Objetivos da aula
- Entender por que os polos de um ímã não se separam.
- Usar a regra da mão direita para achar o sentido do campo de uma corrente.
- Calcular o campo de um fio reto, de uma espira e de um solenoide.
Ímãs e polos
Todo ímã tem dois polos, chamados norte e sul. Polos iguais se repelem, polos diferentes se atraem — a mesma lógica das cargas elétricas, mas com uma diferença decisiva.
Não existe polo isolado
Você pode separar uma carga positiva de uma negativa, mas não pode separar o norte do sul. Quebrando um ímã ao meio, você não fica com um polo em cada mão: fica com dois ímãs completos, cada um com seu norte e seu sul.
Por menor que seja o pedaço, isso continua valendo. É a chamada inseparabilidade dos polos.
A Terra funciona como um ímã gigante, e é por isso que a bússola aponta o norte geográfico. Detalhe que cai em prova: o polo norte da agulha é atraído pelo norte geográfico, o que significa que ali fica, magneticamente, um polo sul.
O campo magnético
O campo magnético B é a região do espaço em que uma carga em movimento, uma corrente ou outro ímã sofre força. A unidade no SI é o tesla (T).
Ele é representado por linhas de campo que, fora do ímã, saem do polo norte e entram no polo sul. Diferentemente das linhas de campo elétrico, elas são sempre fechadas: continuam dentro do ímã, do sul para o norte. Isso é a outra face da inseparabilidade dos polos — não há "de onde sair" nem "onde terminar".
Corrente elétrica gera campo magnético
A descoberta que uniu eletricidade e magnetismo foi de Oersted, em 1820: uma bússola colocada perto de um fio com corrente se desvia. Corrente elétrica cria campo magnético.
Em torno de um fio reto, as linhas de campo são circunferências concêntricas, num plano perpendicular ao fio.
Regra da mão direita
Aponte o polegar da mão direita no sentido da corrente. Os outros dedos, ao se fecharem, dão o sentido das linhas de campo.
Na figura acima, a corrente vem para fora do papel, e o campo gira no sentido anti-horário.
O campo em três situações
4.1 Fio retilíneo
B = μ0 · I ÷ (2 · π · r)
- B — o campo magnético, em teslas (T);
- μ0 — a permeabilidade magnética do vácuo, 4π × 10−7 T·m/A;
- I — a corrente no fio, em ampères (A);
- r — a distância do fio até o ponto, em metros (m).
O campo cai com 1/r — não com o inverso do quadrado, como acontecia na eletrostática. Dobrar a distância corta o campo pela metade, não a um quarto.
4.2 Espira circular
No centro de uma espira de raio R:
B = μ0 · I ÷ (2 · R)
Onde R é o raio da espira, em metros (m). Note que some o π em relação à fórmula do fio. Se forem N espiras juntas, multiplique por N.
4.3 Solenoide
Um solenoide é um fio enrolado em espiral, como uma mola. Dentro dele, o campo é praticamente uniforme e paralelo ao eixo:
B = μ0 · n · I
Onde n é o número de espiras por unidade de comprimento, em espiras por metro (m−1). Se o enunciado der o total N e o comprimento L, então n = N/L.
O solenoide se comporta como um ímã em barra: tem um polo norte numa ponta e um sul na outra, com a vantagem de poder ser ligado e desligado. É o princípio do eletroímã.
Exemplo resolvido
Calcule o campo magnético gerado por um fio retilíneo percorrido por 10 A, a 0,2 m dele.
B = (4π × 10−7 · 10) ÷ (2 · π · 0,2)
No numerador, 4π × 10−6. No denominador, 0,4π. O π se cancela:
B = 4 × 10−6 ÷ 0,4 = 1 × 10−5 T
Cancelar o π antes de pegar a calculadora simplifica muito a conta — e é quase sempre possível, porque ele aparece no μ0 e no denominador.
Para comparação, o campo magnético da Terra é da ordem de 5 × 10−5 T. O fio do exemplo produz, a 20 cm, cerca de um quinto disso.
Onde isso aparece
- Eletroímãs — de guindastes de ferro-velho a campainhas e fechaduras elétricas.
- Motores elétricos — a interação entre campo e corrente gera o torque que faz o eixo girar.
- Ressonância magnética — usa solenoides supercondutores para gerar campos intensos e uniformes.
- Bússola — alinha-se com o campo magnético terrestre.