Como se calcula a energia magnética em um ímã?

16 de janeiro, 2014 às 8:43 | Postado em Eletromagnetismo, Magnetismo, Mitos, empulhações, notícias falsas, Termologia, termodinâmica

Prof. Lang,

A propósito do assunto abordado em Como se demonstra a impossibilidade do motor magnético de Perendev? e Enfraquecimento de imã permanente gostaria de levantar as seguintes questões:

  1. –  A desmagnetização rápida dos imãs permanentes parece contra intuitiva, o que é geralmente observado são imãs que se mantém anos a fio fixados em geladeira, murais metálicos, brinquedos, etc, não parecem perder a força ao longo do tempo, seria apenas porque a energia requerida é muito pequena nestes casos? Seria fácil experimentar em casa de alguma maneira “gastar” rapidamente energia magnética de um imã permanente?

  2. –  Como é calculado a energia disponível e o tempo para esgotar essa energia de um imã permanente?

  3. –  Pelo que lembro desde o ensino médio, os livros didáticos não contemplam esse assunto, pelo menos de forma assim direta, o que é um desperdício de oportunidade para estimular a curiosidade dos alunos. Terias literatura a recomendar que aproveite essa perspectiva?

Abraços

A desmagnetização dos imãs permanentes é contra intuitiva pois eles são construídos com materiais que relutam em desmagnetizar. E uma desmagnetização rápida é quase impossível de se efetivar. Refiro-me a acontecer uma desmagnetização de um ímã PERMANENTE tão rapidamente como se pode descarregar, por exemplo, um capacitor.

Nos nossos laboratórios de ensino, onde trabalhamos com ímãs permanentes, temos a possibilidade de remagnetizá-los pois com o uso eles vão perdendo a “força”. Batidas e tombos dos ímãs são nocivas à magnetização!

Entretanto bobinas podem desmagnetizar muito rapidamente quando se corta a alimentação que sustenta a corrente elétrica nas mesmas! Então, muito rapidamente a energia magnética estocada é transformada em outras formas de energia, podendo produzir efeitos indesejáveis e danos nos circuitos aos quais elas estão conectadas. Sistemas elétricos que incorporam  grandes indutores possuem proteções contra esta indesejável ocorrência.

Um ímã ou uma bobina estoca ENERGIA MAGNÉTICA de maneira semelhante à estocagem de ENERGIA ELÉTRICA em um capacitor.

As energias elétricas e magnéticas estão armazenadas em todo o espaço influenciado pelos sistemas elétricos e/ou magnéticos. Se o sistema produz campo fora dele, lá fora também encontra-se parte da energia armazenada. Ou seja, a energia magnética de um ímã não está localizada APENAS na parte interna do ímã mas em todo o espaço de sua influência. É verdade que a maior parte da energia magnética de um ímã está DENTRO dele pois é ali dentro que encontramos os campos mais intensos.

O tema não é tratado em nível de ensino médio comumente pois esta discussão sobre a localização da energia magnética em um ímã, além de contra intuitiva, envolve conhecimentos mais avançados de Eletromagnetismo.

Temo que muitos alunos que já cursaram Eletromagnetismo em disciplinas de nível universitário também apresentem dúvidas sobre este assunto.

Quanto ao valor da energia magnética armazenada a um ímã com comprimento L e diâmetro D podemos calculá-lo, de maneira aproximada, a partir do valor da  indução magnética B no centro da face do ímã. O valor da indução magnética no centro da face é cerca da metade do valor dentro do ímã e, pelo lado de fora, a indução magnética rapidamente diminui conforme aumenta a distância ao centro da face. Mais detalhes sobre o comportamento da indução magnética em um ímã encontras em “A frenagem eletromagnética de um imã que cai“. O gráfico abaixo representa o valor da indução magnética sobre o eixo de simetria de uma ímã cilíndrico, evidenciando o rápido decaimento fora do ímã.

A figura abaixo apresenta uma estimativa da energia magnética armazenada no ímã em função de suas dimensões e do valor da indução magnética no centro da face.

Os valores de D, L e B devem estar expressos em unidade do SI e então a energia magnética é dada em joules.

Imaginemos agora um super ímã de neodímio com as dimensões de pilha elétrica de tamanho grande (D=3cm=0,03m; L=6cm=0,06m). No centro da face de um super ímã encontramos uma indução magnética com valor de cerca de 0,5 T (0,5 tesla). Um tesla é um valor grande, cerca de uma ordem de grandeza maior do que aqueles que encontramos em ímãs de ferrite por exemplo e muitas ordens de grandeza maior do que o do campo magnético terrestre.

Ao calcularmos a energia magnética em um super ímã com tais dimensões encontramos menos de 20 joules.

A pilha elétrica com as mesmas dimensões armazena mais de 20.000 joules em energia química.

Em um volume de gasolina equivalente ao volume da pilha encontramos mais de 1.000.000 (milhão!) de joules em energia química que pode ser liberada por combustão. Vide também Densidade energética de baterias comparada com a da gasolina.

Desta forma fica evidente que o sonhado funcionamento dos tais motores Perendev (ou de qualquer motor exclusivamente com ímãs permanentes) NÃO pode acontecer por “descarregamento” do seus ímãs pois mesmo que se conseguisse retirar a energia magnética dos ímãs, há muito pouca energia disponível. A verdade é que os motores Perendev e assemelhados simplesmente NÃO FUNCIONAM!

Vide também:

Enfraquecimento de imã permanente

Motor Magnético Perendev: fraude!

Imortalizando nosso diálogo no FB a respeito de moto perpétuo

O que é e como funciona um motor magnético?

Alguém me explica como são possíveis os motos contínuos?

Moto contínuo é possível sim!! 😉

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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