INTRODUÇÃO AO MAGNETISMO

MAGNETISMO(1) (Prof. Ismerindo)

Vimos nas aulas anteriores, alguns exemplos de campos, tais como, o gravitacional, o térmico e o elétrico, esse último analisamos mais detalhadamente.  Você deve lembrar-se de que cada campo necessita de algo que o gere, o campo elétrico, por exemplo, é gerado por uma carga elétrica. Vamos analisar agora, o campo magnético e suas principais propriedades.

A palavra magnetismo deriva de uma região asiática chamada de Magnésia.

Conta-se que os gregos descobriram nessa região um tipo de pedra que atraia objetos de ferro ou de níquel. Estudos mostraram que essas pedras são os imãs naturais (“pedras que amam”), compostas de certo tipo de

óxido de ferro.

Experimentos mostram que um imã atrai partículas de ferro com maior intensidade nas extremidades que são chamadas de pólos do imã (classificados como pólo norte e pólo sul). A Fig. 1 mostra as linhas de campo saindo do pólo norte e chegando no sul. Um imã em forma de barra, se for suspenso por um fio e mantido na horizontal, tem seus pólos alinhados com a direção norte-sul geográfica da Terra sendo que o pólo norte do imã aponta para o norte geográfico e o pólo sul, para o pólo sul geográfico (Fig. 2). Essa importante propriedade foi usada na confecção de bússolas, úteis na navegação.

Outra propriedade importante dos imãs é a inseparabilidade dos pólos: por menor que seja um pedaço de ímã, sempre haverá dois pólos (norte e sul), esses pólos se combinam de tal modo que pólos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem (Fig. 3).

No séc XVII, o médico inglês William Gilbert propôs uma explicação para o fato de um imã apontar na direção norte-sul terrestre, segundo ele o planeta Terra funciona como um grande corpo magnético (um imã) com os pólos norte e sul, essa teoria foi aceita pela comunidade científica e posteriormente demonstrada experimentalmente. Assim, se o pólo norte de um imã aponta para o pólo norte da Terra, na verdade o referido pólo do imã é o sul, o outro, o pólo norte.

Em 1820 o Físico Dinamarquês Hans Christian Oersted observou, num experimento, que a agulha de uma bússola era desviada por uma corrente elétrica, nascia um importante ramo da ciência e da tecnologia, o ELETROMAGNETISMO.

A descoberta de Oersted mostrou a relação entre o magnetismo e a eletricidade, isto é, um campo elétrico gera um campo magnético, Oersted  verificou que uma bússola deixada próxima de um fio sem corrente elétrica, não sofria qualquer efeito, já quando o circuito era fechado e uma corrente elétrica fluía pelo fio, a agulha da bússola adquiria uma posição perpendicular ao fio.

A figura ao lado mostra o sentido do desvio da agulha quando a corrente elétrica surge no fio.  observa-se que quando a corrente tem sentido para o norte, o pólo norte da agulha aproxima-se do fio e o pólo sul afasta-se. E, invertendo-se o sentido da corrente, a agulha inverte a sua posição. Como conseqüência dessa descoberta, em pouco tempo surgiram muitos tipos de aparelhos que funcionavam com base na força magnética, como motores, alto falantes, etc. Estudos posteriores concluíram que quando cargas elétricas estão em movimento manifesta-se entre elas além da força elétrica, outra  força, denominada de força magnética.

ATIVIDADES

1. Cite duas fontes geradoras de campo magnético?

2. Uma barra de imã concentra limalhas em que regiões?

3. a) O pólo norte de uma agulha magnética é atraído ou repelido pelo pólo norte geográfico da Terra?

    b) Então, o pólo norte geográfico da Terra é um pólo norte ou um pólo sul magnético?

4. Uma barra de imã foi quebrada em três pedaços e observa, anotando neles as letras A, B e C. em seguida, verifica que A atrai B, B repele C, Se a letra C é o pólo norte magnético. Qual deve ser o pólo representado pela letra A?

5. Que fenômeno foi observado por C. Oersted?

6. Cite a importância da descoberta de Oersted.

7. Sabemos que um imã também é composto de cargas elétricas em movimento. Podemos considerar que elas são responsáveis pelo magnetismo de uma barra imantada?

8. Vimos que entre cargas elétricas em repouso existe uma força denominada força elétrica. Como é denominada a força entre cargas quando estão em movimento?

9. Num experimento, uma bússola é colocada paralelamente a um fio cuja corrente está desligada. Em seguida o circuito é fechado e surge no fio uma corrente elétrica no sentido para a esquerda da agulha. Faça um desenho mostrando a posição da agulha nas duas situações.  

MAGNETISMO (2)

Em aulas anteriores, você pôde verificar a experiência de Oersted, na qual um fio percorrido por uma corrente elétrica gera em torno de si um campo magnético. O vetor (B) campo gerado por uma corrente elétrica ou por um imã, possui a direção da orientação da agulha de uma bússola colocada dentro desse campo. O sentido de B é por definição, aquele apontado pelo pólo norte da agulha.

I) Vetor campo magnético: regra de Ampére

Na fig. à esquerda, o sentido da corrente elétrica é apontado pelo polegar e o sentido do vetor campo magnético circunda o fio, no sentido dos demais dedos, sendo que a direção de B é perpendicular à direção do fio, isto é, o fio está na direção vertical, a direção do vetor campo B está na horizontal.

A intensidade de B gerada por uma corrente  i em torno de um fio reto pode ser  determinada pela fórmula à direita:

m é a constante de permeabilidade do meio, que para o vácuo tem valor aproximado de  4,0.p.10^-7 T.m/A . A intensidade do vetor campo magnético é o Tesla (T), i representa a intensidade da corrente elétrica, r é a distância de B ao centro do fio.

II) Campo magnético no centro de uma espira circular

Quando uma corrente elétrica i circula por uma espira, um campo magnético é gerado no centro dessa espira, em sentido circulando o fio da espira, como é mostrado na fig. 2. A intensidade B desse campo depende do raio R da espira e da intensidade da corrente elétrica. (fórmula à direita)

   

             

III) Campo magnético gerado num solenóide 

Um solenóide é um fio enrolado em forma de mola. Ao ser percorrido por uma corrente elétrica, um campo magnético é criado nas proximidades, de tal maneira que os campos de cada volta são combinados e sua resultante se parece com o campo gerado por um imã. A intensidade B desse campo resultante depende da corrente elétrica, do número de volts e do comprimento do solenóide.

Para aprender MAIS

Cálculo de força magnética
http://fisica.cdcc.usp.br/GREF/eletro03.pdf

Funcionamento de um motor elétrico
https://www.youtube.com/watch?v=Cwe6swMCx6M

Como fazer um motor elétrico simples e barato
https://www.youtube.com/watch?v=dLE4MliXI_s

Simulações
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/magnet-and-compass
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/magnets-and-electromagnets

Atividades

1. De que fator (es) depende (m) o vetor campo magnético ao redor de um fio retilíneo? No centro de uma espira circular? e num solenóide?

2. Esquematize o vetor campo gerado em torno de um fio colocado na posição horizontal com uma corrente elétrica fluindo para a esquerda.

3. Calcule o campo magnético criado pela corrente elétrica em cada uma das situações, nos pontos indicados (considere: m=4,0.p.10^-7 T.m/A )

a) Um fio reto, com corrente elétrica de 2,0A num ponto situado a 5cm do fio.

b) No centro de uma espira circula de raio 3,0cm, percorrida por uma corrente de 0,05A                    

c) No centro de um solenóide com 100 voltas/cm e corrente de 1,0A