Física - 3º Ensino Médio: julho 2013

1 – INTRODUÇÃO

O nome magnetismo vem de Magnésia, pequena região da Ásia Menor onde foi encontrado em grande abundância um mineral naturalmente magnético. Uma pedra desse mineral é o que chamamos de ímã natural. Se tomarmos um ímã natural, de formato alongado, e o pendurarmos em um fio amarrado ao meio, veremos que essa pedra fica sempre alinhada na direção geográfica norte – sul. A extremidade que aponta para o norte geográfico é chamada de pólo norte do ímã. A outra, aponta para o sul geográfico, é denominada pólo sul do ímã.

Os pólos são as partes do ímã onde os efeitos magnéticos se apresentam mais intensos. Mas nem sempre podemos dizer que essas partes se localizam nas extremidades de um ímã, caso, por exemplo, do ímã esférico.

Verifica-se experimentalmente que, quando dois ímãs são colocados próximos, o pólo norte de um repele o pólo norte do outro, atraindo o pólo sul. Ou seja: pólos de mesmo nome repelem-se e pólos de nomes diferentes atraem-se.

É importante o fato de que cada pedaço de um ímã partido se transforma em um novo ímã. Esse fenômeno é conhecido como inseparabilidade dos pólos.

Uma explicação desse fenômeno foi proposta pelo cientista André Marie Ampère (1775-1836). Ele supôs cada ímã constituído de pequenos ímãs elementares; a soma dos efeitos de todos esses ímãs elementares é que resultaria no ímã completo.

Hoje, no entanto, sabemos que cada um desses ímãs elementares corresponde a uma pequena porção de matéria na qual os átomos têm a mesma orientação magnética, chamada de domínio magnético.

2 – CAMPO MAGNÉTICO

Campo magnético é a região do espaço na qual um pequeno corpo de prova fica sujeito a uma força de origem magnética. O corpo de prova deve ser um pequeno objeto feito de material que apresente propriedades magnéticas.

Representamos o campo magnético em cada ponto de uma região do espaço pelo vetor campo magnético (B). Para determinar a direção e o sentido do vetor B , usamos uma agulha magnética (o pólo norte da agulha nos indica o sentido de B).

Em um campo magnético, as linhas de campo são tais que o vetor campo magnético apresenta as seguintes características:
Intensidade: proporcional à densidade de linhas de campo.
Sentido: igual ao da respectiva linha de campo;
Direção: sempre tangente a cada linha de campo em qualquer ponto dentro do campo magnético;

Para construir as linhas de campo, podemos usar o conceito de domínio magnético. Cada pequeno domínio magnético é um pequeno ímã, que podemos considerar como um pequeno corpo de prova. Observe, na ilustração a seguir, que internamente ao ímã as linhas de campo começam no pólo sul e vão até o pólo norte; e externamente ao ímã as linhas de campo começam no pólo norte e vão até o pólo sul. Desse modo, as linhas de campo fecham um ciclo.

2.1 – Campo Magnético Uniforme

O campo magnético é uniforme em uma determinada região quando, em todos os pontos dessa região, o vetor campo magnético tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido.

Quando colocamos um ímã num campo magnético uniforme, as forças em ambos os pólos ficam com a mesma intensidade, porém com sentidos contrários. Por isso esse ímã tende, apenas, a girar, até que se alinhe com o campo.

3 – Magnetismo Terrestre

O nosso planeta é um imenso ímã. Sob a influência exclusiva do campo magnético terrestre, a agulha da bússola aponta para o Pólo Norte (geográfico), que na realidade é o pólo sul magnético.

4 – A Descoberta de Hans Christian Oersted

Até o começo do século XIX, não se conhecia a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Em 1820, Hans Christian Oersted, um professor de Amsterdã, notou que a agulha de uma bússola se movimentava quando próximo de um circuito elétrico fechado. Após verificar a repetição desse fenômeno através de alguns experimentos, ele propôs:

Toda Corrente Elétrica gera ao redor de si um campo Magnético.

5 – CAMPO MAGNÉTICO DEVIDO A CORRENTE ELÉTRICA

(a) Num fio longo retilíneo

Num fio Longo e retilíneo temos que o campo magnético tem as seguintes características:

Módulo:

m... permeabilidade magnética;

no vácuo: m = 4p . 10^-7T.m/A;

R.... distância do campo ao fio;

i......intensidade de Corrente elétrica.

Direção e sentido: Regra da Mão Direita

(b) Numa espira Circular

Numa Espira Circular temos que o campo magnético tem as seguintes características:

Módulo:

m... permeabilidade magnética;

no vácuo: m = 4p . 10^-7T.m/A;

R.... distância do campo ao fio;

i......intensidade de Corrente elétrica.

Direção e sentido: Regra da Mão Direita

(c) Num Solenóide

Num solenóide temos que o campo magnético tem as seguintes características:

Módulo:

m... permeabilidade magnética;

no vácuo: m = 4p . 10^-7T.m/A;

n.... número de espiras;

L......comprimento do solenóide.

Direção e sentido: Regra da Mão Direita

6 – FORÇA MAGNÉTICA

Considerando uma partícula eletrizada com carga elétrica q deslocando-se com velocidade v num campo magnético uniforme B. A velocidade v é medida em relação às linhas do campo magnético. A carga q sofre a influência de uma Força F perpendicular ao campo e à velocidade, como mostra a figura:

Experimentalmente, podemos concluir que a força F que age sobre a carga q, é diretamente proporcional ao produto entre o Campo B, a carga q, a velocidade v e o seno do ângulo formado entre v e B.

Definindo as características da Força Magnética:

Módulo: