bundesanstalt em Berlim . O objetivo do cubo é medir as ondas cerebrais fracas e os sinais cardíacos nas pessoas.

No Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Tallahassee (Flórida), o campo magnético constante temporalmente mais forte atualmente na Terra é gerado a 45T. Campos magnéticos ainda mais altos podem ser alcançados com eletroímãs em pulsos curtos. O recorde mundial de construção de ímã não destrutivo é atualmente (2012) detido pelo Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Los Alamos, EUA, com 100,75 T.

Com intensa radiação a laser , densidades de fluxo de até 34 kilotesla podem ser geradas - mas apenas por cerca de 10  ps .

Campos magnéticos altos de, por exemplo, 2800 T podem ser gerados com pulsos de corrente se for aceito que a bobina será destruída no processo (ou se autodestruirá). Um aumento adicional na densidade do fluxo pode ser alcançado com a compressão simultânea da bobina ou do campo por meio de cargas explosivas; veja também gerador de compressão de fluxo .

Energia magnética

Todo campo magnético contém energia . A densidade de energia em qualquer ponto de um campo magnético no vácuo é dada por

.

É a quantidade da força do campo magnético, a quantidade da densidade do fluxo magnético no ponto dado e a constante do campo magnético ou permeabilidade do vácuo .

A energia total do campo magnético de uma bobina através da qual a corrente flui é

.

Aqui representa a indutância da bobina e a força da corrente .

Eletromagnetismo

Eletromagnetismo é entendido como significando as diversas relações entre magnetismo e fenômenos puramente elétricos. Os campos magnéticos criados por correntes elétricas podem ser interpretados pela teoria da relatividade especial como resultado das forças eletrostáticas entre as cargas. A explicação é baseada no fato de que uma corrente elétrica representa um movimento relativo de partículas com carga oposta, cujas densidades de carga são influenciadas de forma diferente pela contração de Lorentz . Partículas elementares carregadas, que têm seu próprio momento angular (spin) , também têm um momento magnético e são, portanto, entre outras coisas. responsável pelo ferromagnetismo . Isso é interpretado pela mecânica quântica relativística .

Mesmo com o efeito de um campo magnético em uma partícula carregada em movimento, há um efeito que só pode ser explicado pela mecânica quântica (ver efeito Aharonov-Bohm ). Um campo magnético espacialmente limitado influencia a dinâmica de uma partícula carregada, mesmo que ela se mova apenas em uma área com um campo magnético desaparecendo.

Os movimentos dos portadores de carga causam mudanças nos campos eletrostáticos e magnéticos de seus arredores. Uma vez que essas mudanças influenciam umas às outras e se espalham no espaço, fala-se de ondas eletromagnéticas . A luz (visível ou invisível) e o rádio são as formas mais conhecidas desse fenômeno, mas essa forma de eletromagnetismo também é usada no processamento de metais ( fornos de indução ) e no aquecimento até de substâncias não condutoras ( fornos de microondas ).

Para uma apresentação aprofundada e classificação do eletromagnetismo, consulte o artigo Interação eletromagnética .

Regras de direção

Nos direitos do polegar regra ou regra de saca-rolhas [ I : (convencional ou industrial) direção atual; B : direção do campo magnético]

A quantidade e o sinal das cargas movidas, bem como a quantidade e a direção de sua velocidade, determinam a força e a direção das forças magnéticas e dos campos magnéticos nos quais se baseiam, cuja medição exata hoje, entre outras coisas. é possível com sondas Hall .

Para a relação entre a direção da corrente e a direção das forças magnéticas ou dos campos magnéticos subjacentes, uma série de regras e auxílios de memória com nomes diferentes estão em circulação, que inicialmente diferem conforme sejam do "convencional" ou " A direção técnica "da corrente (contrária ao fluxo de elétrons) ou a direção do fluxo de elétrons (coloquialmente também chamada de direção" física "do fluxo) é assumida. Se for o primeiro caso, fala-se de regras para mão direita ou mão direita, caso contrário, regras para mão esquerda ou mão esquerda, as primeiras tradicionalmente predominantes.

A próxima distinção é se, na regra em questão, alguém usa os dedos indicador e médio separados do polegar, que são abertos em ângulos retos com o anterior , ou se todos os dedos, exceto o polegar, são considerados fechados em um punho .

Enquanto as primeiras regras mencionadas são na verdade regras para a mão esquerda ou direita - também conhecidas como regra dos três dedos , regra UVW ou regra IBF ou FBI - a direção da força de Lorentz em um portador de carga em movimento em um (especificado) mostra o campo magnético externo, as regras mencionadas em segundo lugar - regra do punho esquerdo ou direito , regra de contenção, popularmente também chamada de regra de parafuso ou regra de saca - rolhas - servem principalmente para indicar a direção do campo magnético que o portador de carga em movimento através de seu próprio Movimento gerado, seja de vôo livre ou em um condutor elétrico reto ou em forma de anel, por exemplo B. uma bobina.

Exemplos: regra da mão direita ou regra UVW (direita)

  1. Mostra o polegar estendido da mão direita na direção convencional ou da corrente de um condutor de corrente ( U AUSE) e o polegar estendido em ângulos retos com o dedo polegar na direção do campo magnético externo ( determinação V ), a direita ângulo estendido para ambos os dedos médios na direção dos portadores de carga no condutor (e ele mesmo) força de Lorentz atuando ( W MPACT).
  2. E vice-versa: Se um condutor elétrico (por agitação mecânica U AUSE) em direção ao polegar espalmado da mão direita em um campo magnético externo ( determinação V ) trouxe cuja direção é a do espalhado perpendicularmente ao dedo indicador do polegar, então no condutor de um fluxo de corrente ( W IMPACTO) no sentido técnico induzida em que o polegar para e mostra o indicador verticalmente espalmadas dedo médio.

Exemplos: regra do punho direito ou regra do saca-rolhas

  1. Se um condutor de corrente for agarrado com a mão direita de tal forma que o polegar espalmado aponte na direção da corrente convencional ou técnica , os dedos curvos apontarão na direção do campo magnético resultante.
  2. Para uma corrente circular (por exemplo, a de uma bobina), o seguinte se aplica em conformidade: Se a bobina for segurada na mão direita de modo que os dedos sejam curvados na direção da corrente técnica , o polegar aberto aponta na direção do magnético Polo Norte.

Explicação do fenômeno

O magnetismo (semelhante à supercondutividade ) envolve efeitos mecânicos quânticos específicos que não são fáceis de representar.

Um modelo de sucesso foi desenvolvido já em 1927 com a teoria de Heitler-London da formação de moléculas de hidrogênio, embora essa teoria inicialmente parecesse não ter nada a ver com “magnetismo”. De acordo com esta teoria, orbitais moleculares σ surgem , i. H. As duas funções de hidrogênio atômico u i (...) formam um estado σ-molecular orbital:

O último produto resulta do primeiro por causa do princípio da mecânica quântica da indistinguibilidade de partículas idênticas . Isso significa: O primeiro elétron  r 1 pode estar localizado não apenas no primeiro núcleo atômico , mas também em um orbital de hidrogênio atômico no segundo núcleo atômico, enquanto o segundo elétron está no primeiro núcleo atômico. Isso resulta na “ interação de troca ”, que desempenha um papel fundamental na criação do magnetismo e é mais forte por fatores de 100 a 1000 do que os termos fenomenológicos descritos pela eletrodinâmica .

No caso da função de spin  χ ( s 1 , s 2 ), que é responsável pelo magnetismo, o comportamento complementar  então se aplica por causa do princípio de Pauli

d. Isso significa que não apenas u i deve  ser substituído por  αβ (o primeiro significa " spin up ", o último " spin down "), mas também + por - e z. B.  r 1 pelos dois valores discretos de  s 1 , a saber, por ± ½. O seguinte se aplica:

e
.

Então, d. H. com o sinal de menos em (1b), o resultado é uma função de spin singlete . Isso significa: os spins são antiparalelos ; para sólidos, isso significa antiferromagnetismo e, para moléculas diatômicas, diamagnetismo .

A tendência à ligação molecular , de acordo com a função de localização acima, que resulta automaticamente na já mencionada Singulettsymmetrie no estado de spin devido ao princípio de Pauli; enquanto que a repulsão de Coulomb dos dois elétrons levaria a uma função de posição singlete e complementarmente a uma função de spin tripleto, ou seja, ou seja, "os spins agora seriam paralelos ".

O último efeito predomina com ferro , cobalto e níquel ; esses metais são ferromagnéticos . No caso das moléculas diatômicas, predomina também no caso do oxigênio , que, ao contrário das demais moléculas diatômicas, não é diamagnética, mas paramagnética . O primeiro efeito, porém, predomina com os demais metais, como sódio , potássio , magnésio ou estrôncio , que não são magnéticos , ou com o manganês , que é antiferromagnético .

O modelo básico de magnetismo de Heisenberg emergiu do modelo Heitler-London por meio da generalização (Heisenberg 1928).

A explicação do fenômeno é, em última análise, baseada em todas as sutilezas da mecânica quântica, incluindo sua estrutura matemática , em particular no spin ali descrito e no princípio de Pauli, enquanto a eletrodinâmica descreve a fenomenologia.

Magnetismo da matéria

Momento magnético de partículas elementares

Todas as partículas elementares com carga fundamental têm um momento magnético característico . Ele está ligado ao spin deles por meio da relação giromagnética .

Momento magnético de alguns férmions
Partículas elementares Descrição
elétron
Muon
próton
nêutron

Momento magnético de átomos

O momento magnético de um átomo é formado pela contribuição da camada do elétron (momento da camada) e pela contribuição do núcleo geralmente muito mais fraca (momento nuclear).

O orbital momento, o que está ligado ao momento angular orbital dos elétrons , eo momento de rotação determinado pelo elétron de spin contribuir para o shell momento. A soma dos momentos magnéticos dos elétrons de um orbital atômico duplamente ocupado é zero, de modo que os átomos que não possuem orbitais meio ocupados não têm um momento de camada permanente.

O momento nuclear é muito pequeno, mas não só pode ser detectado ( efeito Zeeman , experimento Stern-Gerlach ), mas também usado na prática (por exemplo, espectroscopia de NMR ( ressonância magnética nuclear ), tomografia MR ).

Magnetismo de sólidos

O magnetismo de sólidos é um fenômeno cooperativo . A magnetização macroscópica é composta pelas contribuições dos blocos de construção individuais ( átomos , íons , elétrons quase livres ) que constituem o sólido . Com muitos materiais, os blocos de construção individuais já têm um momento magnético. No entanto, mesmo dos materiais cujos blocos de construção carregam esses momentos magnéticos, apenas alguns mostram uma magnetização macroscópica. Como regra, os vários momentos se somam para formar o momento zero total. Somente se isso não acontecer, ou seja, se suas contribuições não se cancelarem, é uma magnetização macroscópica o resultado.

Cinco tipos de magnetismo podem ocorrer em sólidos. A nomeação do campo magnético, bem como do campo elétrico, é feita de forma análoga usando o prefixo apropriado:

magnetismo Explicação ilustração
Diamagnetismo Se uma substância é trazida para um campo magnético, isso induz uma corrente nas camadas de elétrons dos átomos, cujo campo magnético, de acordo com a regra de Lenz , é oposto ao externo. O diamagnetismo leva ao enfraquecimento do campo magnético da substância. Em materiais cujos átomos, íons ou moléculas não têm elétrons desemparelhados, o diamagnetismo é a única forma de magnetismo.
Paramagnetismo Se os átomos, íons ou moléculas de um material têm um momento magnético, eles se alinham paralelamente ao campo magnético externo. Isso causa um fortalecimento do campo magnético no material. No caso de um paramagneto ideal, os momentos magnéticos individuais são isolados uns dos outros. Portanto, após a remoção do campo magnético externo, o campo magnético interno entra em colapso devido ao movimento térmico das partículas. Correspondentemente, o paramagnetismo diminui com o aumento da temperatura. Paramagnetismo com e sem field.svg
Ferromagnetismo No ferromagnetismo, os momentos magnéticos de partículas individuais não são independentes uns dos outros, mas se alinham espontaneamente em paralelo. O acoplamento dos momentos magnéticos não se estende por todo o material, mas se limita a pequenas áreas, as áreas de Weiss . Escalas de comprimento típicas são de dez nanômetros a alguns micrômetros. O alinhamento dos distritos de Weiss é estatisticamente distribuído para que todo o corpo pareça não magnético. Os distritos podem ser alinhados da mesma forma por um campo magnético externo. Esta retificação é mantida mesmo após o campo externo ter sido removido, de forma que a magnetização permanente seja obtida. A magnetização pode ser destruída pelo aquecimento acima da temperatura ferromagnética de Curie . Ilustração de ordenação ferromagnética.svg
Ferrimagnetismo No ferrimagnetismo, também, os momentos magnéticos de partículas individuais não são independentes uns dos outros. Mas existem dois tipos de centros magnéticos. Os momentos de rotação de centros semelhantes são alinhados paralelamente e os de centros diferentes são antiparalelos. Isso leva a uma extinção parcial dos momentos magnéticos. O resto do comportamento é semelhante ao dos ferromagnetos. Ilustração de ordenação ferrimagnética.svg
Antiferromagnetismo Mesmo com o antiferromagnetismo, os momentos magnéticos das partículas individuais não são independentes uns dos outros, mas alinham-se espontaneamente de forma antiparalela. Portanto, o antiferroímã ideal não mostra comportamento magnético para o exterior. À medida que a temperatura aumenta, o movimento do calor interrompe o arranjo, de modo que o antiferroímã se comporta cada vez mais como um ferriímã. Quando aquecido acima da temperatura de Néel , o antiferroímã se comporta apenas paramagneticamente (compare a temperatura de Curie para ferromagnetos). Antiferromagnetic material.png

Além disso, existem formas de magnetismo que são caracterizadas pelo comportamento não magnético ou não linear dos cinco tipos de magnetismo:

Metamagnetismo
Materiais metamagnéticos (por exemplo, cloreto de ferro (II) ) mostram magnetizações cada vez menores com campos magnéticos externos muito pequenos (antiferromagnéticos), com o aumento da intensidade do campo a magnetização aumenta desproporcionalmente forte e de forma constante e se aproxima de um valor de saturação. Este comportamento pode ser descrito de forma que o cristal se comporte antiferromagnético para campos pequenos e ferromagnético para campos fortes.

"Amagnetismo"

Com Amagnetismo, não magnético, não magnético ou não magnético significa "não ferromagnético" geralmente, por exemplo, como uma propriedade do aço austenítico , em contraste com o aço comum . Não existem substâncias sobre as quais um campo magnético não tenha efeito algum. No caso de intensidades de campo magnético muito altas, mesmo com materiais "amagnéticos", pode haver atração ou, em menor extensão, efeitos de repulsão, embora muito mais fracos do que com materiais ferromagnéticos. O termo amagnético não é usado uniformemente.

Métodos de medição do magnetismo em sólidos

Vários métodos macroscópicos, bem como microscópicos atômicos, são usados ​​para investigar os diferentes tipos de magnetismo e sua dependência da temperatura. Um dos métodos macroscópicos mais sensíveis é baseado no efeito Josephson e é usado no SQUID , que na pesquisa de materiais geralmente é combinado com um criostato regulado . O efeito Hall também é um método macroscópico e também é usado em muitas aplicações técnicas simples, e. B. no motor do carro .

Na escala atômica, os núcleos atômicos são usados ​​usando a interação hiperfina para medir o tamanho do campo magnético com os núcleos atômicos na rede cristalina no local do respectivo núcleo. Os métodos conhecidos são espectroscopia Mössbauer , correlação de ângulo gama-gama perturbado e NMR .

Magnetismo em Biologia

Como toda atividade nervosa também consiste em correntes elétricas, nosso tecido nervoso e, especialmente, nosso cérebro produzem constantemente campos magnéticos que podem ser recebidos com detectores sensíveis.

Campos magnéticos alternados podem desencadear correntes elétricas no tecido por meio de indução e, portanto, ter uma influência (fraca) no sistema nervoso. O córtex motor pode ser estimulado com a ajuda da estimulação magnética transcraniana (TMS) de forma que ocorram contrações musculares involuntárias. Os nervos dos próprios músculos também podem ser estimulados dessa forma.

Os chamados magnetofosfenos (percepções sensoriais ópticas) ocorrem em campos fortes correspondentes (por exemplo, em uma tomografia de ressonância magnética ) . Além disso, há muito se sabe que campos magnéticos alternados podem influenciar a secreção de hormônios ( por exemplo, melatonina ). No entanto, as consequências a longo prazo para os humanos não puderam ser observadas.

Muitos pássaros, tartarugas marinhas e peixes de longo alcance têm um sentido magnético e podem se orientar usando o campo magnético terrestre .

O médico Franz Anton Mesmer desenvolveu uma teoria, que foi testada e rejeitada pela Academia Francesa de Ciências em 1784 , segundo a qual um fluido que Mesmer chamou de magnetismo animalis poderia ser transmitido de pessoa a pessoa e em hipnose e certos processos de cura ( Exclusões Mesmer) devem desempenhar um papel. Além do magnetismo animal que era popular na época, o médico e magnetizador Louis Joseph Jules Charpignon em Orléans também lidou com o magnetismo em um sentido mais geral por volta de 1845.

Veja também: Magnetotaxis , Magnetospirillum gryphiswaldense , Magnetospirillum magnetotacticum , Magnetosom

Perigos para as pessoas

Aviso de campo magnético

Efeitos ou perigos de campos magnéticos diretos em humanos não são conhecidos. Os campos pulsados ​​na ressonância magnética também são geralmente inofensivos. Por outro lado, existem perigos com campos fortes nos seguintes casos:

  • Efeito de força por meio de peças ferromagnéticas ou ferromagnéticas presentes no corpo também
  • Peças ferromagnéticas ou ferromagnéticas voadoras.

Por este motivo, as regras de segurança se aplicam em laboratórios de campo magnético e em tomógrafos de ressonância magnética, que garantem que nenhuma peça ferromagnética entre nas proximidades. O seguinte dano ainda é relevante:

  • Interrupção ou falha de marcapassos também
  • Perturbação de relógios não “amagnéticos” e outros dispositivos mecânicos.

Perigos gerais

Os campos pulsados ​​podem influenciar ou destruir todos os dispositivos eletrônicos e elétricos por meio da indução eletromagnética , consulte também pulso eletromagnético .

Irregularidades no fluxo de partículas do sol ( vento solar ) levam às chamadas tempestades magnéticas na terra que, por indução, podem colocar em risco linhas telefônicas e fixas, sistemas de cabos e também dutos metálicos.

Os campos magnéticos podem apagar gravações em mídia magnética, como fita de áudio , fita de vídeo ou disco rígido .

Se um campo magnético repentinamente entrar em colapso como resultado de um incidente - interrupção da linha em eletroímãs convencionais ou extinção em ímãs supercondutores - pulsos de tensão elétrica muito alta podem resultar da indução. Se isso levar a um fluxo de eletricidade, os campos magnéticos gerados por sua vez podem, e. B. Puxe os objetos com força para dentro do ímã. Portanto, as configurações de experimento nas imediações do ímã não devem conter nenhum circuito condutor fechado - por exemplo, em qualquer tipo de racks; isto é conseguido inserindo espaçadores isolantes.

Os dois ímãs permanentes em forma de anel do magnetron de um forno de micro - ondas atraem um ao outro com tanta força que você pode beliscar dolorosamente e ferir uma dobra fina da pele entre eles.

Magnetismo na linguagem cotidiana e na vida cotidiana

Muitas vezes, os mal-entendidos surgem da confusão dos termos “magnético” (no sentido de ferromagnético ), “magnetizado” e “magnetizável”.

Na linguagem coloquial, magnetismo é quase exclusivamente entendido como ferromagnetismo, porque isso é comum e familiar na vida cotidiana: segurar ímãs em uma folha de metal, o funcionamento de uma bússola, etc. Os outros tipos de magnetismo (diamagnetismo, paramagnetismo, etc. .), por outro lado, são imperceptíveis no ambiente cotidiano. Com "magnético" geralmente se entende "ferromagnético". A maioria das pessoas associa corretamente o termo magnetismo com os materiais ferro e aço. O que é menos conhecido é que o níquel e o cobalto também são ferromagnéticos.

Conceitos errôneos sobre magnetizabilidade são generalizados e também podem ser encontrados em alguns livros e outras fontes. Por exemplo, um objeto feito de aço simples é ferromagnético e, portanto, magnetizável, mas apenas magneticamente “macio”, o que significa que ele perde sua magnetização novamente muito rapidamente. Uma agulha de bússola temporária não pode ser feita de nenhum fio de aço escovando-o com um ímã permanente, um fio de aço magneticamente macio não é adequado. Se você tocar em um fio de aço magneticamente macio com um ímã permanente, ele será atraído, mas não magnetizado permanentemente. Uma agulha de aço magneticamente “dura”, por outro lado, pode ser magnetizada permanentemente, o que significa que ela só perde sua magnetização após um longo período de tempo e poderia, portanto, funcionar como uma bússola improvisada.

Você pode verificar facilmente se um objeto é "magnético" (no sentido de ferromagnético) tocando-o com um ímã permanente. Se você sentir uma força, o objeto é ferromagnético. Se um objeto é "magnetizado" - isto é, é ele mesmo um ímã permanente - pode ser verificado usando um pedaço muito leve de aço não magnetizado (por exemplo, um grampo ou clipe de papel): Se o grampo ficar preso no objeto, então ele é que ele magnetiza.

A magnetização de ferramentas, por exemplo, pode ser desejável na prática (por exemplo, algumas chaves de fenda são magnetizadas intencionalmente para simplificar o manuseio de pequenos parafusos de ferro). No entanto, a magnetização também pode ser indesejável porque causa constantemente pequenas limalhas de ferro ou semelhantes. ficar com o dispositivo.

Os notebooks da Apple às vezes têm um soquete de alimentação de acoplamento magnético. Essa conexão MagSafe é liberada na maioria dos casos se o cabo for puxado acidentalmente e pode, assim, evitar que o dispositivo caia da mesa para o chão. O plugue plano tem uma estrutura ferromagnética que é atraída pelo ímã na área ligeiramente recuada do soquete. Se o dispositivo for colocado em uma mochila sem capa, que também é usada para transportar ferramentas manuais, o encaixe pode atrair partículas de ferro e ferrugem e ficar entupido com elas. Essas partículas podem ser removidas com fita adesiva forte.

blindagem

Influência do curso das linhas do campo magnético por material ferromagnético. A blindagem cria um espaço virtualmente livre de campo dentro do anel.

A blindagem de dispositivos eletrotécnicos, instalações e salas é usada para manter os campos elétricos e / ou magnéticos longe deles ou, inversamente, para proteger o meio ambiente dos campos que emanam das instalações. Escudos magnéticos são usados, e. B. usado em monitores CRT e osciloscópios com tubos de raios catódicos , uma vez que fontes de interferência magnética podem causar interferência na imagem. Os ímãs permanentes em alto-falantes em aparelhos de televisão com tubos de imagem geralmente são blindados magneticamente.

Materiais magnéticos macios são usados ​​para proteger campos magnéticos estáticos e campos magnéticos de baixa frequência, ou seja, H. materiais ferromagnéticos de alta permeabilidade e baixa remanência. A blindagem magnética também tem um efeito de blindagem elétrica se for suficientemente condutiva. Os campos alternados eletromagnéticos de alta frequência ( ondas eletromagnéticas ) só podem ser completamente blindados com envelopes fechados completos e eletricamente condutores de espessura suficiente. Fendas ou aberturas reduzem a atenuação da blindagem e tornam impossível se sua maior dimensão atinge ou excede a ordem de magnitude do comprimento de onda a ser blindado.

Veja também

Links da web

Wikcionário: magnetismo  - explicações de significados, origens das palavras, sinônimos, traduções
Commons : Magnetismo  - coleção de fotos, vídeos e arquivos de áudio

Observações

  1. Estritamente falando, a liberdade de fontes sempre se aplica à densidade do fluxo magnético , mas não à intensidade do campo magnético , veja abaixo.
  2. Expresso matematicamente: Os campos magnéticos são sempre campos de vórtice , enquanto os campos eletrostáticos são sempre campos de gradiente (cada campo vetorial pode ser dividido em uma parte do gradiente (parte livre de redemoinhos) e uma parte do vórtice (parte livre da fonte)).
  3. ^ PJ Morrison: Linhas de campo magnético, dinâmica Hamiltoniana e sistemas Nontwist. Physics of Plasmas, Vol. 7 No. 6, junho de 2000, pp. 2279-2289 . O artigo mostra que em arranjos tridimensionais sem simetria particular, linhas de campo fechadas ocorrem comparativamente raramente. Isso também sugere o seguinte paradoxo: um ímã em barra feito de material flexível está sendo considerado, no qual alguém amarrou um laço simples antes de magnetizar. Suas linhas de campo correm para dentro do pólo S ao pólo N ao longo do nó e fecham fora do ímã no espaço livre. Agora o ímã é lentamente desamarrado. Suas linhas de campo estão sempre fechadas. Uma vez que um nó não pode desaparecer em um loop fechado por razões topológicas, as linhas de campo ao redor da barra magnética alongada agora teriam que conter um nó, o que não é possível. O paradoxo pode ser resolvido desistindo da ideia de linhas de campo fechadas.
  4. Medição do campo magnético no coração humano com pequenos sensores em temperatura ambiente (comunicado de imprensa PTB de 11 de dezembro de 2009).
  5. Pesquisadores de campo magnético visam a meta de Cem Tesla ( Memento de 28 de setembro de 2012 no Arquivo da Internet ), comunicado à imprensa do Laboratório Nacional de Los Alamos de 22 de março de 2012.
  6. Apresentação da TU Dresden (arquivo PDF, 8,2 MB, acessado em 30 de junho de 2011)
  7. De acordo com o princípio de Pauli, a complementaridade consiste no fato de que com as moléculas diatômicas uma função de posição simétrica (sinal +) deve ser multiplicada por uma função de spin anti-simétrica (sinal -), e vice-versa.
  8. Para a teoria do magnetismo, consulte z. BU Krey, A. Owen, Basic Theoretical Physics - A Concise Overview , Springer, Berlin 2007.
  9. Valores recomendados CODATA. Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, acessado em 21 de julho de 2019 . Momento magnético do elétron.
  10. Valores recomendados CODATA. Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, acessado em 21 de julho de 2019 . Momento magnético do múon.
  11. Valores recomendados CODATA. Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, acessado em 21 de julho de 2019 . Momento magnético do próton.
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