Resposta magnética das moedas de euro: Um teste de quatro tipos de ímãs

1. Introdução

Você já se perguntou de que são feitas as moedas que estão em seu bolso?

Usamos moedas todos os dias, mas a maioria de nós nunca pensa na composição de seus materiais. A verdade é que moedas diferentes são feitas de metais e ligas diferentes, e esses materiais determinam como elas interagem com os ímãs.

Aqui na Stanford Advanced Materials (SAM), trabalhamos com todos os tipos de metais e materiais magnéticos todos os dias. Por isso, decidimos fazer um teste: como os diferentes ímãs interagem com as moedas do dia a dia?

2. Composição material das moedas: Dos EUA ao euro

Queríamos começar com moedas americanas. No entanto, nos deparamos com um problema interessante. A maioria das moedas americanas modernas não é magnética. As moedas de um centavo (desde 1982) têm um núcleo de zinco com revestimento de cobre. Nickels, dimes e quarters são todas ligas à base de cobre, sem conteúdo de ferro.

A única moeda americana de grande circulação que é fortemente magnética é o centavo de aço de 1943, fabricado durante a Segunda Guerra Mundial devido à escassez de cobre. Essas moedas já têm mais de 80 anos e são difíceis de encontrar. Para realizar um teste simples e repetível, precisávamos de moedas que estivessem prontamente disponíveis com propriedades materiais consistentes. Por isso, recorremos às moedas de euro.

As moedas de euro oferecem uma vantagem exclusiva para testes magnéticos. Elas vêm em três composições de material distintas em diferentes denominações, o que as torna perfeitas para demonstrar como diferentes metais respondem aos ímãs.

3. Ímãs e conjuntos testados

Para este experimento, testamos quatro ímãs: um pequeno ímã de neodímio banhado a ouro, um conjunto de epóxi preto N52, um anel magnético de matriz Halbach e um conjunto revestido de níquel N35. Todos são produtos que a Stanford Advanced Materials fornece em todo o mundo.

Pequeno ímã de neodímio banhado a ouro - Este é um pequeno ímã com fino revestimento de ouro, normalmente usado para aplicações estéticas, como joias, fechos e projetos de artesanato.

Ímã de neodímio, N52, epóxi preto - O ímã N52 específico deste teste é montado a partir de várias peças quadradas pequenas, formando um pequeno bloco retangular com revestimento de epóxi preto. Os ímãs N52 também estão disponíveis em muitas outras configurações, incluindo ímãs sólidos de peça única.

Matrizes de Halbach - Anel magnético - Esse é um conjunto magnético especializado que concentra o campo magnético em um lado e o cancela no outro. É comumente usado em motores CC sem escovas, sistemas de levitação magnética e aceleradores de partículas.

Ímã de neodímio em bloco, N35, revestimento de Ni - O ímã N35 específico deste teste é montado a partir de várias tiras longas que formam um grande bloco retangular com revestimento de níquel. Os ímãs N35 também estão disponíveis em muitas outras configurações.

Muitas pessoas presumem que o N52 é sempre mais forte que o N35. Isso só é verdade para ímãs do mesmo tamanho e formato. A força magnética total também depende do volume. Um N35 grande pode ser mais forte do que um N52 pequeno.

Você pode ver o desempenho desses quatro ímãs no vídeo e nos resultados do teste abaixo.

4. Resultados do teste

Testamos cada ímã com as três categorias de moedas de euro. Os resultados foram consistentes em todos os quatro ímãs em termos de quais moedas são magnéticas e quais não são.

1 centavo, 2 centavos, 5 centavos - Forte atração. O núcleo de aço dessas moedas é ferromagnético, portanto, elas aderem firmemente aos quatro ímãs.

10 centavos, 20 centavos, 50 centavos - Sem atração. A liga Nordic Gold é um material à base de cobre sem conteúdo ferromagnético, portanto, os ímãs não aderem de forma alguma.

1 euro, 2 euros - Fraca atração no centro. Essas moedas bimetálicas têm um núcleo interno de níquel e latão. O níquel é ferromagnético, o que cria uma atração magnética fraca, mas somente no centro, onde está localizado o núcleo interno. O anel externo de cobre e níquel não é magnético.

Agora, veja como os quatro ímãs diferem em termos de desempenho nas moedas fracamente magnéticas de 1 euro e 2 euros:

• O pequeno ímã banhado a ouro atrai a moeda, mas ela cai rapidamente.
• O conjunto Halbach segura a moeda, mas ela se desloca quando sacudida.
• O conjunto N52 segura a moeda com segurança.
• O conjunto N35 segura a moeda com mais rigidez. Mesmo com uma sacudida vigorosa, a moeda não se move.

Embora o N35 seja de grau inferior ao N52, o grande volume desse conjunto N35 em particular o torna mais potente do que o conjunto N52 menor nesse teste. Esse é um ótimo exemplo do mundo real de como a força magnética total depende tanto do grau quanto do volume.

O que também vale a pena observar: o conjunto Halbach, apesar de seu design de campo direcional especializado, não alterou o padrão de atração fundamental. Os ímãs N35 e N52 se comportaram de forma idêntica em termos das moedas que atraíram. A diferença na força magnética afetou apenas a firmeza com que as moedas fracamente magnéticas eram seguradas, e não o fato de elas serem atraídas. E o pequeno ímã banhado a ouro, embora fisicamente muito menor do que os outros, ainda distinguia claramente entre os três tipos de moedas.

Você pode ver todas essas diferenças nos vídeos da próxima seção.

5. Conteúdo do vídeo

Assista ao teste completo aqui:

Testes de ímãs individuais (curtas do YouTube):

• Ímã folheado a ouro (pequeno) - https://youtube.com/shorts/kHN-_NJbUXo
• Neodímio N52 - epóxi preto - https://youtube.com/shorts/cCJnvpPnV48
• Matrizes de Halbach - Anel magnético - https://youtube.com/shorts/g6-YyweRb6A
• N35 Neodímio - Revestimento de Ni - https://youtube.com/shorts/e9kvV-UBkzE

6. O que isso significa

Esse teste simples com moedas demonstra um princípio fundamental da magnética: a resposta magnética é determinada pela composição do material do objeto que está sendo atraído, não pela força ou pelo tipo de ímã usado.

Se um material for ferromagnético (como aço ou níquel), um ímã o atrairá. A força da atração pode variar de acordo com a força do ímã, mas a presença ou ausência de atração é determinada inteiramente pelo próprio material. Se um material não for magnético (como ligas de cobre ou alumínio), nenhum ímã o atrairá, por mais forte que seja.

Esse princípio tem aplicações no mundo real. As máquinas de venda automática e os classificadores de moedas usam sensores magnéticos para detectar moedas falsas, porque as moedas falsas geralmente são feitas com os materiais errados. As instalações de reciclagem usam ímãs para separar os metais ferrosos dos não ferrosos. Compreender as propriedades dos materiais é essencial para projetar esses sistemas.

7. Sobre a Stanford Advanced Materials (SAM)

A Stanford Advanced Materials (SAM) foi fundada em 1994 e tem sede em Santa Ana, Califórnia. Fornecemos mais de 10.000 materiais avançados para clientes dos setores aeroespacial, tecnológico, médico e de fabricação de alto desempenho em todo o mundo.

Nossa linha de produtos inclui:

• Ímãs de neodímio em N35, N52 e graus personalizados
• Matrizes de Halbach e anéis magnéticos personalizados
• Vários revestimentos: níquel, epóxi preto, ouro e outros
• Ímãs de tamanho e revestimentos personalizados
• Metais puros, ligas, cerâmicas e produtos de terras raras

Independentemente de você precisar de ímãs padrão prontos para uso ou de conjuntos magnéticos totalmente personalizados, temos o conhecimento técnico e os recursos de fabricação necessários.

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