Atividade prática – Métodos de separação: separação magnética

Atividade prática – Métodos de separação: separação magnética - 1
Parte 8
9º ano do Ensino Fundamental / 1º ano do Ensino Médio
Objetivo
Vivenciar os principais métodos de separação de misturas, de modo a compreender os seus
princípios e técnicas, os tipos de misturas a que cada método é indicado, bem como as limitações
de cada um.
Introdução
O magnetismo é um dos assuntos mais fascinantes da Natureza. Para tentar entendê-lo e explicálo, algumas das mentes mais brilhantes do mundo trabalharam ao longo de suas vidas, em
diversas eras históricas; mas, sem que o assunto perdesse seu fascínio. Quem não gosta de
brincar com ímãs?
Sejam naturais ou artificiais, permanentes ou elétricos, os ímãs estão presentes em vários tipos de
equipamentos, desde alto-falantes, cartões bancários, motores elétricos dos mais variados
tamanhos (ventiladores, liquidificadores, coolers, leitores de CD), transformadores e carregadores
de celular e uma infinidade de outros.
O planeta Terra é um ímã natural, cujos pólos podem ser indicados pelas bússolas.
Disponível (acesso: 11.12.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_filled_compass.jpg e http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth
%27s_magnetic_field,_schematic.svg
Alguns fenômenos magnéticos são muitas vezes confundidos com fenômenos elétricos. Na
verdade, “eletricidade” e “magnetismo” são conjuntos de fenômenos, que, além de parecidos, estão
muito relacionados uns com os outros. É possível, por exemplo, criar uma corrente elétrica usando
ímãs, fios e alguma fonte de energia cinética (água corrente, ventos, vapor, etc.); e, de forma
oposta, é possível criar ímãs artificiais a partir da corrente elétrica que passa por fios enrolados em
torno de uma barra metálica.
Se você já iniciou o estudo dos átomos, verá que muitos deles podem sofrer atração ou repulsão
elétrica, por estarem carregados com excesso de cargas positivas ou negativas: são os “íons”, que
quando são positivos chamamos de “cátions”, e, quando negativos, “ânions”. O sal de cozinha é o
exemplo mais comum de substância iônica, que é formada por átomos de sódio (cátion Na 1+) e
cloro (ânion Cl1-), que se atraem por forças elétricas; ou seja, não são forças magnéticas.
Pelas mesmas causas elétricas, um pente plástico que acaba de pentear cabelos secos em um dia
também com pouca umidade, se torna capaz de atrair pequenos pedaços de papel. Isso acontece
porque os cabelos acumulam elétrons do ambiente e os passam em grande quantidade para o
pente, que fica temporariamente eletrizado, apresentando atração elétrica sobre pequenos
objetos.
Mas, o magnetismo é diferente. Enquanto quase todos os materiais podem apresentar atração e
repulsão elétrica momentânea, a atração e repulsão é característica de
elementos metálicos, e, mesmo assim, de apenas alguns, como ferro (Fe),
cobalto (Co), níquel (Ni) e os terras raras como o neodímio (Nd), muito usado
nos “super ímãs” permanentes.
Os objetos que apresentam magnetismo, sempre possuem dois pólos, um
chamado de “norte” e outro de “sul”. Mas, nos objetos carregados
eletricamente, não há “polaridade”; ou seja, o objeto todo está com excesso
de cargas negativas (ganhou “elétrons”) ou com excesso de cargas positivas
(perdeu “elétrons”, ficando com excesso de “prótons”).
Os fenômenos magnéticos são originados a partir do campo magnético em
torno dos elétrons, que sempre estão em movimento em torno dos átomos.
Em outras palavras, quando uma carga elétrica se movimenta, ela cria um
campo magnético em torno dela. Se o material não é um ímã, os diferentes
campos magnéticos estão em posições aleatórias e variadas. Mas, nos
átomos de um ímã, os campos magnéticos dos elétrons estão “alinhados” e
por isso se “somam”, de forma a criar um campo magnético maior em torno
de todo o ímã.
Três ímãs de neodímio sustentando três esferas de aço centenas de vezes mais
pesadas. Os ímãs de neodímio, conhecidos como “super ímãs”, são formados por ligas de
ferro (Fe), neodímio (Nd) e boro (B), revestidos por uma camada de níquel (Ni).
Disponível (acesso: 11.12.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neodymium_magnet_lifting_spheres.jpg
Experimento 1: “Visualização” de campos magnéticos
Material (por grupo de alunos)
A) Ímãs naturais de diversos tamanhos e formatos.
Obs.: Podem ser obtidos de brinquedos elétricos que têm algum tipo de movimento motorizado,
alto-falantes, campainhas, coolers de computadores etc. O professor pode solicitar aos grupos de
alunos que reúnam esses ímãs com antecedência a partir de casa, para levar à escola no dia da
aula prática.
B) Limalha de ferro ou ferro em pó.
Obs.: Podem ser obtidos em serralherias, onde se corta chapas e canos de ferro. Limalhas de ferro
são “sobras” dos cortes de ferro, ou seja, de “limas”, por isso a palavra “limalha”. Não serve se for
limalha de alumínio, também muito disponíveis em serralherias, pois o alumínio é um metal com
baixíssima capacidade magnética.
C) Folha de cartolina ou papel de cor clara e rígido. O papel deve ser maior que o ímã, pelo menos
5cm maior, para cada lado. Na maioria dos casos, folhas A4 são de bom tamanho.
Obs.: Pode ser usado um papelão com papel branco colado ou grampeado sobre ele. O papelão
dá firmeza e o papel claro é para permitir uma boa visualização.
D) Câmera fotográfica ou aparelho celular com câmera.
Procedimento
1. Despeje algumas gramas de limalha de ferro sobre a página clara.
2. Pegue um dos ímãs e passe embaixo da folha,
mantendo-a na horizontal. Passe o ímã várias vezes até
que os pedaços de ferro se agrupem e formem uma figura
com linhas.
3. Fotografe de cima para baixo a figura formada pela
limalha de ferro da forma mais nítida possível, mostrando
as “linhas de força” do campo magnético.
4. Repita os itens de um a três, para cada formato de ímã.
Esboço das linhas força do campo magnético de um ímã reto.
Disponível (acesso: 11.12.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet0873.png
Observações e questões
1) As linhas de força dos campos magnéticos dos diferentes ímãs formaram figuras muito
diferentes? Quais as semelhanças? Quais as diferenças? Comente.
Semelhanças: _________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
Diferenças: ___________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
2) Para cada figura apresentada pelas linhas de força, é possível determinar a localização dos dois
pólos magnéticos? Comente.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3) Observe a ilustração abaixo, representando a imantação de um prego comum por um ímã.
Inicialmente, o prego possui os campos magnéticos internos em posições variadas e aleatórias.
Depois da aproximação e da retirada do ímã, a maior parte dos campos magnéticos internos ficam
alinhados e o prego manifesta propriedades magnéticas, mesmo se o ímã estiver distante.
Imantação por contato de um prego por um imã comum.
Disponível (acesso: 11.12.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetization_of_a_Nail.svg
Proponha um experimento em que esse fenômeno possa
ser confirmado:
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
Experimento 2: Medindo a força dos ímãs
Material (por grupo de alunos)
A) Ímãs naturais de diversos tamanhos e formatos. Se possível, obtenha algum ímã de neodímio,
usados em alto-falantes de fones de ouvido.
B) Objetos de ferro, de diversos tamanhos.
C) Balança de precisão.
D) Suporte universal com garra; ou barbante fixo em prego no teto para manter o ímã suspenso.
Procedimento
1. Leve cada ímã à balança, separadamente, para determinação da massa de cada um.
2. Suspenda um dos imãs com auxílio do suporte ou de um barbante amarrado em alguma parte
alta.
3. Coloque pregos, moedas ou outros objetos conectados uns nos outros, um a um, descendo,
fazendo uma “fila” ou “escada”. Assegure-se de que os objetos são formados pelo mesmo material,
como o ferro.
4. Quando tentar acrescentar um objeto que o ímã não conseguir segurar, troque-o por um objeto
um pouco mais leve e veja se o ímã consegue mantê-lo preso à fila de objetos. O objetivo é colocar
na “fila” o maior peso possível de objetos em sequência.
5. Depois de colocar a fileira com o maior peso possível, retire-os e leve-os à balança para
determinar a massa de todos eles juntos.
6. Repita os itens 2 a 5 para cada um dos outros ímãs.
Ímã /
identificação
1-
Origem ou tipo de ímã
Massa do ímã
Massa dos
objetos atraídos
Razão de massas
ímã / objetos
23456-
Observações e questões
1) Como será que a capacidade de atrair objetos magneticamente pode passar de um objeto para
outro? Comente.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
2) Essa capacidade é permanente? Comente.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
3) Qual tipo de ímã foi mais capaz de atrair e segurar objetos, considerando sua massa?
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
4) Caso tenha conseguido ímãs de neodímio, quantas vezes o “super ímã” consegue ser mais forte
que o ímã comum de “ferrite”?
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________