Vinte Exemplos de Magnetismo

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Vincent Marché graduou-se primeiro em eletrônica, e depois foi aperfeiçoar suas habilidades na escola de negócios. Após mais de 10 anos na indústria, trabalhando na comercialização e venda de sensores, interruptores e dispositivos eletrônicos, ele caiu em um caldeirão de fusão chamado simulação de engenharia elétrica. Apoiando o software de simulação eletromagnética FluxTM desde 2009, ele é apaixonado pelos grandes campos de aplicações abordados pelas ferramentas de simulação e pela experiência de aplicação dos usuários. Ele está constantemente à procura de soluções que atendam às necessidades de inovação dos engenheiros elétricos. Desde a recente aquisição da Cedrat pela Altair, ele gerencia a promoção de aplicações eletromagnéticas, engenharia elétrica e e-Mobilidade.

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Vinte Exemplos de Magnetismo no Trabalho

1. Imãs de geladeira- obras de arte & mensagens
2. Imãs de geladeira- para selar e fechar as portas
3. Dispositivos de fixação de máquinas de metal
4. Pátio de sucata e elevação da siderurgia
5. Separação de materiais
6. Criação de isótopos de radiação
7. Pura pesquisa de física
8. Motores-autocarros, cortador de relva, misturador de cozinha
9. Incontinência- substituição da válvula vesical
10. Dentaduras
11. Levitação dos comboios
12. Navegação através da bússola
13. Etiquetas de segurança de artigos de loja e biblioteca
14. Shark Navegação
15. Ressonância magnética para humidade&Análise do teor de gordura
16. Ressonância magnética para imagens do corpo e dos órgãos
17. Transmissores de linha de transmissão
18. Cabeça de gravação- VCR, áudio & cassetes de vídeo, hard & drives de disquetes
19. Meios de gravação – VCR, áudio & cassetes de vídeo, hard & drives de disquetes, discos magnéticos
20. Cartões de crédito & Cartões bancários ATM

Magnetismo existe em duas formas, existe em objectos e no ar. Quando o magnetismo é observado nos objetos é representado por um grupo de coisas chamadas “dipolos”, e é referido pela letra “m”. Quando o magnetismo é observado no ar, ele é simplesmente chamado “um campo aplicado”, e é referido pela letra “h”.

Um dipolo é uma pequena unidade de magnetização que consiste em uma força e uma direção. O dipolo 1 (ver figura 1) tem uma força específica (designada pela área do círculo), e uma direcção semelhante a uma hora. Dipolo 2 (ver figura 2) tem uma força duas vezes superior à do dipolo 1, e a sua direcção é semelhante à das nove horas. Um objeto magnético exibe uma magnetização total (m) que depende da combinação de todos os dipolos dentro do objeto.

Figure 1- Dipolo 1

Figure 2 -Dipolo 2

Um campo aplicado geralmente existe devido a uma das duas razões seguintes. Razão nº 1 – a magnetização geral de um objeto é formada de tal forma que ele envia parte de sua força para o ar ao redor. Razão no. 2 – a eletricidade passando por um fio gera um campo aplicado. É importante notar que ambas as formas de um campo aplicado podem coexistir; de forma cooperativa ou não cooperativa. Tal como no dipolo, um campo aplicado tem uma força e uma direcção. O campo aplicado 1 (ver figura 3) tem uma força designada pelo comprimento de sua seta, e uma direção semelhante às três horas. O campo aplicado 2 (ver figura 4) tem uma força designada para ser metade da força do campo aplicado 1 e uma direcção semelhante às seis horas.

Figure 3 – Campo aplicado 1

Figure 4 – Campo aplicado 2

Cada grupo de dipolos representado na Figura 5a e a Figura 5b representa alguns cenários ou situações magnéticas diferentes. Se se considerar que cada uma destas situações pode existir em qualquer objecto magnético, então certas combinações de grupos de dipolos podem ser usadas para definir os dois tipos básicos de objectos magnéticos; um objecto duro, e um objecto macio.

Figure 5a- Grupo de dipolos representando um objecto duro

Um objecto duro é aquele que seria melhor descrito como tendo um comportamento associado a uma sequência de eventos correspondentes a primeiro ‘A’, depois ‘B’ e depois ‘C’. A’ descreve um grupo de dipolos em um objeto onde nenhum campo aplicado está presente; cada dipolo é orientado em uma posição única. B’ descreve um grupo de dipolos em um objeto , onde um campo aplicado está presente; cada dipolo está alinhado com os campos aplicados, de forma similar às três horas. C’ descreve um grupo de dipolos em um objeto, onde o campo aplicado de ‘B’ acabou de ser removido; observe que alguns dos dipolos não voltaram às suas posições originais em ‘A’, mas assumiram uma nova posição única.

Figure 5b- Grupo de dipolos representando um objecto macio

Um objecto macio seria melhor descrito se o seu comportamento estivesse associado a uma sequência de eventos correspondente primeiro a ‘A’ e depois a ‘B’ e finalmente a ‘D’. A’ descreve um grupo de dipolos em um objeto, onde nenhum campo aplicado está presente; cada dipolo é orientado em uma posição única. B’ descreve um grupo de dipolos em um objeto, onde um campo aplicado está presente; cada dipolo está alinhado com o campo aplicado similar às três horas. D’ descreve um grupo de dipolos em um objeto, onde o campo aplicado de ‘B’ acabou de ser removido; por favor note que todos os dipolos voltaram às suas posições originais em ‘A’.

O campo aplicado mudou a natureza dos objetos duros e moles. O objecto duro reteve algumas das novas funcionalidades criadas pelo campo aplicado enquanto que o objecto suave não reteve nenhuma das novas funcionalidades criadas pelo campo aplicado. Estes comportamentos definem a diferença essencial entre objetos duros e softobjetos, e também estabelecem claramente qual objeto deve ser usado para realizar os exemplos de magnetismo no trabalho.

As leis da física exigem que toda matéria exista em seu estado de energia mais baixo possível. Isto significa que à medida que as condições ambientais mudam, a matéria se adaptará de modo a permanecer no estado energético mais baixo possível. Um objeto magnético pode experimentar milhares de situações ambientais onde uma mudança no campo aplicado implica uma nova situação ambiental.

Existem dois tipos principais de objetos duros. O primeiro tipo de objetos duros é chamado de ímãs permanentes, e o segundo tipo é chamado de mídia de gravação. Ambos os tipos de objetos duros compartilham a capacidade de armazenar (ou reter) energia, embora cada um armazene essa energia de maneira diferente.

Imãs permanentes são objetos construídos com um grupo especial de minerais combinados. Esses minerais uma vez unidos geralmente não exibem magnetismo até que o ímã seja carregado com o processo descrito acima. O objeto inteiro exibe o mesmo caráter em cooperação e o objeto é usado como um dispositivo de energia armazenada.

Meios de gravação são objetos construídos com um grupo diferente de minerais especialmente combinados. Embora diferentes, esses objetos geralmente não exibem nenhum magnetismo até que também experimentem uma seqüência de eventos semelhante ao processo descrito acima. A diferença aqui é que o campo aplicado utilizado; ele fornece uma quantidade concentrada de energia para uma porção localizada muito pequena do objeto. Isto torna possível armazenar energia em diferentes locais no objeto. Na verdade, é possível armazenar energia em padrões desenhados no objeto; o que corresponde diretamente à informação que um indivíduo está tentando arquivar no meio de gravação.

Basicamente, existe apenas um tipo de objeto macio. Minerais especialmente combinados são usados para estes objetos também; embora, como mencionado anteriormente, estes objetos não retêm nenhuma energia. No entanto, eles são muito úteis, porque têm a capacidade de organizar e por vezes amplificar a energia de um campo aplicado quando este está presente.

A energia normalmente associada ao magnetismo é bastante útil para criar grandes quantidades de forças tanto atractivas como repulsivas. Os diagramas seguintes são úteis para representar as diferenças entre os dois tipos de forças, e as situações necessárias para que mudanças direcionais resultem. A repulsão é designada pela letra “R” (ver figura 6) e a atracção pela letra “A” (ver figura 7). As forças que resultam em ambos os casos, são um resultado directo dos dipolos que tentam reduzir as suas energias para o estado mais baixo possível. Normalmente isto requer algum tipo de movimento; ou atracção ou repulsão. Se um dos dipolos de interação for fixado no lugar, então o dipolo que está livre de restrição será o único a se mover.

Figure 6- Repulsão entre dipolos

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Figure 7- Atracção entre dipolos

Agora sobre os exemplos …

1. Ímanes de frigorífico – arte & mensagens :

Um íman de frigorífico é um objecto duro, e mais especificamente um íman permanente. Quando este íman é segurado na sua mão, adaptou-se à sua situação actual e repousa no seu estado de energia mais baixo possível. Se você agora mover este ímã em direção à porta do refrigerador (que é um objeto macio), você deu ao ímã uma nova condição ou situação ambiental. O íman irá adaptar-se de forma a atingir o novo estado de energia mais baixo possível. Especificamente, ele fará isso enviando uma parte de sua energia para a porta do refrigerador, que irá absorvê-la. Este processo de minimização de energia ilustra o que foi descrito acima como atração; o ímã de refrigeração será atraído para a porta do refrigerador. Pode-se tirar partido desta força de atracção e utilizar o íman para segurar a arte ou mensagens à porta; haverá no entanto um limite para o peso que o íman pode suportar.

2. Ímanes de frigorífico – para selar e fechar as portas :

Os fabricantes de frigoríficos utilizam o conhecimento descrito acima para não só fechar a porta quando esta se aproxima razoavelmente da estrutura do frigorífico, mas também para puxar a porta, que tem uma junta de íman permanente ao longo da borda interior, muito bem ajustada à estrutura do frigorífico. Isto realiza duas coisas; permite ao proprietário a liberdade de não bater a porta fechada, e proporciona uma vedação térmica extremamente eficaz.

3. Dispositivos de fixação da máquina de metal :

Numa oficina mecânica é primordial que as peças de metal sejam mantidas firmemente no lugar. Se isto for feito, os acidentes e erros são menos frequentes e menos prejudiciais. Utilizando o mesmo conhecimento de cima, é possível produzir forças atraentes que são suficientemente grandes para fazer duas coisas. Primeiro, as forças atrativas são suficientes para segurar uma peça de metal mais pesada do que o próprio ímã, e segundo, as forças atrativas são capazes de suportar forças adicionais criadas a partir das várias operações da máquina. Uma exigência dessas forças atraentes é que elas possam ser ligadas e desligadas a pedido. Isto requer um desvio inteligente da energia do íman para longe do metal retido.

4. Levantamento de sucata e siderúrgico :

Num pátio de sucata ou numa siderurgia, é necessário levantar e deslocar grandes quantidades de metal. Como o metal é em grande parte aço, é um objeto macio. Com os conhecimentos mencionados anteriormente, o magnetismo é usado para realizar esta tarefa. Um guindaste muito grande usando um eletroímã ou um conjunto de objetos magnéticos duros na extremidade de seu cabo é capaz de pegar, realocar e soltar as peças de aço.

5. Separação de materiais :

Minas de vários tipos usam magnetismo para separar os materiais a serem recolhidos. Forças atrativas, semelhantes às descritas anteriormente, são colocadas perto de um transportador que transporta os materiais extraídos. À medida que os objectos magnéticos macios se deslocam pelo conjunto magnético são afastados do transportador que contém o material desejado e desviados para a área de recolha. Vários graus de sofisticação estão disponíveis permitindo que a mina seja bastante selectiva na sua recolha e separação de materiais.

6. Criação de isótopos de radiação :

Muitas formas de pesquisa médica utilizam a radiação sob a forma de isótopos. Estes isótopos são usados para isolar e observar várias formas de problemas médicos; diabetes, câncer e AIDS são apenas alguns exemplos. A maioria destes isótopos são fabricados; eles não são abundantes em suas formas naturais. O conhecimento apresentado acima é realmente usado para produzir estes isótopos. Um dispositivo chamado acelerador fornece um elemento (como o fósforo) com uma tremenda quantidade de energia fazendo com que o elemento mude de estado e emita radiação para minimizar a sua energia.

7. Pesquisa de Física Pura :

Experiências de Física Subatômica utilizam o magnetismo para criar e observar as menores estruturas da matéria. Forças atrativas e repulsivas são geradas pelo magnetismo em câmaras ambientais controladas. As respostas são previstas para certas estruturas da matéria em circunstâncias controladas. A observação das respostas reais esclarece ou refuta as previsões. Isto permite à sociedade compreender melhor em que consiste a matéria e melhor nos equipa para resolver os problemas futuros.

8. Motores – automotriz, cortador de relva, misturador de cozinha :

Os fabricantes de motores utilizam o mesmo conhecimento de cima para produzir rotação nos seus motores. Um motor é dividido em várias áreas em forma de cunha. Sinais elétricos sincronizados geram pequenas forças atrativas que giram o motor de uma região em forma de cunha para a outra. A velocidade do motor está diretamente relacionada com a taxa de repetição dos sinais elétricos.

9. Substituição da válvula de incontinência da bexiga :

Felizmente, algumas pessoas sofrem de incapacidade de urinar sob demanda; esta é uma forma de incontinência. Num esforço para ajudar estas pessoas, foram desenvolvidas válvulas de bexiga artificiais. Estas válvulas são implantadas cirurgicamente no interior do indivíduo. A válvula contém um fluido que contém quantidades de um objecto macio dispersas uniformemente por todo o fluido. Um imã permanente produzindo uma força atrativa é então usado para mover a válvula e abrir o trato urinário.

10. Prótese :

Uma nova forma de aderência da prótese utiliza o conhecimento de cima. Pequenos pedaços de ímã permanente são cirurgicamente implantados nas gengivas de um indivíduo, e pedaços de objetos macios são colocados em porções selecionadas da dentadura. Quando a prótese é colocada no lugar, a adesão resulta da atração.

11. Levitação de trens :

Repulsão magnética é usada para levitar trens. Um conjunto de dipolos muito fortes (O comboio) experimenta uma força repulsiva de outro conjunto de dipolos (A via). Como resultado, o comboio afasta-se o mais possível da via e é, pelo menos parcialmente, levitado. Esta levitação reduz a resistência que o trem experimenta para se mover (fricção). O comboio necessitará então de menos combustível para se deslocar de uma estação para a outra e pode também deslocar-se a velocidades mais rápidas.

12. A navegação através da bússola :

Navegação usando uma bússola é realizada porque a terra gera magnetismo. Geograficamente o topo do globo é rotulado como ‘Pólo Norte’, e o fundo como ‘Pólo Sul’. Actualmente o ‘Pólo Norte’ da Terra é magneticamente um pólo Sul, e o ‘Pólo Sul’ da Terra é magneticamente um pólo Norte. Uma bússola no local ‘A’ na Terra apontará para o ‘Pólo Norte’ da Terra. Se considerarmos o conhecimento atraente que aprendemos de cima, torna-se evidente que o fim da bússola rotulada com um ‘N’ deve ser magneticamente um pólo norte, e o fim da bússola rotulada com um ‘S’ deve ser magneticamente um pólo sul. Esta configuração da bússola permite minimizar a sua energia apontando para o ‘Pólo Norte’ da Terra, o que naturalmente fornece a nossa referência direccional.

13. Tags de segurança de itens da loja e biblioteca :

Para medidas de segurança é necessário determinar se um objeto (seja um livro em uma biblioteca ou um par de jeans em uma loja) deixa uma área designada sem permissão. Este monitoramento pode ser feito com magnetismo. Como já vimos, um grupo de dipolos pode ter respostas únicas para o seu ambiente. Alguns objetos macios e algumas combinações de objetos duros e macios em um padrão de mosaico exibem respostas tão únicas, que podem ser usadas como ‘tags’. Se uma pessoa deixa a área designada apropriadamente, a tag é neutralizada ou removida. Se não o fizer, então a ‘tag’ aciona os sistemas de detecção e um alarme soa notificando as autoridades sobre o problema.

14. Navegação de tubarões :

Sharks navegam no oceano em referência ao ‘Pólo Norte’ e ao ‘Pólo Sul’ da Terra. À medida que nadam, movem regularmente a cabeça de um lado para o outro. Descobriu-se que têm pequenos elementos sensores nas suas cabeças que convertem a energia magnética da Terra em impulsos eléctricos. Estes impulsos são utilizados pelo tubarão para manter uma referência direccional para a navegação.

Ressonância magnética nuclear também ocorre como resultado da minimização da energia. Há muito tempo atrás, os físicos colocaram a hipótese de um conjunto único de condições ambientais que, de facto, causariam um pré-funcionamento do dipoloto magnético e depois girariam continuamente como um topo (ou ressonância) de forma a minimizar a sua energia. Os dipolos livres na presença das seguintes condições ambientais únicas produzirão ressonância magnética; um forte alinhamento do campo aplicado numa direcção semelhante às doze horas, e um campo aplicado oscilante (de curta duração) pulsado está na direcção semelhante às três horas. (ver figura 8 ) O campo aplicado oscilante pulsante tem a forma de uma função senoidal a uma frequência algures na gama de radiofrequências (vários milhões de ciclos por segundo). A freqüência determina quantas vezes uma função é repetida em um determinado período de tempo. Quanto mais rápida a frequência, mais rapidamente a função muda, e mais ciclos terão sido produzidos.

O resultado da experiência acima mencionada proporcionou-nos uma ferramenta de observação extremamente importante e não invasiva; isto significa que o material ou objecto a ser observado não é alterado ou destruído. Esta técnica é chamada Ressonância Magnética (RM).

15. MRI para umidade & análise do teor de gordura :

Ressonância magnética é utilizada pelos fabricantes de alimentos (como Pepperidge Farm) para monitorar e otimizar o teor de água e gordura em seus ingredientes, a fim de determinar e manter o sabor e o prazo de validade. Pequenas quantidades de materiais são colocadas em um dispositivo que duplica as condições acima. A resposta de ressonância é monitorada e correlacionada diretamente com o conteúdo de água ou gordura. Isto é conseguido porque tanto a água como a gordura contêm dipolos magnéticos e sua resposta é suficientemente diferente para ser distinguida.

16. RM para o corpo & imagens de órgãos :

Ressonância magnética é usada para produzir imagens 3D dos órgãos do corpo com uma clareza e uma resolução superior à do raio-x convencional, e sem o uso de raios-x penetrantes de forma prejudicial. A produção de, uma imagem útil requer um conjunto de condições ainda mais especiais do que as descritas acima. O alinhamento do campo aplicado ainda é necessário, mas este campo tem agora dois componentes, um “campo” uniforme e um campo de gradiente. Um campo uniforme é um campo que tem uma magnitude sobre um volume como uma esfera de 16 polegadas de diâmetro que difere da média em apenas 30 ou 40 partes por milhão (ppm), ou alternativamente em apenas .003 ou.004 por cento (%) em qualquer parte da esfera. O campo de gradiente é um campo que muda linearmente com a distância do centro da esfera à medida que se move para a borda da esfera. Este campo de gradiente fornece um meio de determinar as relações espaciais durante a produção da imagem e, portanto, é um grande contribuinte para o aumento da clareza e resolução que uma ressonância magnética proporciona. O campo uniforme e o campo de gradiente são usados simultaneamente para alinhar os dipolos na região de observação. Estes dipolos minimizam as suas energias alinhando-se com o campo. Agora o campo pulsado é introduzido; como descrito acima, os dipolos irão ressonar para melhor minimizar as suas energias. Esta ressonância é monitorizada e registada como um impulso eléctrico. Uma sequência de campos de gradiente diferente será aplicada cobrindo toda a área do órgão de interesse. Uma vez que todos os dados tenham sido recolhidos (isto leva cerca de uma hora) é processado por um poderoso computador para produzir a imagem 3D.

17. Transformadores de Linha de Transmissão :

Soft objetos magnéticos são utilizados pelas empresas de energia. Os grandes transformadores (tanto residenciais como industriais) convertem energia de uma forma em energia de outra forma. Especificamente, eles transformam tensão de uma magnitude em uma tensão de 110 ou 220 volts, que são as tensões típicas dos aparelhos domésticos. As linhas de transmissão contêm vários milhares de volts, e um transformador contendo objetos magnéticos macios é usado para transformar esta grande amplitude de tensão nos 110 e 220 volts usados em sua casa.

18. Cabeças de gravação – VCR, áudio & cassetes de vídeo, hard & drives de disquetes :

Uma sequência de codificação especial é usada para realizar o armazenamento de informações. Esta sequência de codificação requer que a energia (sob a forma de campos aplicados) seja apresentada aos meios de armazenamento em pequenas áreas organizadas. Objetos magnéticos macios são usados para canalizar essa energia magnética para locais apropriados a fim de realizar o armazenamento da informação.

19. Suportes de gravação – VCR, áudio & cassetes de vídeo, hard & drives de disquetes :

Como mencionado anteriormente, os suportes de gravação são um objecto magnético duro. Estas formas de mídia são usadas extensivamente em nosso dia-a-dia, direta ou indiretamente. A informação desejada é guardada no material magnético para a nossa recuperação posterior. Também somos capazes de gravar e regravar como desejamos, sem degradação no desempenho ou capacidades.

20. Cartões de crédito & Cartões bancários ATM :

A maioria dos cartões de crédito contém uma tira de objecto magnético duro na parte de trás do cartão. Esta tira contém informações codificadas; especificamente, seu(s) nome(s), número(s) de conta(s) e provavelmente alguns outros itens especiais. Quando você faz uma compra com um cartão de crédito é agora raro que o funcionário tenha que falar com alguém para esclarecer a sua capacidade de comprar um item. Em vez disso, o funcionário passará o seu cartão através de uma pequena caixa. Esta caixa é uma interface inteligente entre a loja e o escritório do cartão de crédito. A informação do seu cartão de crédito é lida da caixa pequena, e depois é passada directamente para o computador do cartão de crédito através de uma linha telefónica. O funcionário então introduzirá o valor da sua compra, e aguardará por um número de aprovação. Se você usar um caixa automático (ATM), o ATM acessará as informações da sua conta a partir do seu cartão e, em seguida, solicitará que você inicie transações bancárias. Qualquer uma de suas seleções é controlada por computador e totalmente automatizada e todas iniciadas por magnetics.