Como aumentar a força de um eletroímã

Os eletroímãs funcionam tão bem quanto os ímãs permanentes. Na verdade, eles são ainda mais úteis, porque você pode ligá-los e desligá-los. Você encontrará eletroímãs em discos rígidos, alto-falantes e até mesmo em equipamentos sofisticados como máquinas de ressonância magnética e o Large Hadron Collider do CERN em Genebra, na Suíça. Obviamente, você precisa de um eletroímã mais forte para um colisor de partículas do que para um alto-falante, então como os cientistas fazem ímãs poderosos o suficiente para focalizar um feixe de elétrons? A resposta é um pouco mais complicada do que simplesmente torná-los maiores, embora isso seja parte disso. Os materiais que você usa, a voltagem que você aplica e a temperatura ambiente são importantes.

TL; DR (muito longo; Não li)

Para aumentar a força de um eletroímã, você pode aumentar a força da corrente e há várias maneiras de fazer isso. Você também pode aumentar o número de enrolamentos, diminuir a temperatura ambiente ou substituir seu núcleo não magnético por um material ferromagnético.

O cientista dinamarquês Hans Christian Orsted foi a primeira pessoa a notar que uma corrente passando por um fio pode afetar uma bússola próxima. Em outras palavras, ele gera um campo magnético. Se você enrolar o fio em torno de um núcleo, formando o que é chamado de solenóide, as extremidades do núcleo assumirão polaridades opostas, como um ímã permanente. A intensidade do campo depende da magnitude da corrente, do número de enrolamentos e do material do núcleo. Isso é tudo de que você precisa se lembrar se quiser tornar o ímã mais forte.

De acordo com a Lei de Ampère, o campo magnético ao redor de um fio condutor de corrente é diretamente proporcional à intensidade da corrente. Em outras palavras, aumente a intensidade da corrente e você aumenta o campo magnético, e há mais de uma maneira de fazer isso:

• Aumente a tensão: A Lei de Ohm diz que a corrente é proporcional à voltagem, portanto, se você estiver operando seu eletroímã com uma bateria de 6 volts, mude para uma de 12 volts. Você não pode continuar aumentando a tensão indefinidamente, porque a resistência do fio aumenta com a temperatura até que uma corrente limite seja alcançada. Isso o leva à próxima opção.

• Abaixe a bitola do fio: A resistência do fio diminui com o aumento da área da seção transversal, portanto, reduza a bitola do fio. Lembre-se de que reduzir a bitola é sinônimo de aumentar a espessura do fio. Se você enrolou seu solenóide com fio de calibre 16, substitua-o por um de calibre 14 e o ímã ficará mais forte.

• Abaixe a temperatura: A resistência aumenta com a temperatura, portanto, se você puder manter seu ímã abaixo de zero temperaturas, será mais forte do que um à temperatura ambiente, embora a diferença provavelmente não ser muito. Em temperaturas extremamente baixas, no entanto, a resistência quase desaparece e os fios se tornam supercondutores. Esse fato permite que os cientistas projetem ímãs superpoderosos, como os do CERN.

• Use fio com alta condutividade: Você também pode aumentar a corrente atualizando para um fio com uma condutividade mais alta. O fio de cobre é provavelmente o fio mais condutor que você pode usar, mas o fio de prata é ainda mais condutivo. Mude para o fio prateado, se puder, e terá um ímã mais forte.
  

A força de um eletroímã, também conhecida como sua força magnetomotriz (mmf), é diretamente proporcional não apenas à corrente (I), mas também ao número de enrolamentos (n) ao redor do solenóide. Aumentar o número de enrolamentos é provavelmente a maneira mais fácil de aumentar a força de um eletroímã. Como mmf = nI, dobrar o número de enrolamentos dobra a força do ímã. Não há problema em envolver os fios em camadas ao redor do núcleo do solenóide. O campo magnético não é afetado quando os fios estão em contato uns com os outros.

Se quiser, você pode fazer um eletroímã enrolando fios em volta de um rolo de papel toalha usado, mas se quiser um ímã forte, enrole-os em torno de um núcleo de ferro. O ferro é um material magnético e fica magnetizado quando você liga a corrente. Isso dá a você, na verdade, dois ímãs pelo preço de um. O aço contém ferro, então ele se comportará da mesma maneira, embora não tão fortemente. Dois outros metais ferromagnéticos que você pode encontrar são o níquel e o cobalto.