Um eletroímã é um tipo de ímã no qual o campo magnético é produzido pelo fluxo de uma corrente elétrica. Se o fluxo de corrente elétrica desaparece, o campo magnético e o efeito que dele emana também desaparecem.
Esses dispositivos elétricos são usados para gerar forças magnéticas controláveis em aplicações industriais, como guindastes eletromagnéticos e sistemas de triagem. Além disso, eles desempenham um papel crucial na tecnologia médica, permitindo a criação de imagens detalhadas em ressonância magnética (MRI) e em terapias de estimulação magnética.
Na pesquisa científica, os eletroímãs são essenciais em campos como a física. Sua capacidade de alterar e controlar campos magnéticos alimentou a inovação em uma ampla gama de campos, desde transporte até medicina e pesquisa avançada.
Tipos de eletroímãs
Existem diferentes tipos de eletroímãs, dependendo da direção da corrente e da potência desejada. Dentre eles destacamos os de corrente circular, corrente contínua, retangular e drive.
Eletroímãs de corrente circular
Esses eletroímãs têm um fio enrolado em espiral ou círculo. A corrente elétrica flui ao longo dessa espiral circular, gerando um campo magnético em uma direção perpendicular ao plano do círculo.
Eles são usados em aplicações onde um campo magnético é necessário em uma área específica e em uma direção específica.
Eletroímãs de corrente contínua
Os deste tipo trabalham com corrente elétrica constante e unidirecional. A corrente flui em apenas uma direção através do fio enrolado, criando um campo magnético constante.
Os de corrente contínua são comuns em aplicações onde é necessária uma força magnética constante, como relés eletromagnéticos.
Eletroímãs retangulares
Os retangulares têm um design em forma de retângulo. A corrente elétrica flui através do fio enrolado em torno do perímetro do retângulo.
Esses eletroímãs são utilizados em situações onde se busca gerar um campo magnético em uma direção específica ou para aplicações onde o formato retangular é mais adequado.
Eletroímãs de acionamento
Eles são usados para exercer uma força controlada ou movimento em resposta a mudanças na corrente elétrica. Eles são comuns em dispositivos de acionamento, como solenóides, para abrir e fechar válvulas, ativar interruptores ou produzir movimentos precisos em sistemas automatizados.
Como funciona um eletroímã?
Um eletroímã funciona graças à propriedade experimentada por todos os condutores elétricos: quando uma corrente flui através de um condutor, um campo magnético é sempre gerado.
O tipo mais simples de eletroímã é um pedaço de fio enrolado em uma bobina. Uma bobina cilíndrica com o fio enrolado em uma hélice (semelhante a um saca-rolhas em forma de saca-rolhas) é freqüentemente chamada de solenóide; um solenóide fechado seria um toróide. As extremidades do cabo são conectadas a uma fonte de energia.
Campos magnéticos mais fortes podem ser produzidos se um núcleo de um material paramagnético ou ferromagnético for colocado dentro da bobina, geralmente um núcleo de ferro macio é usado. O núcleo concentra o campo magnético para que seja mais forte do que se houvesse apenas o enrolamento da bobina.
O tipo de corrente com a qual um eletroímã trabalha pode ser contínua ou alternada.
Os campos magnéticos originados pelas bobinas seguem uma forma da regra da mão direita. Se os dedos da mão esquerda estiverem curvados na direção do fluxo da corrente de elétrons através da bobina, o polegar apontará na direção da força magnética.
O lado do ímã de onde surgem as linhas de campo é considerado o Pólo Norte.
Exemplos de eletroímãs
Esses elementos podem ser usados direta ou indiretamente. Em ambos os casos podemos encontrar os seguintes exemplos:
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Para desviar partículas eletricamente carregadas, como em tubos de raios catódicos ou aceleradores de partículas.
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Para levantar grandes massas de ferro. Alguns guindastes usam poderosos eletroímãs industriais para enganchar e levantar sucata.
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Motores elétricos. Os motores elétricos funcionam com essa tecnologia.
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Geradores elétricos. Funciona da mesma forma que nos motores elétricos, mas ao contrário.
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Fechar contatos elétricos em relés ou operar válvulas em válvulas solenoides.
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Ativar travas elétricas
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mover a cabeça de um disco rígido
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Freios eletromagnéticos e embreagens de automóveis.
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Para separar magneticamente metais em centros de reciclagem.
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Os trens Maglev usam essa tecnologia para flutuar e reduzir significativamente as perdas por atrito na via.
Exemplo de uso em portas automáticas
Outro exemplo de uso é na área de fechaduras, onde é utilizada para manter uma porta fechada, garantindo sua abertura em caso de falta de energia.
Por volta de 1980, o campo magnético derivado de um eletroímã começou a ser utilizado na construção civil e, mais precisamente, na área de janelas de segurança.
Uma empresa suíça começou a produzir um eletroímã, muito pequeno em tamanho e peso, que alimentado em baixa tensão (12Vdc - 24 Vdc) desenvolveu um campo magnético capaz de suportar uma força de vários milhares de newtons.
Esta aplicação teve desde logo um grande sucesso no domínio das saídas de emergência porque garante a segurança contra roubo sem necessidade de utilização de peças mecânicas mas, ao mesmo tempo, garante a abertura da porta, sem intervenção humana, em caso de falha de energia. .
A evolução deste sistema levou o setor da construção a utilizar massivamente o eletroímã como elemento de fechamento elétrico. Hoje é utilizado de várias formas dependendo das dimensões, usos, perfis e tipo de porta.
Eletroímãs em motores elétricos
Nos motores elétricos, são os principais componentes responsáveis pela geração de movimento a partir da energia elétrica. Nos motores elétricos, os eletroímãs são usados para criar campos magnéticos que interagem com as correntes elétricas e geram forças que impulsionam o movimento.
Os motores elétricos podem ser classificados em vários tipos, sendo os motores de corrente contínua (CC) e os motores de corrente alternada (CA) os mais comuns. Em ambos os casos, os eletroímãs desempenham um papel crucial:
Motores de corrente contínua (CC)
Nesses motores, o fluxo de corrente elétrica é constantemente revertido para manter a rotação contínua do rotor (parte móvel do motor). Os eletroímãs, chamados de bobinas, estão dispostos no estator (parte fixa do motor) e geram campos magnéticos que interagem com as bobinas do rotor.
A comutação da corrente elétrica nas bobinas do estator cria um campo magnético rotativo que gira o rotor.
Motores de corrente alternada (CA)
Os motores CA podem ser de indução ou síncronos. Nos motores de indução, o campo magnético é criado no estator por meio de eletroímãs alimentados por corrente alternada. Este campo magnético induz correntes no rotor, o que gera movimento.
Em motores síncronos, o rotor gira na mesma velocidade que o campo magnético rotativo do estator, o que requer um tempo preciso.
Diferenças entre um ímã e um eletroímã
As diferenças mais importantes entre um ímã permanente e um eletroímã são as seguintes:
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O campo magnético de um eletroímã pode ser manipulado rapidamente controlando a quantidade de corrente elétrica. Pelo contrário, é necessário que haja uma contribuição contínua de energia elétrica para manter o campo.
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A força magnética do eletroímã depende da alimentação elétrica. Se a corrente parar de fluir, o eletroímã perde suas propriedades.
Inventor do eletroímã
O inventor do eletroímã foi o físico inglês William Sturgeon , em 1825.
O primeiro eletroímã era um pedaço de ferro em forma de ferradura cercado por um enrolamento. Nessa ferradura, quando a corrente passava pela bobina do eletroímã ela era magnetizada e quando cessava era desmagnetizada.
Sturgeon demonstrou as propriedades magnéticas do eletroímã levantando cerca de 4 kg com um pedaço de ferro pesando menos de 200 gramas com um enrolamento pelo qual passava a corrente de uma bateria de célula única.
Além disso, Sturgeon podia regular seu eletroímã variando a intensidade da corrente elétrica.
