Eletroimã: o que é, como funciona e para que serve

Um eletroímã é um dispositivo que gera um campo magnético quando uma corrente elétrica passa por ele. Ao desligar a corrente, o magnetismo desaparece.

Diferentemente dos ímãs naturais (como os usados para colocar fotos na porta da geladeira), os eletroímãs podem ser ligados e desligados, e sua força magnética pode ser controlada, sendo possível aumentá-la ou diminuí-la conforme a necessidade.

Os eletroímãs

Um eletroímã é formado por:

• Um fio condutor, geralmente de cobre;
• Enrolado em forma de bobina espiral;
• Um núcleo de material ferromagnético, como, por exemplo, o ferro;
• Uma fonte de corrente elétrica.

Funcionamento dos eletroímãs

O princípio fundamental do funcionamento dos eletroímãs é a Lei de Ampère, que diz que quando uma corrente elétrica percorre um fio condutor, ela cria um campo magnético circular ao redor do fio:

Para encontrar a direção do campo magnético, use a Regra da Mão Direita, onde:

1. o polegar aponta na direção da corrente e
2. os dedos curvados indicam o sentido do campo magnético.

Quando esse fio é enrolado em espiral, formando uma bobina ou solenoide, os campos magnéticos de cada uma das voltas do fio se somam, criando um campo magnético muito mais forte no centro da bobina.

Além disso, a inserção de um núcleo de ferro no centro da bobina:

• amplifica o campo magnético (o ferro se magnetiza temporariamente) e
• torna o eletroímã muito mais forte.

Força do eletroímã

Na tabela abaixo, listamos os fatores que interferem na força do eletroímã:

Fator	Como afeta	Explicação
Corrente elétrica (i)	Maior corrente ⇒ maior campo magnético	Mais elétrons em movimento ⇒ mais magnetismo
Número total de espiras (N)	Mais voltas ⇒ mais forte	Campos magnéticos se somam
Material do núcleo	Ferro > ar	Materiais ferromagnéticos amplificam o campo
Espessura do fio	Fio mais grosso conduz mais corrente	Menos resistência elétrica

A força do eletroímã é dada pela intensidade do campo magnético no interior da bobina, definida como a Fórmula do Campo Magnético em um Solenoide e igual a:

onde:

• B é o campo magnético em Tesla
• μ₀ é a permeabilidade magnética do vácuo igual a 4π . 10⁻⁷ T.m / A
• μᵣ é a permeabilidade relativa do material inserido no centro da bobina. Para o ferro ≈ 200-5000
• N é o número total de espiras
• i é a corrente elétrica em Ampères
• L é o comprimento da bobina em metros

A fórmula mostra que:

• quanto mais espiras a bobina tiver, mais forte será o eletroímã;
• quanto maior for a corrente elétrica, mais forte será o eletroímã;
• se o núcleo da bobina for preenchido com ferro, ao invés de estar vazio (somente ar), o eletroímã será muito mais forte.

Diferenças entre ímãs naturais e eletroímãs

Na tabela abaixo, resumimos as diferenças:

Característica	Ímã Natural (Permanente)	Eletroímã
Origem do magnetismo	Alinhamento natural de átomos	Corrente elétrica
Liga/Desliga	Sempre "ligado"	Controle total
Intensidade	Fixa	Ajustável (varia com a corrente)
Polaridade	Fixa (Norte e Sul definidos)	Pode inverter (invertendo a corrente)
Durabilidade	Indefinida	Depende da energia fornecida
Exemplos	Ímã de geladeira, bússola	Campainha, guindaste, alto-falante

Aplicações dos eletroímãs

Você já reparou que seu celular vibra quando recebe uma notificação? Ou já viu guindastes em ferros-velhos levantando toneladas de metal com facilidade? Já pensou em como o portão automático da sua escola abre e fecha?

Todos esses dispositivos têm algo em comum: eletroímãs.

Veja abaixo algumas:

Dispositivo	Funcionamento
Campainhas Elétricas	* Ao apertar o botão, a corrente ativa o eletroímã. * O eletroímã atrai um martelo que bate no sino - campainha toca.
Fechaduras Eletromagnéticas	* Usadas em portas de prédios, escolas, hospitais. * Eletroímã mantém a porta trancada. * Ao liberar corrente, a porta abre.
Guindastes Industriais	* Levantam toneladas de sucata metálica. * Liga o eletroímã → levanta o metal. * Desliga → solta o metal.
Motores Elétricos	* Ventiladores, liquidificadores, máquinas de lavar. * Eletroímãs giratórios criam movimento.
Alto-falantes e Fones de Ouvido	* Eletroímãs vibram uma membrana. * Vibração ⇒ som.
Relés (Chaves Automáticas)	* Eletroímã pequeno controla circuitos grandes. * Usado em carros, automação residencial.
Ressonância Magnética (MRI)	* Eletroímãs superpotentes geram imagens do corpo humano
Trens de Levitação Magnética (Maglev)	* Eletroímãs fazem o trem "flutuar" sobre os trilhos. * Velocidades acima de 500 km/h.
Discos Rígidos (HD de Computador)	* Cabeça de leitura/gravação usa eletroímãs minúsculos.
Freios Eletromagnéticos	* Usados em elevadores e montanhas-russas.

Quer construir um eletroímã? Siga os passos

Você irá precisar de alguns materiais. Separe todos eles antes de começar.

Materiais necessários:

• 1 prego grande de ferro com comprimento entre 8 e 10cm;
• 1 a 2 metros de fio de cobre esmaltado. Você pode usar fio de alguma bobina que você já tenha ou fio de telefone antigo;
• 1 pilha de 1,5V ou uma bateria de 9V para construir um eletroímã mais forte;
• Fita isolante;
• Clipes metálicos de papel ou tachinhas para testar o eletroímã;
• Lixa fina para remover o esmalte das pontas do fio.

Passo a passo detalhado

1: Prepare o núcleo

• Pegue o prego de ferro;
• Limpe-o com um pano, removendo toda a ferrugem que possa estar presente.

2: Enrole o fio

• Deixe cerca de 10 cm de fio solto no início, pois ele será usado para conectar o eletroímã à pilha;
• Comece a enrolar o fio de cobre ao redor do prego;
• Dê voltas bem apertadas e na mesma direção;
• Faça pelo menos 50 a 100 voltas - lembre-se de que quanto mais voltas ou espiras, mais forte será o eletroímã;
• Deixe outros 10 cm de fio solto no final.

Dica: As espiras devem ficar uma ao lado da outra, sem se sobrepor muito. Veja a foto de um eletroímã caseiro mais adiante.

3: Fixe a bobina

• Use fita isolante nas extremidades para que o fio não desenrole.

4: Remova o esmalte

• As pontas do fio têm uma camada de esmalte que é isolante;
• Use a lixa para raspar cerca de 2 cm em cada ponta;
• O cobre deve ficar brilhante.

5: Conecte à pilha

• Encoste uma ponta do fio no polo positivo (+) da pilha;
• Encoste a outra ponta no polo negativo (−);
• Use fita isolante para manter as pontas dos fios grudadas na ilha.

⚠️ ATENÇÃO: A pilha pode esquentar um pouco. Não deixe conectada por muito tempo, deixe no máximo 1 a 2 minutos.

Abaixo mostramos uma foto de um eletroímã caseiro a título de ilustração - o seu não precisa ser igual!

6: Teste o eletroímã

• Aproxime a ponta do prego de clipes metálicos de papel ou tachinhas;
• Observe: os clipes são atraídos!
• Desconecte uma das pontas da pilha
• Observe: os clipes caem! Isso acontece porque o magnetismo desaparece ao desconectar o circuito.

Você pode fazer vários outros testes com seu eletroímã. Por exemplo:

• Varie a quantidade de espiras (voltas do fio em torno do prego);
• Varie a corrente, usando pilhas e baterias diferentes;
• Inverta a polaridade dos fios nos terminais da pilha;
• Remova o núcleo de ferro (prego) de dentro das espiras.

Tome os seguintes cuidados ao testar seu eletroímã:

• Não deixe conectado por muito tempo, pois a pilha pode descarregar rápido e esquentar;
• Use pilhas pequenas, já que baterias de 9V ou mais podem superaquecer o fio;
• Não use na tomada! Existe risco de choque elétrico!
• A supervisão de um adulto é sempre recomendada.