Magnetismo — poderoso servo do homem

MAGNETISMO — como seria a vida, nesta era moderna, sem ele? Ora, ele nos proporciona a eletricidade que aquece o nosso lar, que ilumina nossas estradas, que cozinha nossos alimentos e que faz muitos trabalhos para nós diariamente! Não poderíamos apreciar boa música no rádio, assistir a um programa de televisão, ou mesmo pegar um telefone e ligar para um amigo, se não fosse o magnetismo.

Associado com esta força extraordinária, há algo que os chineses chamavam de “A Pedra Que Devora o Ferro”. Os marinheiros deram-lhe o nome de lodestone, significando “a pedra que orienta”. Nós a chamamos de ímã ou magneto, nome derivado do minério magnetita, que era abundante na Magnésia, um distrito da Ásia Menor. Entretanto, sem levar em conta o nome, a força misteriosa da magnetita tornou-a tão preciosa quanto o ouro. Reis ficaram fascinados com ela. Marinheiros navegavam os oceanos orientando-se por pequena lasca dela. Os pagãos criam que os deuses enviaram a pedra para guiá-los. Mas, apesar de toda a atenção dada a ela, ninguém no mundo antigo podia prever o enorme potencial da força que chamamos de magnetismo.

Atualmente é fácil obter um ímã. Embora a magnetita não seja comumente acessível, pode-se comprar ímãs de grande potência, feitos pelo homem, a baixo custo. Muitas crianças divertem-se durante horas, brincando com um par de pequenos ímãs. Aliás, os ímãs são tão abundantes hoje, que freqüentemente passam despercebidos.

Mas, exatamente o que é o magnetismo? Como influi em nós? Qual é a fonte de sua força misteriosa? Examinemos mais de perto este poderoso servo do homem.

Caraterísticas do Magnetismo

Algumas experiências com dois ímãs em forma de barra nos ajudarão a ver alguns dos princípios fundamentais do magnetismo. Coloque um pedaço de papel sobre o primeiro ímã e espalhe sobre o papel limalha de ferro (tal como de um prego). Batendo de leve com o dedo no papel algumas vezes, fará com que a limalha forme uma figura estranha. Note que todas as partículas de ferro se agrupam em linhas que parecem descrever um arco desde uma extremidade do ímã até a outra. Aqui observamos apenas uma pequena parte do campo magnético. Na realidade estas linhas invisíveis de força magnética circundam completamente o ímã, em todas as direções. As áreas de cada extremidade do ímã para onde todas estas linhas convergem são chamadas pólos. Todo ímã tem dois pólos que não podem ser separados um do outro. Se dividíssemos a nossa barra de ímã no meio, o resultado não seria dois meio-ímãs, cada um possuindo um só pólo. Antes, teríamos dois ímãs completos, cada um tendo dois pólos, como o ímã original.

Já que esboçamos o campo magnético e identificamos os dois pólos do ímã, observemos outra propriedade bem interessante do magnetismo. Amarre um cordão em torno da metade do ímã e suspenda-o no ar. Notará que uma das extremidades do ímã girará até apontar para o norte. Mude-o de direção e ele sempre vai girar de novo para o norte. O pólo do ímã que aponta para o norte é chamado pólo norte, e, o que aponta para o sul, pólo sul. Esta propriedade do magnetismo é a base para a bússola. Mas, o que causa este fenômeno?

Para descobrirmos, precisamos usar o segundo ímã. Marquemos em cada ímã um N no pólo que aponta para o norte e um S no pólo que aponta para o sul. Agora pegue um ímã em cada mão e aproxime o N de um ímã ao S do outro. O que acontece? Parece haver uma força invisível que os atrai. Mas, inverta a posição de um dos ímãs, colocando os N ou os S juntos, e, então, a força parece afastá-los. Isto demonstra uma lei imutável do magnetismo, a saber, pólos opostos sempre se atraem, ao passo que pólos iguais sempre se repelem.

Este é o motivo por que uma das extremidades do ímã sempre se move para o norte. A própria Terra possui um campo magnético, exatamente como a barra de ímã. Este campo se estende pelo espaço afora e se converge em cada pólo da terra. Assim, o pólo dum ímã que aponta para o norte será sempre atraído pelo Pólo Norte do “ímã terrestre”, ao passo que é repelido pelo Pólo Sul.

Provavelmente, a caraterística mais conhecida do magnetismo seja sua capacidade de atrair metais. No entanto, nem todos os metais são atraídos por um ímã. O ímã não atrai o bronze, o alumínio, o ouro e a prata, ao passo que atrai o ferro, o aço, o níquel, o cobalto, o cromo e outros metais, embora em graus variados. É interessante que a força atrativa de um ímã é a mesma em ambos os seus pólos. Conseqüentemente, um prego de ferro, por exemplo, será atraído com a mesma força em ambas as extremidades de nossa barra de ímã.

O exame destas caraterísticas básicas do magnetismo nos deixa ainda com perguntas muito importantes a serem respondidas. Qual é a fonte desta força? Sim, o que causa o magnetismo? E por que nem todos os metais são magnéticos?

Descobrir a Causa do Magnetismo

Para responder às perguntas precedentes, teremos de examinar a estrutura básica da matéria, o átomo. Este consiste em um núcleo compacto constituído de prótons e nêutrons, com um número variado de elétrons circulando em torno dele, mais ou menos como os planetas de nosso sistema solar orbitam o sol. Este movimento de elétrons realmente resulta em diminuta força magnética dentro do átomo. A maioria dos elétrons tem seu par correspondente de tal modo que seus campos magnéticos se anulam. Quando todos os elétrons num átomo têm o seu par correspondente, o campo magnético resultante tem valor zero. Os metais compostos de tais tipos de átomos são diamagnéticos.

Mas, se um átomo tiver elétrons sem pares correspondentes, ele tem o que os cientistas chamam de momento magnético resultante. A força deste momento magnético determina como os átomos se alinham no metal sólido. Na maioria dos metais, a agitação dos átomos em temperaturas comuns é suficientemente grande para superar as forças magnéticas, e os magnetos atômicos são desarrumados, em direções formadas ao acaso. A resultante final dos campos magnéticos de um grande número de átomos, em média, é de valor zero.

Entretanto, pode-se provocar o magnetismo em tais metais por colocá-los em outro campo magnético. O cromo é um desses. A força do campo magnético faz com que os átomos se coloquem em alinhamento paralelo. Mas, assim que é removido do campo, a agitação térmica prevalece novamente e isto destrói o alinhamento. O cromo perde seu magnetismo. Metais como este, que não retêm o magnetismo, são chamados paramagnéticos.

Em contraste, em alguns metais, inclusive o ferro, o cobalto e o níquel, os átomos têm momentos magnéticos muito mais fortes. São tão fortes que, quando os átomos se cristalizam, depois de fundidas, um átomo sente a influência de seu vizinho e grupos de átomos alinham-se com seus eixos magnéticos paralelos. Cada um de tais grupos se torna realmente um pequeno ímã. No entanto, estes grupos são microscópicos e estão orientados a esmo numa recente fundição. Por isso, um prego de ferro comum, por exemplo, não é um ímã.

Mas, se um fragmento de ferro for colocado num campo magnético, os grupos que estão alinhados com tal campo tendem a crescer às custas dos grupos vizinhos, por atraírem átomos próximos para o mesmo alinhamento com eles. Esta ação é intensificada se o metal for aquecido ou submetido a tensão, como por estiramento. O alinhamento formado desta maneira permanece quando o ferro é removido do campo. Deste modo, o metal tornou-se um ímã permanente. Tais metais que podem ser magnetizados permanentemente são chamados ferromagnéticos. Os átomos de ferro da magnetite estavam assim alinhados, aparentemente pelo campo magnético da terra, quando o minério se cristalizava.

Quanto maiores forem os grupos alinhados com o campo e menores os que estiverem orientados a esmo, tanto mais potente será a resultante imantação permanente. Os cientistas descobriram que, por se aplicar calor ou tensão a um metal enquanto está num potente campo magnético, pode-se alinhar permanentemente o máximo número de agrupamentos atômicos. Deste modo, pode-se produzir ímãs permanentes de grande potência, de forma econômica.

Magnetismo Celeste

Como já foi mencionado, a própria terra é um grande ímã. O que provoca o campo magnético deste globo terrestre? Alguns pensavam que era causado pelos minérios magnéticos naturais dentro da terra. Em outras palavras, consideravam a terra como gigantesco ímã permanente. Porém, mais recentemente, descobriu-se que a elevadíssima temperatura no interior da terra exclui tal possibilidade.

Atualmente, a explicação mais comumente aceita é a de que o campo magnético de nosso globo terrestre é resultante de correntes elétricas no núcleo da terra, relacionadas de algum modo à rotação da terra em torno do eixo. Há também evidência de que outros planetas sejam magnéticos. Júpiter, em especial, tem um campo muito mais forte que o da terra. E o próprio sol possui um campo magnético extremamente potente. Até mesmo a via-láctea, a galáxia que abrange o sol e centenas de bilhões de outras estrelas, evidencia ter um campo magnético.

O papel do campo magnético da terra em proteger a vida está apenas começando a ser descoberto pelos cientistas. Um exemplo disso pode ser observado em conexão com as violentas tempestades magnéticas na superfície do sol (conhecidas como “manchas solares”). As enormes áreas de campos magnéticos concentrados na atmosfera quente do sol realmente abrangem áreas maiores do que a terra, e possuem campos magnéticos mais de mil vezes mais fortes que o de nosso planeta. O sol lança continuamente no espaço jatos de partículas eletricamente carregadas, chamados “vento solar”. Este vento seria devastador para a vida terrestre, mas nosso campo magnético capta as partículas solares no espaço afora, antes mesmo que atinjam a atmosfera. Transforma seu curso em espirais em torno das linhas de força magnética e as dirige à atmosfera das regiões polares norte e sul. Mesmo assim, quando há grave tempestade magnética no sol, podemos esperar logo em seguida uma tempestade geomagnética que provoca distorções nas transmissões de rádio, de radar e até mesmo na distribuição de energia elétrica. Esta produz também os magníficos ‘fogos de artifício’ chamados “aurora boreal” e “aurora austral”.

O campo magnético da terra também ajuda a proteger-nos da maioria dos raios cósmicos prejudiciais por desviá-los para as latitudes polares. Provavelmente não compreendemos ainda de quantas maneiras este “amortecedor” magnético serve para o nosso benefício. Mas começa a se tornar evidente que o magnetismo de nosso planeta desempenha um papel vital na proteção da vida.

Eletricidade e Magnetismo

A capacidade de o magnetismo servir à humanidade reside especialmente em sua relação com a eletricidade. Lembre-se de que a diminuta corrente elétrica dentro do átomo produz o magnetismo em primeiro lugar. De fato, o magnetismo e a eletricidade estão tão intimamente relacionados que um causa o outro. Como isto se dá?

A eletricidade que passa por um fio torna-o magnetizado. Não, o fio não atrairá outros metais, porque o campo magnético rodeia o fio de forma circular, não tendo pólos definidos. Mas, se o fio for enrolado como linha num carretel, o campo magnético de cada espira amplifica o de seu vizinho, resultando num grande campo magnético. Quanto mais voltas ou espiras o fio tiver, tanto mais potente será o ímã produzido. Este ímã poderá ser ativado ou desativado simplesmente por se ligar ou desligar a eletricidade que passa por ele. Se não houver corrente elétrica, não haverá campo magnético. Este tipo de ímã é chamado eletroímã.

Um exemplo simples de um eletroímã em ação é a campainha comum de porta. Quando aperta o botão, a eletricidade passa por um eletroímã, atraindo a si uma peça articulada de metal. No seu movimento em direção ao eletroímã, o metal bate num sino. Quando solta o botão, o eletroímã solta o metal, e, ao voltar à sua posição original, bate em outro sino, resultando no conhecido “dim-dom”. Assim, e às vezes de maneiras mais complexas, os ímãs e os eletroímãs são o núcleo da maioria dos aparelhos elétricos.

Os motores elétricos se baseiam no eletroímã. Para explicar de modo simples, eletroímãs dispostos em círculo são ativados e desativados a intervalos precisos de tempo, e as propriedades de atração/repulsão dos ímãs fazem uma armadura girar dentro do círculo. Assim, motores elétricos de potências variadas executam muitas tarefas para nós, desde girar os ponteiros de relógios até impulsionar velozmente pesados bens de transporte suburbanos para seus destinos.

Disjuntores, relés, solenóides, medidores, calibradores e tantos outros instrumentos da indústria elétrica baseiam-se nesta simples relação entre a eletricidade e o magnetismo. Ora, o magnetismo permite que sua voz seja transmitida por fios telefônicos até aqueles que você estima, e depois lhe permite ouvir a voz deles em resposta! Eletroímãs dentro dos alto-falantes de seu rádio, televisor ou aparelho estéreo transformam impulsos elétricos em som, reproduzindo o original com surpreendente fidelidade. Sim, o magnetismo permite-lhe gravar numa fita as primeiras palavras de seu filho, ou o primeiro solo de violino de sua filha, e reviver estes momentos preciosos anos mais tarde.

É um feixe de elétrons precisamente focalizados por campos magnéticos que produz a imagem em seu aparelho de televisão. Esta mesma focalização de feixes de elétrons por magnetismo permite aos cientistas examinar o mundo do infinitesimamente pequeno por meio de microscópios eletrônicos.

A relação da eletricidade com o magnetismo funciona também de maneira inversa. Os geradores que produzem eletricidade dependem do magnetismo. Potentes ímãs permanentes são dispostos em círculo e turbinas impulsionadas por vapor ou água fazem com que espiras girem através destes campos magnéticos potentes. Este movimento das espiras faz circular uma corrente elétrica no fio das espiras. Depois, esta corrente é transformada em uma voltagem adequada e conduzida ao nosso lar.

Não seria exagero dizer que toda a indústria elétrica não existiria hoje se não fosse esse poderoso servo do homem que chamamos de magnetismo.

Grande Potencial

Ainda há muito o que aprender sobre o magnetismo, e quanto mais os cientistas aprendem sobre esta força, mais utilidades encontram para ela. Por exemplo, a nova tecnologia chamada magneto-hidrodinamica (MHD) promete gerar eletricidade de forma até mesmo mais econômica do que hoje. A maioria das cidades grandes utilizam agora turbinas a vapor para fazer os geradores funcionarem, e queimam-se combustíveis fósseis, tais como o carvão, para se produzir o vapor. Todavia, por meio da MHD seria possível produzir eletricidade não apenas no gerador, mas também na chaminé. Como? Bem, quando os gases quentes resultantes da queima do carvão são canalizados através de um campo magnético, produz-se uma corrente elétrica. Este novo sistema revolucionário pode transformar a energia do carvão em eletricidade, fazendo-o com maior eficiência do que qualquer outro sistema. Alguns pesquisadores dizem que o aumento da eletricidade produzida de uma tonelada de carvão por meio da MHD é até de 50 por cento. A MHD tem sido proposta como método para se extrair energia de certos tipos de reatores atômicos.

No campo dos transportes, faz-se progresso no desenvolvimento de bens que “voam” sobre trilhos especiais por meio da “levitação magnética”. Eletroímãs colocados no trem e no leito do trilho fazem com que o trem flutue a cerca de 30 centímetros acima do trilho e depois o impulsione a velocidades notáveis. Testes na Alemanha e no Japão indicam que tais bens deslocarão passageiros a velocidades superiores a 300 quilômetros horários. Sistemas de transporte de alta velocidade baseados na levitação magnética apresentam vantagens, tanto econômicas como ambientais, superiores aos outros sistemas. Por exemplo, não há partes móveis que se gastam, consomem pouca energia, são não-poluentes e silenciosos quando em funcionamento.

O homem está apenas na fase inicial da sua busca de mais utilizações do magnetismo. O elevado conhecimento de tal energia dinâmica dentro de nosso universo pode muito bem fazer-nos pensar no poder de Jeová Deus, o Criador de tais forças. Ele é ‘abundante em energia dinâmica e vigoroso em poder’, e deu origem ao magnetismo — este poderoso servo do homem! — Sal. 147:5; Isa. 40:26.

[Fotos na página 18]

Nos metais não-magnetizados, os polos magnéticos dos pequenos grupos atômicos se alinham ao acaso.

Quando magnetizados, os grupos atômicos realinham-se de modo a ficarem paralelos uns aos outros.

[Fotos na página 19]

O campo magnético ao redor de um fio, pelo qual passa eletricidade, tem o aspecto de uma rosca e não tem pólos definidos.

Quando o fio é enrolado, a corrente elétrica nele produzirá um eletroímã com pólos magnéticos definidos.

[Foto na página 20]

Estão sendo desenvolvidos bens de alta velocidade que “voam” sobre trilhos especiais por meio da “levitação magnética”.