Cortar uma barra magnética ao meio não arranca seus pólos. Ele produzirá apenas dois ímãs, cada um com um pólo norte que será atraído pelo pólo sul do outro ímã e vice-versa.
É essa propriedade básica de atração que torna os ímãs úteis para tantos propósitos, desde segurar um convite para uma festa na geladeira até fazer imagens médicas.
Mas como surgem esses pólos? Por que um imã tem pólo norte e pólo sul?
Os ímãs são “um dos mistérios mais profundos da física”, disse ele. Greg Boebinger (Abre em uma nova aba)Diretor do Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Tallahassee, Flórida. enquanto As pessoas usam ímãs há milhares de anos (Abre em uma nova aba)Os cientistas ainda estão aprendendo coisas novas sobre como eles funcionam.
A resposta básica de por que os ímãs têm pólos está no comportamento dos elétrons. Toda a matéria, incluindo ímãs, é feita de átomos. em tudo milhoO núcleo é cercado por um ou mais elétrons carregados negativamente. Cada um desses elétrons gera seu próprio pequeno campo magnético, que os cientistas chamam de “spin”. Se um número suficiente desses pequenos campos magnéticos apontar na mesma direção, o próprio material se tornará paramagnético.
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O “spin” de um elétron é um conceito abstrato, disse Boebinger à Live Science. Tecnicamente, ninguém jamais viu um spin de elétron – é muito pequeno para ser visto ao microscópio. Mas os físicos sabem que os elétrons têm um campo magnético porque o mediram. E uma das maneiras de gerar esse campo é se o elétron estiver girando. Inverta a direção da rotação e o campo magnético se inverterá.
quando possivel, Os elétrons se emparelharão de modo que seu spin seja cancelado (Abre em uma nova aba), o que torna o magnetismo líquido de um átomo zero. Mas em alguns elementos, como o ferro, isso não pode acontecer. O número de elétrons e a forma como eles são colocados ao redor do núcleo significa que cada átomo de ferro terá um elétron desemparelhado que gera um pequeno campo magnético.
Em um material não magnético, esses campos magnéticos individuais apontam em diferentes direções aleatórias. Nesse caso, eles geralmente se anulam, de modo que o material geralmente não é magnético. Mas sob as condições certas, pequenos campos magnéticos subatômicos podem se alinhar na mesma direção. Pode-se pensar nisso como a diferença entre uma multidão de pessoas andando por aí versus todos se organizando e olhando na mesma direção. A combinação desses campos magnéticos muito pequenos cria um campo magnético maior – assim, o material se torna um ímã.
Muitos ímãs usados na vida cotidiana, como os ímãs de geladeira, são conhecidos como ímãs permanentes. Nesses materiais, os campos magnéticos de muitos átomos no material tornaram-se permanentemente alinhados por uma força externa – como sendo colocados dentro de um campo magnético mais poderoso.
Muitas vezes, esse campo magnético mais poderoso é gerado pela eletricidade. Eletricidade e magnetismo estão fundamentalmente relacionados, porque os campos magnéticos são gerados pelo movimento de cargas elétricas. É por isso que o elétron giratório contém um campo magnético. Mas os cientistas também podem aproveitar a eletricidade para criar ímãs muito fortes Paulo Veracin (Abre em uma nova aba), cientista sênior do Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia. Corrente suficiente através de uma bobina de fio gera um campo magnético muito forte que dura enquanto a corrente estiver fluindo. Esses eletroímãs são frequentemente usados em pesquisas de física, disse Veracin à Live Science. Também é usado em instrumentos médicos, como máquinas de ressonância magnética (MRI).
A Terra também tem seu próprio campo magnético – que é o que faz a agulha da bússola funcionar. Os cientistas definiram o pólo norte de um ímã como a ponta que aponta para o pólo norte da Terra se o ímã girar livremente. Mas, tecnicamente, explicou Boebinger, isso significa que o polo norte magnético da Terra é na verdade um polo sul magnético, pois os polos opostos se atraem.
Em termos físicos, as linhas do campo magnético fluem para fora do polo norte de um ímã para o polo sul, formando um circuito fechado.
Os físicos também encontraram outros arranjos para os pólos magnéticos, Incluindo o quadrilátero (Abre em uma nova aba), onde um grupo de pólos magnéticos norte e sul são dispostos em um quadrado. Um objetivo permanece indefinido, disse Veracin: Ninguém ainda encontrou um monopólio magnético.
Elétrons e prótons são unipolares: cada um deles tem uma única carga elétrica, positiva ou negativa. Mas os elétrons (e outras partículas também) têm pólos magnéticos. Por serem partículas fundamentais, não podem ser mais decompostas. Essa diferença entre a forma como as partículas se comportam eletricamente e magneticamente tem intrigado muitos físicos e, para alguns, encontrar uma partícula com um único pólo magnético é o Santo Graal. Sua descoberta desafiaria as leis da física como as entendemos atualmente.
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