• O que são materiais magnéticos.
• Como identificar alguns tipos de magnetismo e classificar alguns materiais, segundo esses tipos.
• O que são domínios magnéticos.
• Algumas aplicações tecnológicas de materiais magnéticos.

• Propriedade dos ímãs de atrair alguns objetos e atrair ou repelir outro ímã.
• Polos magnéticos.
• O que é o campo magnético da Terra.
• O que é uma bússola e sua finalidade.

Com essa aula, deverá ficar claro para os estudantes que existem vários tipos de magnetismo e que os materiais podem ser classificados segundo esses tipos. Eles conhecerão características dos materiais paramagnéticos (vidro, alumínio, platina, magnésio), diamagnéticos (cobre, prata, ouro, chumbo, bismuto) e ferromagnéticos (ferro, aço, cobalto, nióbio, níquel), que constituem três dos principais tipos de materiais magnéticos. Ímã e material magnético não significa a mesma coisa, o que é desconhecido pela grande maioria das pessoas. São ímãs apenas os materiais magnéticos que possuem ordenamento magnético espontâneo, como acontece com os ferromagnéticos. Materiais paramagnéticos e diamagnéticos não são ímãs.

Essa aula deve ser realizada num laboratório de Física. Além dos materiais necessários para a realização das atividades, o laboratório deverá conter recursos multimídia (projetor multimídia e computador com acesso à internet). A turma deverá ser dividida em equipes de, no máximo, cinco estudantes.

Inicialmenter, o professor deve explicar que os ímãs são constituídos, em sua maioria, por materiais ferromagnéticos (os ímãs comercializados são constituídos por ligas de ferro, cobalto e nióbio). Os ímâs atraem outros materiais ferromagnéticos. Os materiais ferromagnéticos perdem suas propriedades magnéticas em altas temperaturas (acima de  365 ºC, caso do níquel; acima de 770 ºC, caso do ferro). Além dos materiais que constituem os ímãs, há ainda outros tipos de materiais com comportamentos magnéticos diferentes, como os paramagnéticos e os diamagnéticos. Os materiais paramagnéticos, na presença de um campo magnético externo, criam outro campo, mais fraco que o primeiro, de modo a reforçar seu efeito. Os materiais diamagnéticos, na presença de um campo magnético externo, criam outro campo, mais fraco que o primeiro, de modo a enfraquecer seu efeito. Nenhum desse dois tipos são atraídos por um ímã.

Atividade 1. Classificação de alguns materiais segundo seu tipo de magnetismo

Material

• 1 Ímã;
• 1 amostra de material ferromagnético;
• 1 amostra de material paramangético;
• 1 amostra de material diamagnético.

Observação: esse material é para uma equipe de estudantes. O professor deve dizer que há uma amostra de material ferromagnético, uma de material paramagnético e uma de diamagnético.

Procedimento

- Os estudantes devem verificar, utilizando um ímã e as amostras dos materiais, quais deles são atraídos pelo ímã.

- A cada verificação, eles deverão preenher a seguinte tabela:

Tabela 1. Classificação de materiais segundo seu tipo de magnetismo

Ao final da atividade, o professor proporá as seguintes questões:

1) Qual(is) do(s) material(ais) foi(ram) atraído(s) pelo ímã?

Resposta esperada: apenas uma das amostras, que deve ser de material ferromagnético.

2) Quais os tipos de magnetismo dos materiais que não foram atraídos pelo ímã?

Resposta esperada: paramagnetismo e diamagnetismo.

Atividade 2. imantação de materiais

Material

• 2 pregos de aço (desmagnetizados), um muito pequeno e outro grande;
• 1 imã.

Observação: esse material é para uma equipe de estudantes.

Procedimento

- Aproxime o prego grande do pequeno e observe se ocorre atração entre eles;

- esfregue lentamente uma das extremidades do prego grande no imã, sempre na mesma direção (repita a operação umas dez vezes);

- aproxime novamente o prego grande do pequeno e observe se ocorre atração entre eles;

Terminado o procedimento, o professor deve explicar que um material ferromagnético é formado por estruturas microscópicas (partículas magnéticas) dotadas de magnetismo capazes de gerar um campo magnético natural. Essas estruturas são chamadas de domínios magnéticos e são como ímãs microscópicos, com polos norte e sul. Normalmente não se percebe o magnetismo destes materiais, pois seus domínios magnéticos estão desordenadamente distribuídos e as ações de seus pólos magnéticos elementares se cancelam mutuamente. No entanto, há casos em que estes domínios se arranjam naturalmente de forma que seus pólos fiquem alinhados e a soma dos seus campos magnéticos elementares geram um campo macroscópico forte: são os imãs naturais. Os imãs também podem ser fabricados industrialmente. Nesse caso, um campo magnético forte é aplicado sobre um material magnético, forçando os domínios a se orientarem na mesma direção do campo aplicado. Desse modo, passando um ímã forte, diversas vezes, ao longo do comprimento de um material longo (alfinete, agulha, prego de ferro) sempre na mesma direção, transformaremos esse material num ímã.

Figura 1. Domínios magnéticos desalinhados. Figura produzida pelo próprio autor.

Figura 2. Domínios magnéticos alinhados na direção do campo magnético aplicado. Figura produzida pelo próprio autor.

As aplicações dos materiais magnéticos são muitas. Podemos citar a fabricação de ímãs permanentes (usados em auto-falantes e relés) e a utilização em gravação magnética para armazenamento de dados (fitas e discos magnéticos). Os discos magnéticos são constituídas por uma película plástica que contém grande quantidade de pequenas partículas de material magnético distribuídas desordenadamente, de tal modo que não seu magnetismo não é percebido. A gravação de informações se faz "magnetizando" pontos desta superfície, ou seja: aplicando sobre ela um campo magnético que alinha as partículas magnéticas da superfície, fazendo com que seus campos elementares se somem e criando uma pequena área onde o magnetismo pode ser detectado.

Finalizada a atividade, os estudantes deverão responder ás seguintes perguntas:

1) O prego grande tinha propriedades magnéticas antes de ser esfregado no ímã?

Resposta esperada: sim, mas essas propriedades existiam dentro de estruturas muito pequenas (domínios magnéticos), orientadas aleatoriamente.

2) Por que os pregos não se atraíram antes de esfregar o prego grande no ímã?

Resposta esperada: Porque a orientação aleatória dos domínios magnéticos resulta num campo magnético macroscópico praticamente nulo.

3) Por que esfregar o ímã permite que os pregos se atraiam?

Resposta esperada: Porque essa operação promove o alinhamento dos domínios magnéticos no prego maior, resultando num campo macroscópico significativo.

Atividade 3. Construindo uma bússola

Material

• 1 agulha;
• 1 Fita adesiva;
• 1 tesoura;
• 1 faca;
• 1 rolha de cortiça;
• 1 imã;
• 1 vasilhame com água.

Observação: esse material é para uma equipe de estudantes.

Procedimento

- os estudantes devem fazer a imantação da agulha esfregando uma de suas extremidades no imã, sempre na mesma direção.

- eles devem cortar a rolha para que fique com o formato de um pequeno cilindro e fixar, no topo dela, com um pedaço de fita adesiva, a agulha imantada.

- eles devem colocar a rolha, já com a agulha afixada, dentro do vasilhame com água.

Figura 3. Bússola construída com rolha e agulha imantada. Imagem obtida do endereço: http://i188.photobucket.com/albums/z99/fisicomaluco/imagem60.jpg

Ao final dessa atividade, os estudantes deverão responder às seguintes perguntas:

1) O que acontece com a agulha imantada da bússola?

Resposta esperada: A agulha fica alinhada na direção norte-sul.

2) Por quê a agulha procede dessa maneira?

Resposta esperada: A agulha busca se alinhar com a direção norte-sul por causa do campo magnético da Terra.

• Para saber mais sobre magnetismo e materiais magnéticos, consulte os endereços: http://pt.wikipedia.org/wiki/Magnetismo, http://www.bpiropo.com.br/mat_mag.htm
• Para saber mais sobre as temperaturas a partir das quais os materiais ferromagnéticos perdem suas propriedades magnéticas, veja em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curie

Ao estudar materiais magnéticos e suas aplicações, o aluno deverá ser capaz de:

• Dizer o que são materiais paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos.
• Dizer o que é um domínio magnético e porque um pedaço de ferro ou de aço normalmente não se comporta como um ímã.
• Mostrar como pode-se usar  uma um ímã, uma agulha, uma rolha, um recipiente com água e outros materiais e equipamentos de fácil acesso para a construção de uma bússola.

O professor deverá propor aos alunos uma pesquisa sobre aplicações tenológicas dos ímãs e outros materiais magnéticos. Deverá ser explorado como as propriedades desses materiais são importantes para essas aplicações.