Dínamo fluido: Ímã líquido gera magnetismo pelo movimento

Com informações da Physical Review Focus - 08/06/2011

Simulação gerada em computador das linhas magnéticas continuamente geradas e distorcidas pelo núcleo metálico da Terra. O experimento quer reproduzir esse campo magnético auto-sustentado.
[Imagem: G. A. Glatzmaier/Los Alamos National Lab/Wikimedia Commons]

Ímãs cósmicos

A Terra, o Sol e outros corpos celestes geram campos magnéticos através do movimento dos seus fluidos internos condutores de eletricidade.

Estes fluidos são frequentemente muitíssimo turbulentos.

Mas pode ser possível gerar magnetismo em um fluido que flui com suavidade, por exemplo, em um tanque de sódio líquido posto para girar suavemente.

Uma equipe de físicos anunciou ter alcançado uma amplificação de oito vezes de um campo magnético "semente". Na próxima fase de seu projeto, eles esperam demonstrar um campo magnético auto-sustentável, como ocorre na Terra, assim como em todos os planetas e estrelas.

Dínamos fluidos

Na última década, pesquisadores conseguiram criar campos magnéticos em laboratório usando os chamados dínamos fluidos. Assim como seus equivalentes astronômicos, esses sistemas são baseados na rotação de um fluido, tipicamente o sódio, devido à sua alta condutividade.

Um pequeno campo magnético inicial, aplicado ao tanque com o sódio em rotação, pode gerar uma corrente elétrica.

Esta, por sua vez, gera mais campo magnético, criando um círculo virtuoso que pode levar a um crescimento exponencial do campo.

Em vez de discutir as complexas interações corrente-campo magnético, os pesquisadores frequentemente descrevem essa amplificação como um processo de alongamento e dobramento das linhas do campo magnético, que são essencialmente arrastadas pelo fluido.

Mas não tem havido consenso nessas explicações. Alguns pesquisadores argumentam que o feedback positivo é gerado pela turbulência, que cria vórtices capazes de realimentar o processo de reforço do campo magnético.

Outros, porém, argumentam que a turbulência é aleatória - dessa forma, alguns turbilhões atuarão no sentido da amplificação, enquanto outros terão o efeito oposto, tornando o campo magnético mais difuso e mais fraco.

Dínamo sem turbulência

Stirling Colgate e seus colegas do Laboratório Nacional Los Álamos, nos Estados Unidos, decidiram então partir para trabalhar com dínamos fluidos sem turbulência, nos quais o sódio é girado suavemente, de maneira contínua e previsível.

Isso permitirá descrever com bastante precisão o papel da turbulência nesses processos essenciais ao "funcionamento do cosmos".

O fluido está dentro de um tanque em forma de anel, de 30 centímetros de altura, cujo raio interno é metade do raio externo.

Em vez de usar hélices, a equipe rotaciona o fluido girando as paredes do tanque. A parede interna gira a 68 rotações por segundo, enquanto a parede externa gira um quarto mais rápido.

Esse fluxo suave reproduz o que se acredita acontecer no interior das estrelas jovens e ao redor dos buracos negros.

O gigantesco aparato do experimento Alfa-Ômega, um dínamo líquido de sódio.
[Imagem: Stirling Colgate]

Amplificação magnética

No último experimento, a equipe aplicou um campo magnético semente de cerca de 12 gauss, apontando radialmente para dentro.

Como era de se esperar de um líquido condutor de eletricidade, o sódio "agarrou" as linhas do campo magnético e as fez girar em torno do tanque em forma de anel, como uma criança enrolando a si própria com um fio de telefone.

Este envolvimento e alongamento, que é chamado de efeito Ômega, criou um campo magnético na direção do fluxo do sódio que chegou a ser oito vezes mais forte do que o campo semente.

Mas o efeito Ômega não é suficiente para que um campo magnético se auto-sustente. Para completar o dínamo, a equipe vai precisar dobrar uma parte do campo amplificado na direção radial original.

Isto poderá ser feito pelo chamado efeito Alfa, que resulta de movimento helicoidal do fluido.

A turbulência, com os seus redemoinhos espirais, é uma fonte natural de movimento helicoidal, mas o grupo espera criar um efeito Alfa suave, sem turbulência, disparando jatos de sódio a partir do fundo do tanque rotativo.

Alfa e Ômega

"A mensagem importante em termos de física é que os fluxos laminares podem produzir campos magnéticos em grande escala mais facilmente do que os fluxos turbulentos," comentou Cary Forest, da Universidade de Wisconsin, que trabalha em outro experimento de dínamo fluido.

Mas o próprio Forest salienta que a turbulência tem sido observada nos dínamos estelares e galácticos. Outros pesquisadores admitem que a turbulência diminui a eficiência dos dínamos fluidos, mas que ela, a turbulência, seria inevitável.

O projeto Alfa-Ômega pode tirar essas dúvidas. E, se Fores e outros tiverem razão, exatamente por não reproduzir com naturalidade os processos que ocorrem nas estrelas e nos planetas, o experimento poderá revelar o peso que a turbulência exerce neles.

Ou, quem sabe, resultar em um gerador de campos magnéticos de alta potência, eventualmente com muitas aplicações práticas

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