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Os ímanes de campo, também conhecidos como ímanes permanentes, têm sido uma pedra angular da tecnologia moderna durante décadas. São componentes essenciais numa vasta gama de dispositivos, desde simples motores e geradores a complexos sistemas de imagiologia médica e aceleradores de partículas. As propriedades únicas dos ímanes de campo, como a sua capacidade de gerar campos magnéticos persistentes sem fontes de energia externas, tornam-nos ferramentas indispensáveis nas mãos de engenheiros e cientistas.
Noções básicas sobre ímanes de campo
Os ímanes de campo são feitos de materiais ferromagnéticos, como o ferro, o níquel e o cobalto, que podem ser magnetizados pela exposição a um forte campo magnético. Uma vez magnetizados, estes materiais mantêm as suas propriedades magnéticas mesmo quando o campo externo é removido. Este fenómeno é conhecido como magnetização.
A força do campo magnético de um íman é determinada pelo seu momento magnético, que é proporcional ao produto do volume do íman pelo quadrado da sua magnetização. A direção do campo magnético pode ser descrita utilizando a regra da mão direita, segundo a qual o polegar de uma pessoa destra, apontando na direção do pólo norte para o pólo sul do campo magnético, indica a direção das linhas do campo magnético.
Aplicações dos ímanes de campo
1. Motores eléctricos e geradores
Uma das aplicações mais comuns dos ímanes de campo é nos motores e geradores eléctricos. Num motor de corrente contínua, por exemplo, a interação entre o campo magnético dos ímanes de campo fixos e o campo magnético dos enrolamentos da armadura rotativa resulta na conversão de energia eléctrica em energia mecânica. Este princípio é invertido nos geradores de corrente contínua, em que a energia mecânica é utilizada para rodar os enrolamentos da armadura dentro do campo dos ímanes fixos, convertendo assim a energia mecânica em energia eléctrica.
2. Dispositivos de armazenamento magnético
Os ímanes de campo também desempenham um papel crucial nos dispositivos de armazenamento magnético, como as unidades de disco rígido (HDD) e as unidades de fita magnética. Nos HDD, os campos magnéticos gerados pelos ímanes de campo pequenos e muito espaçados (chamados ímanes de "cabeça" ou de "gravação") numa disquete rotativa (chamada "prato") podem ser manipulados para armazenar ou recuperar dados binários como padrões magnéticos na superfície do prato.
3. Imagiologia por Ressonância Magnética (MRI)
No domínio da imagiologia médica, os ímanes de campo são componentes essenciais dos sistemas de imagiologia por ressonância magnética (MRI). As máquinas de IRM utilizam poderosos ímanes supercondutores para gerar campos magnéticos fortes e uniformes, normalmente na gama de 1 a 3 Tesla (T). Quando um doente é colocado dentro do campo magnético, os protões no corpo do doente alinham-se com o campo, resultando num momento magnético líquido. Ao manipular o campo magnético com impulsos de radiofrequência (RF), os sistemas de RMN podem fazer com que os protões emitam sinais de RF que podem ser detectados e processados para criar imagens detalhadas das estruturas internas do corpo.
4. Aceleradores de partículas
Na física das partículas, os campos magnéticos são ferramentas indispensáveis para acelerar e manipular partículas carregadas, como os electrões e os protões. Os aceleradores de partículas, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN, utilizam ímanes supercondutores para criar campos magnéticos poderosos que podem acelerar as partículas a velocidades próximas da velocidade da luz. Estas partículas aceleradas podem então ser colididas entre si ou com alvos fixos para estudar as propriedades fundamentais da matéria e as forças que regem o mundo subatómico.