Levitação Magnética
A levitação magnética é uma fascinante aplicação da física que envolve a suspensão de objetos no ar, utilizando campos magnéticos para superar a força da gravidade. Neste texto, vamos explorar o funcionamento dessa tecnologia surpreendente e algumas de suas aplicações em diversas áreas.
Como funciona a levitação magnética?
A levitação magnética é baseada nos princípios da repulsão magnética e é alcançada usando ímãs poderosos e supercondutores. Quando dois ímãs com polos iguais se aproximam, eles se repelem. Isso significa que, se você conseguir manter um objeto em suspensão, ele permanecerá estável graças à força magnética que empurra para cima, equilibrando a força da gravidade que puxa para baixo.
Como os pesquisadores explicam, a levitação magnética ocorre devido ao diamagnetismo de um objeto, que repele os campos magnéticos. Embora todos os materiais tenham algum diamagnetismo, geralmente é muito fraco para permitir que levantem magneticamente. A levitação magnética só ocorre quando as propriedades diamagnéticas de um material são mais fortes do que suas propriedades ferromagnéticas e paramagnéticas (que atraem campos magnéticos). Um dos materiais diamagnéticos mais fortes é o grafite.
Para levantar magneticamente, a força magnética total de um objeto não só deve ser repulsiva, mas a repulsão também deve ser mais forte do que a força da gravidade. A altura em que um material diamagnético levita pode ser controlada por dois fatores: o campo magnético aplicado e as próprias propriedades diamagnéticas do material.
O que o grafite pirolítico faz com um ímã de neodímio
A grafite pirolítico é muito mais diamagnética que a água, o que significa que podemos usá-la para experimentar com forças diamagnéticas usando ímãs de neodímio. A grafite pirolítico exercerá uma pequena quantidade de força nos ímãs próximos. A força do grafite é apenas uma pequena fração da massa do ímã, mesmo com poderosos ímãs de neodímio.
Com um pedaço fino de grafite pirolítica, irá fazer flutuar a grafite sobre uma cama de ímãs de neodímio. As camas de ímãs são dispostas sobre um pedaço de chapa de aço com polos alternados voltados para cima (norte, sul, norte, sul, etc.).
Com uma peça de meio milímetro de espessura, usando supermagnetos de neodímio-ferro-boro, você pode ver nas fotos que a peça está levitando cerca de um milímetro acima dos ímãs.
O que é Grafite Pirolítico
Também chamado de Carbono de Pirolítico é um policristal puro composto por camadas paralelas de átomos de carbono, com propriedades de supercondutor.
Diferencia-se do grafite comum por apresentar poucas irregularidades ou defeitos no ordenamento das suas camadas. É obtido por meio da pirólise, processo pelo qual as substâncias orgânicas são decompostas por aquecimento.
Um obstáculo para a sua utilização industrial é o alto custo de produção
O carbono obtido por pirólise é feito pelo homem e não é encontrado na natureza. Geralmente é produzido por aquecimento de um hidrocarboneto quase a sua temperatura de decomposição e permitindo que o grafite cristalize (pirólise). Um método é aquecer as fibras sintéticas no vácuo. Outro método é colocar as sementes em uma placa no gás muito quente para coletar o revestimento de grafite. É usado em aplicações de alta temperatura, como cones de nariz de míssil, motores de foguetes, escudos térmicos, fornos de laboratório, em plástico reforçado com grafite.
Propriedades físicas
As amostras de carbono pirolítico geralmente têm um único plano de clivagem, semelhante à mica, porque as folhas de grafeno cristalizam em uma ordem plana, ao contrário do grafite, que forma zonas microscópicas orientadas aleatoriamente. Por isso, o carbono pirolítico exibe várias propriedades anisotrópicas incomuns.
É mais termicamente condutor ao longo do plano de clivagem do que a grafite, tornando-se um dos melhores condutores térmicos planares disponíveis.
O grafite pirolítico forma cristais de mosaico com mosaicidades controladas até alguns graus.
Também é mais diamagnético ( χ = -4 × 10 -4 ) contra o plano de clivagem, exibindo o maior diamagnetismo (em peso) de qualquer diamante em temperatura ambiente.
O que é grafite pirolítico?
A grafite pirolítica é um material diamagnético forte. É uma forma artificial de grafite, que tem algumas propriedades muito interessantes. Além de ser diamagnético, também tende a transportar calor bem através do plano de uma folha, melhor do que através da espessura.
O que é diamagnetismo? Vamos definir o termo, juntamente com alguns outros abaixo. Onde as definições dizem, “… um campo magnético aplicado externamente”, pense: quando um imã está ao lado dele.
Diamagnético – Um material que cria um campo magnético em oposição a um campo magnético aplicado externamente. Este campo oposto fraco produz uma força repelente. Exemplos incluem carbono pirolitico, supercondutores e bismuto. Mesmo a água é diamagnética, mas apenas um pouco.
Paramagnético – Um material que cria um campo magnético na mesma direção que um campo magnético aplicado externamente, mas não retem qualquer magnetização após esse campo ser removido. Exemplos incluem ferro fluido, que geralmente é classificado como superparamagneto.
Ferromagnético – Um material que cria um campo magnético forte na mesma direção que um campo magnético aplicado externamente e pode reter alguma magnetização após o campo ser removido. Coisas em que os ímãs se apegam. Exemplos incluem portas de ferro, níquel, cobalto e geladeira.
Cortando o Grafeno
Dividido em folhas finas e depois cortado ao meio com uma faca afiada para fazer quadrados de 16 milímetros, eles são perfeitos para levitar acima de quatro ímãs.
A faca deve ser muito fina, por isso divide o grafite de forma limpa, sem quebrar. Uma lâmina de barbear ou uma faca funcionaria melhor do que o canivete, mas o canivete funciona se você for bem cuidadoso e a lâmina estiver afiada.
Coloque a lâmina cuidadosamente no meio da borda do grafite. Empurre lentamente a lâmina com um leve movimento de balanço. O grafite fará um bom som limpo, pois ele começa a se dividir.
Às vezes, você terá uma peça fina e uma peça mais espessa após a separação. Muitas vezes, você pode dividir o pedaço mais grosso, dando-lhe três peças
Por último, uma vez que as fatias são muito finas, você pode cortá-las pela metade, balançando a faca afiada no meio de cada uma delas. As peças irão encaixar e podem voar algumas distâncias, a menos que você coloque um dedo sobre elas para mantê-las presas
A grafite grosso é muito pesado para flutuar nos ímãs. As fatias finas que você dividiu flutuam mais alto do que as mais grossas.
Aplicações
É usado na ponta dos mísseis “cones de nariz”, e ablativo (arrefeceu-boiloff) motores foguete.
Em forma de fibra, é utilizado para reforçar plásticos e metais (ver fibra de carbono e plástico reforçado com grafite).
Os reatores nucleares de cascalho usam um revestimento de carbono pirolítico como um moderador de neutrões para os seixos individuais.
Usado para revestir cubetas de grafite (tubos) em fornos de absorção atômica de fornalha de grafite para diminuir o estresse térmico, aumentando assim a vida útil dos cuvetes.
O carbono pirolítico é usado para várias aplicações no gerenciamento térmico eletrônico: material de interface térmica, espalhadores de calor (lençóis) e dissipadores de calor (aletas)
É ocasionalmente usado para fazer tubos de tabaco.
É usado para fabricar estruturas de grade em alguns tubos de vácuo de alta potência.
É usado como monocromador para estudos de espalhamento de nêutrons e raios-X.
Válvulas cardíacas próteses
Prótese de cabeça radial
Também é usado em indústrias automotivas onde é necessária uma quantidade de fricção desejada entre dois componentes
A grafite pirolítica altamente orientada (HOPG) é utilizada como elemento dispersivo nos espectrômetros HOPG que são utilizados para espectrometria de raios X.
Aplicações biomédicas
Como os coágulos sanguíneos não se formam facilmente, é sempre aconselhável alinhar uma prótese de contato com este material para reduzir o risco de trombose. Por exemplo, encontra uso em corações artificiais e válvulas cardíacas artificiais. Os stents de vasos sanguíneos, ao contrário, são geralmente revestidos com um polímero que tem heparina como grupo pendente, dependendo da ação da droga para evitar a coagulação. Isso é pelo menos em parte devido à fragilidade do carbono pirolítico e à grande quantidade de deformação permanente que um stent sofre durante a expansão.
O carbono de Pirolítico é também em uso médico para revestir implantes ortopédicos anatomicamente corretos, também conhecido como articulações de substituição. Neste aplicativo atualmente é comercializado sob o nome “PyroCarbon”. Esses implantes foram aprovados pela US Food and Drug Administration para uso na mão para substituições metacarpofalangiano (knuckle).
Eles são produzidos por duas empresas: Tornier (BioProfile) e Ascension Orthopedics. (Em 23 de setembro de 2011, a Integra LifeSciences adquiriu a Ascension Orthopedics.) A FDA também aprovou as substituições de articulações interfalangiais de PyroCarbon sob a isenção de dispositivos humanitários.
