Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 3ª Série Campo magnético produzido por corrente elétrica

A DESCOBERTA DO ELETROMAGNETISMO Hans Christian Oersted -1820 FÍSICA, 3ª Série Campo magnético produzido por corrente elétrica A DESCOBERTA DO ELETROMAGNETISMO Hans Christian Oersted -1820 Imagem: Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio Público, United States Public Domain

Experiência de Oersted Quando a corrente elétrica “ i ” se estabelece no condutor, a agulha magnética assume uma posição perpendicular ao plano definido pelo fio e pelo centro da agulha. Imagem: Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica

Campo Magnético Gerado em um Condutor Reto Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. A limalha de ferro serve para visualizarmos as linhas de força do campo magnético gerado pelo condutor retilíneo

O vetor B é tangente em cada pondo das linhas de indução magnética(1). Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License Em cada ponto do campo o vetor B é perpendicular ao plano definido pelo ponto e o fio. As linhas de indução magnética são circunferências concêntricas com o fio. O vetor B é tangente em cada pondo das linhas de indução magnética(1).

Sentido das Linhas de força do Campo Magnético   Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain

Vista em perspectiva Vista de cima Vista de lado   Vista em perspectiva Vista de cima Vista de lado Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License Imagem: Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

Intensidade do vetor campo magnético – Condutor Retilíneo A intensidade do vetor campo magnético, produzido por um condutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart i  corrente em ampère (A) d  distância do ponto ao condutor, perpendicular a direção do mesmo em metros(m) o  permeabilidade magnética do vácuo. Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License

Exemplo Um condutor reto e extenso no vácuo é percorrido por uma corrente de 5A. Calcule o valor da intensidade do vetor indução magnética em um ponto P que dista 20cm do condutor. Indique o sentido do vetor. i P

Solução Pela regra da mão direita, o vetor tem o sentido indicado na figura a seguir: i P B Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain Vista em perspectiva A intensidade de B vale:

Campo Magnético em uma Espira Circular Considere uma espira circular (condutor dobrado segundo uma circunferência) de centro O e raio R. As linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, podendo este sentido ser determinado pela regra da mão direita. Imagem: O campo magnético de uma barra magnética revelado por limalha de ferro em papel / Newton Henry Black / Public Domain e United States public domain Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Campo Magnético no centro de uma Espira Circular A intensidade do vetor B no centro O da espira vale: i  corrente em ampère R  raio da espira em metros o  permeabilidade magnética do vácuo.

Polos de uma espira Note que a espira tem dois polos. O lado onde B “entra” é o polo sul; o outro, o norte. Para o observador 1, as linhas de indução da espira saem pela face que está voltada para ela. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo norte. Para o observador 2, as linhas de indução da espira entram pela face que está voltada para ele. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo sul. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Campo Magnético em uma Bobina Chata Uma bobina chata é constituída de várias espiras justapostas. N  Número de espiras A intensidade do vetor B no centro da bobina vale: Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Polos de uma Bobina Chata Aproximando-se um ímã de uma bobina, verifica-se que o polo norte daquele atrai o sul da bobina, repelindo o norte da mesma. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Campo Magnético em um Solenoide O solenoide é um dispositivo em que um fio condutor é enrolado em forma de espiras não justapostas. Imagem: Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público O campo magnético produzido próximo ao centro do solenoide (ou bobina longa) ao ser percorrido por uma corrente elétrica i , é praticamente uniforme (intensidade, direção e sentido constantes).

Linhas de Indução em um Solenoide O solenoide se comporta como um ímã, no qual o polo sul é o lado por onde “entram” as linhas de indução e o lado norte, o lado por onde “saem” as linhas de indução. Imagem: SiriusA / public domain Linhas de indução obtidas com limalha de ferro

Direção e sentido do vetor B no interior do solenoide Para determinar o sentido das linhas de indução no interior do solenoide, podemos usar novamente a regra da mão direita. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Intensidade do vetor B no interior do solenoide A intensidade do vetor indução magnética uniforme no interior do solenoide é dada por N  Número de espiras Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Exemplo Um solenóide de 1000 espiras por metro está no vácuo e é percorrido por uma corrente de 5,0A. Qual a intensidade do vetor indução magnética no interior do solenoide? Solução

O Eletroímã Uma bobina com núcleo de ferro constitui um eletroímã. Em virtude da imantação do pedaço de ferro, o campo magnético resultante assim obtido é muito maior do que o campo criado apenas pela corrente que passa pela bobina. (1) Imagem: Eletroímã / Letanure / Domínio Público Imagem: Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported

Exercícios 1. (UFSC) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s).   a) Polos magnéticos de mesmo nome se atraem, enquanto polos de nomes contrários se repelem. b) Num campo magnético uniforme, as linhas de indução magnética são retas paralelas igualmente espaçadas e igualmente orientadas. c) As linhas de indução magnética “saem” do polo norte e “chegam” ao polo sul. d) As linhas de indução magnética, do campo magnético produzido por uma corrente i, que percorre um condutor reto, são ramos de parábolas situadas em planos paralelos ao condutor. e) No interior de um solenoide, o campo de indução magnética pode ser considerado como uniforme e tem a direção do seu eixo geométrico. 

2. É correto afirmar que: a) Quando passa uma corrente elétrica pelo fio, é gerado um campo magnético que tende a alinhar a agulha imantada com a direção deste campo. b) Ao inverter-se o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha tende a inverter sua orientação. c) A intensidade do campo magnético num ponto do espaço, gerado pela corrente no fio, será tanto maior quanto mais distante o ponto estiver do fio. d) As linhas de força do campo magnético gerado pela corrente no fio são semirretas com origem no fio e perpendiculares a ele. e) A posição original da agulha da bússola indica, na ausência de correntes elétricas ou outros campos magnéticos, a direção do componente horizontal do campo magnético terrestre. f) O fenômeno físico citado no enunciado é conhecido como indução eletromagnética e é descrito pela lei de Faraday.

3. (UFMG) Essa figura mostra três fios paralelos, retos e longos, dispostos perpendicularmente ao plano do papel, e, em cada um deles, uma corrente i. Cada fio separadamente, cria em um ponto a 20cm de distância dele, um campo magnético de intensidade B. O campo magnético resultante no ponto P, devido a presença dos três fios, terá intensidade igual a: 20cm i P

4. (UFMG) A figura mostra dois fios M e N, paralelos, percorridos por correntes de mesma intensidade, ambas saindo da folha de papel. O ponto P está a mesma distância dos dois fios. A opção que melhor representa a direção e o sentido corretos para o campo magnético, que as correntes criam em P, é: M N P

5. (UFSC) Seja uma espira circular de raio r , na qual passa uma corrente de intensidade i . Considere o campo magnético gerado por esta espira. Marque a(s) proposição(ões) verdadeiras. a) O campo no centro da espira é perpendicular ao plano definido pela espira. b) O campo no centro da espira está contido no plano definido pela espira. c) O campo gerado fora da espira, no plano definido por ela, tem mesma direção e mesmo sentido do campo gerado no interior da espira, também no plano definido por ela. d) Se dobrarmos a corrente i , o campo gerado cai à metade. e) Se dobrarmos o raio da espira, o campo gerado em seu centro cai a ¼ do valor anterior. f) Se invertermos o sentido da corrente, a direção e o sentido do campo gerado não se alteram.

Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso   2a Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio Público, United States Public Domain http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%98rsted.jpg 05/04/2012 3 Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oersted%27s_experiment.JPG?uselang=pt-br 4a e 4b SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE. 17/04/2012 5 Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RechteHand.png?uselang=pt-br 09/04/2012 6 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Right_hand_rule.png 7a Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gerader_leiter.svg 11/04/2012 7b Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_wire_out.svg?uselang=pt-br 7c 8 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Manoderecha.svg 10

Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso   11a SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE. 17/04/2012 11b O campo magnético de uma barra magnética revelado por limalha de ferro em papel / Newton Henry Black / Public Domain / United States public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet0873.png 11/04/2012 a 15 16 Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoid-1.png?uselang=pt-br 17a SiriusA / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoidspole.svg?uselang=pt-br 18b 19 21a Eletroímã / Letanure / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eletroima.png?uselang=pt-br 09/04/2012 21b Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Loading_Machine_Scrap_01.jpg?uselang=pt-br