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 desaparecer, o campo magnético e o efeito dele decorrente também desaparecem.
Esses dispositivos elétricos são usados para gerar forças magnéticas controláveis em aplicações industriais, como guindastes eletromagnéticos e sistemas de classificação. Além disso, desempenham um papel crucial na tecnologia médica, permitindo a criação de imagens detalhadas em imagens de ressonância magnética (MRI) e terapias de estimulação magnética.
Na vida cotidiana, diferentes tipos de eletroímãs são usados em uma ampla variedade de exemplos. A sua capacidade de alterar e controlar campos magnéticos impulsionou a inovação numa vasta gama de campos, desde os transportes à medicina e à investigação avançada.
Tipos de eletroímãs
Existem diferentes tipos de eletroímãs dependendo da direção da corrente e da potência desejada. Dentre eles, destacam-se os de corrente circular, de corrente contínua, os retangulares e os de acionamento.
Eletroímãs de corrente circular
Esses eletroímãs possuem um fio enrolado em forma de espiral ou círculo. A corrente elétrica flui ao longo desta espiral circular, gerando um campo magnético numa 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.
Pequenos motores elétricos, como os de um ventilador, são dois exemplos que podem usar eletroímãs de corrente circular para gerar movimento.
Eletroímãs CC
Esses eletroímãs operam com uma corrente elétrica constante e unidirecional. A corrente flui em apenas uma direção através do fio enrolado, criando um campo magnético constante.
Eles são comuns em aplicações onde é necessária uma força magnética constante, como em relés eletromagnéticos.
Este tipo de eletroímã é usado em campainhas elétricas. Neste exemplo, a corrente flui em apenas uma direção para acionar um mecanismo de campainha.
Eletroímãs retangulares
Os eletroímãs 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 o objetivo é gerar um campo magnético em uma direção específica ou quando o formato retangular é mais adequado para a aplicação.
Eletroímãs retangulares são usados em dispositivos como alto-falantes, onde o design retangular ajuda a controlar a forma do campo magnético necessário para mover o cone e produzir som.
Eletroímãs de acionamento
Os eletroímãs de acionamento são usados para exercer uma força ou movimento controlado em resposta a mudanças na corrente elétrica. São comuns em dispositivos de atuação, como solenóides, que abrem e fecham válvulas, ativam interruptores ou produzem movimentos precisos em sistemas automatizados.
Um exemplo comum de atuação de eletroímãs são os mecanismos automáticos de abertura de portas, que usam solenóides para controlar o acesso.
Exemplos de eletroímãs
Esses elementos podem ser usados direta ou indiretamente. Em ambos os casos podemos encontrar os seguintes exemplos:
- Para desviar partículas eletricamente carregadas, como em tubos de raios catódicos ou aceleradores de partículas.
- Para levantar grandes massas de ferro. Alguns guindastes usam eletroímãs industriais poderosos para enganchar e levantar sucata.
- Motores elétricos. Os motores elétricos funcionam com esta tecnologia.
- Geradores elétricos. Funciona da mesma forma que os motores elétricos, mas ao contrário.
- Fechamento de contatos elétricos nos relés ou operação de válvulas nas eletroválvulas.
- Ativar fechaduras elétricas
- Mova a cabeça de um disco rígido
- Freios e embreagens eletromagnéticas para automóveis.
- Para separar magneticamente metais em centros de reciclagem.
- Os trens de levitação magnética usam essa tecnologia para flutuar e reduzir bastante as perdas devido ao atrito com os trilhos.
Exemplo de uso em portas automáticas
Outro exemplo de utilização é na área de fechaduras, onde é utilizado para manter uma porta fechada, garantindo sua abertura em caso de queda de energia.
Por volta de 1980, o campo magnético derivado de um eletroímã começou a ser utilizado na construção e, mais precisamente, na área de janelas de segurança.
Uma empresa suíça começou a produzir um eletroímã, de tamanho e peso muito pequenos, que alimentado em baixa tensão (12Vdc - 24 Vdc) desenvolvia um campo magnético capaz de resistir a uma força de vários milhares de newtons.
Esta aplicação teve de imediato um grande sucesso na área das saídas de emergência porque garantiu a segurança contra roubo sem necessidade de recurso a peças mecânicas mas, ao mesmo tempo, garantiu 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 diversas formas dependendo das dimensões, utilizações, 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 motores de corrente alternada (CA) os mais comuns. Em ambos os casos, os eletroímãs desempenham um papel crucial:
Motores de corrente contínua (CC)
Nestes motores, o fluxo de corrente elétrica é constantemente revertido para manter a rotação contínua do rotor (parte móvel do motor). Eletroímãs, chamados 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 através de eletroímãs alimentados com corrente alternada. Este campo magnético induz correntes no rotor, o que gera movimento.
Nos motores síncronos, o rotor gira na mesma velocidade que o campo magnético rotativo do estator, exigindo temporização precisa.
Um pouco de física: como funciona um eletroímã?
Um eletroímã funciona graças à propriedade que todos os condutores elétricos possuem: 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 de metal enrolado em uma bobina. Uma bobina de formato cilíndrico 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 estão conectadas a uma fonte de energia.
Campos magnéticos mais fortes podem ser produzidos se um núcleo de 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 ele seja mais intenso do que se houvesse apenas o enrolamento da bobina.
O tipo de corrente com a qual funciona um eletroímã pode ser contínua ou alternada.
Os campos magnéticos criados pelas bobinas seguem a 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 aponta na direção da força magnética.
O lado do ímã de onde surgem as linhas de campo é considerado o Pólo Norte.
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 eléctrica 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 rodeado por um enrolamento. Nessa ferradura, quando a corrente passava pela bobina do eletroímã ela ficava magnetizada e quando parava 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 por onde passava a corrente de uma bateria unicelular.
Além disso, Sturgeon poderia regular seu eletroímã variando a intensidade da corrente elétrica.