O magnetismo é uma manifestação do eletromagnetismo, uma das quatro interações fundamentais da natureza. Ele provém do movimento das cargas elétricas e, mais especificamente, do spin dos elétrons, uma propriedade quântica intrínseca, assim como a massa ou a carga.
À primeira vista, o magnetismo parece ser uma força menor: um pequeno ímã de geladeira mal consegue segurar algumas folhas de papel. No entanto, essa mesma força física é explorada pelos trens Maglev para levitar e se guiar sem contato. Um sistema de controle ativo os mantém a uma distância extremamente precisa dos trilhos (entre 10 e 15 mm), sem poder se afastar ou se aproximar. O trem está literalmente "colado" a essa altura por um campo magnético intenso. No entanto, a ausência de atrito mecânico permite que um motor eletromagnético independente os acelere a mais de 600 km/h.
Na escala mais fundamental, o magnetismo provém do spin e da repulsão eletrostática dos elétrons. Cada elétron se comporta como um microímã bipolar (com um polo Norte e um polo Sul). Na maioria dos materiais, esses microímãs (spins) estão orientados aleatoriamente. Seus efeitos magnéticos se cancelam mutuamente, de modo que o material não apresenta nenhum campo magnético líquido em escala macroscópica.
Em materiais ferromagnéticos (como ferro, cobalto ou níquel), os movimentos eletrostáticos favorecem um alinhamento paralelo dos spins eletrônicos. Esse alinhamento de bilhões de "pequenas bússolas" eletrônicas forma ilhas magnéticas microscópicas (domínios de Weiss). Cada ilha é como um grande barco com milhares de remadores remando perfeitamente na mesma direção (os spins estão alinhados). Quando a maioria dessas ilhas se soma predominantemente na mesma direção, o material se torna um ímã permanente muito forte.
Esse fenômeno de alinhamento espontâneo é levado ao extremo em algumas ligas modernas. Ímãs à base de terras raras, como aqueles compostos de neodímio, ferro e boro (NdFeB), exploram uma estrutura cristalina particular. Essa estrutura fortalece a interação de troca e "congela" o alinhamento dos spins, criando materiais com propriedades extremas: magnetização de saturação e resistência à desmagnetização recordes. Isso é o que faz do NdFeB o ímã permanente mais poderoso.
Nota:
As primeiras observações do magnetismo remontam à China antiga, onde a magnetita era usada desde o século IV a.C. para orientação. No século XIX, os trabalhos de Hans Christian Ørsted (1777-1851) revelaram a ligação entre a corrente elétrica e o campo magnético. Essa descoberta foi formalizada por James Clerk Maxwell (1831-1879), cujas equações unificam eletricidade e magnetismo.
| Área de aplicação | Tecnologia / Princípio-chave | Impacto / Desempenho | Exemplo concreto |
|---|---|---|---|
| Transporte de altíssima velocidade | Levitação magnética (Maglev) e motores lineares | Velocidades > 600 km/h, silêncio, ausência de atrito mecânico | Linha SCMaglev no Japão (Tóquio-Nagoya), trem Transrapid de Xangai |
| Imagem médica | Ressonância Magnética (MRI) - Eletroímãs supercondutores | Campos magnéticos de 1.5 a 7 Tesla para imagem não invasiva de tecidos moles | Diagnóstico de tumores, lesões cerebrais e patologias musculares |
| Energia de fusão nuclear | Confinamento magnético de plasma (Tokamak/Stellarator) | Campos magnéticos de vários Tesla para confinar plasma a > 100 milhões de °C | Projeto internacional ITER (França), visando demonstrar a viabilidade da fusão |
| Armazenamento de energia | Volantes de inércia magnéticos (Flywheels) em mancais magnéticos | Suspensão sem atrito no vácuo, eficiência >90%, resposta em milissegundos | Estabilização de redes elétricas, alimentação de backup para data centers |
| Aceleradores de partículas | Eletroímãs supercondutores para foco e deflexão de feixes | Campos magnéticos intensos para guiar partículas a uma velocidade próxima à da luz | Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN, para pesquisa em física fundamental |
| Meio ambiente | Separação magnética de alto gradiente (HGMS) | Extração de poluentes metálicos finos ou minerais da água e resíduos industriais | Despoluição de águas, reciclagem de metais raros, purificação de minerais |
| Aeronáutica e Espaço | Propulsão magnetoplasmadynamic (MPD) e ímãs de proteção espacial | Propulsão elétrica de alto impulso para viagens de longa duração; escudo contra radiações | Propulsores para satélites; conceito de escudo magnético para missões tripuladas a Marte |
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