logo-ge

Magnetismo: Campo magnético e corrente elétrica

CORTINA DE LUZES. As auroras polares acontecem porque a Terra tem um campo magnético que atrai partículas eletricamente carregadas do Sol.

 

Os ímãs e as cargas

Auroras polares como a da foto acima formam-se da interação entre íons lançados pelo Sol e o campo magnético da Terra. E você viu na aula 1: o que cria o principal campo magnético terrestre são correntes elétricas no núcleo do planeta. Ou seja, magnetismo e eletricidade mantêm uma relação íntima na física. É isso o que você vai ver nesta aula. Todo condutor elétrico pode atuar como ímã. Quem demonstrou esse fenômeno foi o dinamarquês Hans Christian Oersted. Seus experimentos deixaram claro que um condutor percorrido por uma corrente elétrica produz um campo magnético ao seu redor, capaz de desviar a agulha de uma bússola.

Hans Christian Oersted: Os experimentos de Hans Christian Oersted (1777-1851) com ímãs e correntes elétricas levaram à compreensão de que eletricidade e magnetismo constituem dois aspectos de uma única força – a força
eletromagnética.

Screenshot_1

O campo magnético gerado por um condutor depende não só da intensidade da corrente que o atravessa como também da forma do condutor – se ele é retilíneo ou espiralado, por exemplo.

 

Condutor retilíneo

Num condutor retilíneo percorrido por uma corrente elétrica (um fo elétrico comum), o vetor campo magnético (B) em cada ponto ao redor do fio é caracterizado por sua intensidade, sua direção e seu sentido. A intensidade do campo magnético em um ponto qualquer depende da distância entre o ponto e o condutor retilíneo. O campo magnético diminui à medida que nos afastamos do condutor. Matematicamente:

1

→ B é a intensidade do campo magnético, medida em tesla (T);

→ i é a corrente elétrica que percorre o condutor, medida em ampère (A);

→ R é a distância entre um ponto qualquer do campo magnético e o fio condutor, medida em metro (m);

1 é a chamada permeabilidade magnética do vácuo. Esse fator é uma constante universal que vale:

Screenshot_3

Screenshot_4

Um fio elétrico percorrido por uma corrente é colocado próximo a uma porção de limalhas de ferro. O campo magnético gerado pela corrente distribui as limalhas pelas linhas de campo, em circunferências concêntricas em torno do fio. Quanto mais próximo o ponto estiver do fio condutor, maior será a intensidade do campo magnético.

magnetismoA intensidade do campo magnético gerado por um condutor retilíneo é a mesma em qualquer ponto situado a uma mesma distância R do condutor.

Agora, vamos caracterizar a direção e o sentido do vetor campo magnético. Sabemos que o vetor campo magnético é sempre tangente às linhas de campo magnético (veja na aula 1 deste capítulo). Para conhecer o sentido das linhas de campo magnético, empregamos a regra da mão direita número 1. Veja:

Screenshot_5

Coloque o polegar da mão direita apontando no mesmo sentido da corrente convencional e, com os demais dedos, contorne o condutor. O sentido das linhas de campo magnético é o sentido desses dedos.

 

O campo magnético gerado por um fio condutor atua em todos os pontos ao seu redor. Veja:

Screenshot_6

O desenho representa um condutor retilíneo perpendicular à folha, visto de cima, e percorrido por uma corrente elétrica i que sai do plano do papel.

Todos os pontos a uma mesma distância do condutor estão sob a ação de um campo magnético de mesma intensidade. Isso significa que os vetores 1 têm módulos iguais para qualquer ponto no raio r1. O mesmo é válido para os vetores 1 nos pontos que ocupam o raio r2. Mas o campo magnético 1 é menos intenso que 1 porque está mais distante do condutor : o módulo de 1 é menor que o de 1 .

Se a mesma situação fosse vista lateralmente, teríamos a seguinte configuração:

Screenshot_7

A regra da mão direita número 1 indica que o campo magnético que atua ao redor do condutor aponta, do lado esquerdo, para fora do plano da página. E, do lado direito, para dentro desse plano.

 

Espira circular

Um condutor curvado no formato de uma circunferência constitui o que chamamos de espira circular. Na ilustração abaixo, as setas vermelhas indicam as linhas de campo magnético geradas quando uma corrente i elétrica percorre a espira circular.

O sentido das linhas de campo magnético novamente é dado pela regra da mão direita número 1. O dedo polegar da mão direita deve apontar no mesmo sentido da corrente convencional que circula pela espira. Os demais dedos contornando a espira indicam o sentido das linhas do campo magnético, como mostra a figura abaixo.

Screenshot_8

 

LEMBRE-SE

O vetor campo magnético é sempre tangente às linhas de campo. Então, na espira circular abaixo, podemos definir a
direção e o sentido do campo magnético que atua no centro da espira pela regra da mão direita número 1.

Screenshot_9

Ao posicionarmos o dedo polegar da mão direita no sentido da corrente convencional, vemos que o vetor campo magnético aponta para fora do plano percorrido pela corrente.

 

Intensidade do campo magnético

A intensidade do campo magnético gerado no centro da espira percorrida por uma corrente elétrica depende da intensidade da corrente e do raio da espira circular. Matematicamente,

1

→ B é a intensidade do campo magnético, medido em tesla (T);

→ i é a corrente elétrica que percorre a espira,medida em ampère (A);

→ R é o raio da espira circular, medida em metros(m);

1 é a constante permeabilidade magnética do vácuo, que vale

Screenshot_11

 

Bobinas

Bobina é um conjunto de espiras agrupadas. Existem dois tipos de bobina e cada um tem comportamento eletromagnético próprio.

A bobina chata é aquela em que N espiras de mesmo raio são justapostas. Nesse tipo de bobina, as espiras são agrupadas de tal maneira que podemos desprezar sua extensão.

A direção e o sentido do vetor campo magnético que atua no entorno da bobina são dados pela regra da mão direita número 1. A intensidade do campo magnético no centro da bobina é dada por

1

B é a intensidade do vetor campo magnético, em tesla (T);

N é o número de espiras que constituem a bobina;

i é a corrente elétrica que percorre a bobina, em ampère (A);

R é o raio das espiras que constituem a bobina, em metros (m);

1 é a constante permeabilidade magnética do vácuo, que vale

Screenshot_14

O segundo tipo de bobina é a bobina longa, ou solenoide. Num solenoide, as espiras não são justapostas. E, para analisarmos o vetor campo magnético em um solenoide, levamos em consideração a extensão (L) do enrolamento.

Colocado sobre uma superfície recoberta de limalha de ferro, um solenoide percorrido por uma corrente elétrica redistribui a limalha ao longo das linhas do campo magnético. Veja:

Screenshot_15

A direção e o sentido do campo magnético criado no interior de um solenoide percorrido por uma corrente elétrica também são dados pela regra da mão direita número 1.

O módulo do campo magnético gerado no interior do solenoide é constante em toda a sua extensão. Matematicamente,

1

B é a intensidade do vetor campo magnético, em tesla (T);

→ i é a corrente elétrica que percorre o solenoide, medida em ampère (A);

→ L é a extensão do solenoide – no S.I. medida em metro (m);

→ N é o número de espiras que constituem o solenoide;

1 é a constante permeabilidade magnética do vácuo, que vale

Screenshot_17

 

Na Pratica

Um eletroímã é uma bobina longa construída em torno de um núcleo feito de algum material que apresente propriedades eletromagnéticas, como o ferro, o níquel ou o cobalto. Veja:

Screenshot_18

Um fio de cobre enrolado num prego de ferro, ao conduzir a corrente gerada pela pilha, produz um campo magnético mais intenso em seu interior do que se não tivesse o prego como núcleo. O campo magnético transforma o núcleo num ímã. Esse é um dispositivo com diversas aplicações, como guindastes e portões elétricos.