A estranha atração do magnetismo

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1 A estranha atração do magnetismo Alberto Passos Guimarães Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas Por que o magnetismo é um tema que fascina as pessoas? Olimpíada Brasileira de Física 25/03/17 1

2 Albert Einstein ( ) Roteiro Um deslumbramento desta natureza eu experimentei quando era uma criança de 4 ou 5 anos, quando meu pai me mostrou uma bússola. A. Einstein, Autobiographical Notes, in `Albert Einstein: Philosopher- Scientist', vol. I, Ed. P.A. Schilpp, Cambridge University Press, Londres, 1969, pg. 9. Fenômenos magnéticos História do magnetismo Magnetismo no universo Aplicações do magnetismo O Fenômeno do Magnetismo Ímãs O movimento de correntes elétricas gera campos magnéticos O spin do elétron (análogo ao efeito de uma rotação em torno do seu eixo) também gera campos magnéticos Os ímãs têm um polo norte e um polo sul O magnetismo da matéria resulta de correntes nos átomos e do spin eletrônico Em um ímã, os momentos magnéticos dos átomos se somam Podemos visualizar o efeito dos ímãs através da sua influência sobre a limalha de ferro 8 2

3 Há quanto tempo são conhecidos os fenômenos magnéticos? Histórico????? Lista de mercadorias na Mesopotâmia, incluindo magnetita, descrita como šadânu sabitu ( hematita que agarra ) ( ac) O primeiro tratado sobre Magnetismo (Petrus Peregrinus, n.c. 1220) Epistola de Magnete (1269) Petrus Peregrinus Identificou e deu nome aos polos Provavelmente um engenheiro militar de Charles d Anjou (Carlos I)( ) No cerco de Lucera, na Itália, escreveu a Epistola de Magnete (1269) Descreveu atração entre polos diferentes e repulsão entre polos iguais Descreveu a magnetização do ferro por contato 3

4 De Magnete (1600) Importância do magnetismo na época William Gilbert ( ) Soma do conhecimento existente sobre magnetismo Observações experimentais com a pedra-ímã Elizabeth I ( ) Um tratado científico pioneiro Terrella Gilbert Gilbert: Magnus magnes ipse est globus terrestris A Terra é um grande ímã... Eletricidade: o Início Propriedades do âmbar A arraia elétrica Torpedo nobiliana (Grécia e Roma) Uso de choques elétricos Fenômenos atmosféricos 15 Mosaico de Pompéia (I AD) 4

5 Electricidade e Magnetismo, a unificação: Oersted e Ampère Electricidade e Magnetismo, a unificação: Michael Faraday Michael Faraday ( ) O experimento de Oersted (1820) André Marie Ampère: corpos magnéticos e correntes elétricas Suas descobertas permitiram a construção de geradores, motores e transformadores A ideia de linhas de campo Magnetismo no Universo Escalas dos fenômenos magnéticos Sistemas físicos com dimensões muito diferentes apresentam propriedades magnéticas Elétron m 5

6 Escalas do Magnetismo (T) T magnetars T T estrelas de nêutrons T estrelas anãs brancas 1 T estrelas tipo AP manchas solares 0,0001 T Terra Magnetismo solar Ciclo de manchas solares e inversão dos polos magnéticos do Sol Valores dos campos magnéticos em teslas (T) 0, T coração, Via Látea 0, T cérebro Mancha solar Eclipse de 1995 O Vento Solar Origem do campo da Terra Linhas de campo da Terra deformadas pelo vento solar (elétrons e prótons) O campo é gerado pelo movimento de convecção no núcleo da Terra. A força de Coriolis faz a convecção seguir trajetórias helicoidais 6

7 Importância do campo magnético da Terra Efeitos do campo terrestre: auroras polares 1. Reduz o efeito de arrastamento da atmosfera pelo vento solar 2. Reduz a destruição da camada de ozônio, que protege a superfície da Terra da radiação ultravioleta Aurora boreal Variação da intensidade do campo magnético terrestre Registro magnético nas rochas Linhas de igual intensidade do campo magnético terrestre 28 7

8 Interação dos seres vivos com o campo geomagnético Diversos seres vivos usam o magnetismo para orientação Aplicações do Magnetismo Em muitos casos foram encontradas partículas de magnetita Cristais de magnetita no interior de bactéria Algumas aplicações A bússola Ímãs (bússolas, motores, geradores, transdutores, fechos) Armaduras de transformadores, blindagens magnéticas Ferrofluidos Estimulação transcraniana Magnetocardiografia Magnetoencefalografia Tomografia por ressonância magnética Gravação magnética Bússola chinesa no século I dc Navegadores árabes século XI? Tratado chinês de 1044 dc Uso na Europa ~1150 dc 8

9 Materiais magnéticos em um automóvel Gravação Magnética (1900) Valdemar Poulsen ( ) Marcelo Knobel, 18 CIÊNCIA HOJE vol. 36 nº 215 Magnetophone Discos rígidos Discos rígidos - dimensões A área necessária para gravar um bit (0 ou 1): Espaçamento vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo! Num disco rígido a informação está gravada sob a forma de 0s e 1s (regiões magnetizadas para cima ou para baixo) Hoje: 4,4 nm X 4,4 nm (2012) 36 (1 nanômetro=1 bilionésimo do metro) 9

10 A evolução da gravação magnética Hoje a informação é armazenada principalmente sob forma magnética Magnético 92% ~100 milhões Filme 7,6% Três gerações de discos rígidos magnéticos Papel e ótico 0,03% Evolução da densidade de área IBM Qual a quantidade de informação? A explosão de informação 2 kb = 2x10 3 bytes uma página escrita 5 MB = 5X10 6 bytes toda a obra de Shakespeare 10 TB = 10X10 12 bytes Biblioteca do Congresso dos EUA (apenas o texto) The Expanding Digital Universe, IDC White Paper (2007), John F. Gantz 1 exabyte = (10 18 ) bytes=10 6 TB 10

11 A explosão da informação A explosão da Informação Em 2010 foram produzidos 988 Exabytes de informação nova (1 Exabyte= bytes ou bytes) 1 zettabyte = (10 21 ) bytes (CAGR compound annual growth) Cisco Mais do que o conteúdo de informação de todas as palavras jamais pronunciadas pelos seres humanos!!! O magnetismo: inicialmente um fenômeno intrigante, hoje a base técnico-científica para o registro da memória da humanidade! Obrigado pela atenção! Para saber mais... A Pedra com Alma, APG, Civilização Brasileira (2011) 11