Introdução ao Eletromagnetismo Os pólos de um ímã Pólo norte e

TC DE FÍSICA Nº 1 — 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO
PROFESSOR
Edney Melo
ALUNO(A):
TURMA:
Nº
TURNO:
DATA:
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/
COLÉGIO:
OSG 4427/05
Introdução ao Eletromagnetismo
As histórias da Eletricidade e do Magnetismo se
desenvolveram de forma independente durante muito tempo.
Entretanto, a partir de certo momento, descobriu-se a conexão
entre ambos, que acabou dando origem ao Eletromagnetismo.
Segundo conta a lenda, foi na Magnésia, região da
Grécia antiga, que o primeiro fenômeno “magnético” foi
observado: um pastor de ovelhas teria notado que a ponta de
ferro de seu cajado ficava presa quando encostava em
determinadas pedras. Presume-se que tais pedras eram pedaços
de magnetita, que é um ímã natural, conhecido como óxido de
ferro (Fe3O4). A maioria dos ímãs utilizados atualmente é
artificial e apresentam inúmeras aplicações práticas.
Segundo alguns autores, o nome Magnetismo deriva
de Magnésia, região onde foi observado o primeiro fenômeno
“magnético”. Para outros autores, o termo Magnetismo advém
de Magnes, o nome do pastor de ovelhas que teria constatado
o primeiro fenômeno “magnético”.
Interação entre os pólos de um ímã
Experimentalmente, constata-se que pólos de mesmo
nome (norte e norte ou sul e sul) colocados próximos, repelemse e pólos de nomes contrários (norte e sul), atraem-se.
Os pólos de um ímã
Colocando-se um ímã em contato com limalha
(fragmentos) de ferro, observa-se que ela adere ao ímã,
predominantemente nas regiões extremas, conforme a figura
abaixo. Essas regiões são os pólos do ímã.
Inseparabilidade dos pólos de um ímã
Ao serrarmos um ímã reto transversalmente, cada
parte obtida não apresenta um pólo único (inexistência de um
monopólo magnético). Surgem na região de corte pólos de
nomes contrários aos dos extremos, de modo que cada parte
obtida é um novo ímã, completo. Isso significa que não é
possível separar os pólos de um ímã e obter partes com um
pólo somente.
Pólo norte e pólo sul de um ímã
Suspendendo-se um ímã pelo seu centro de
gravidade, de modo que possa girar livremente, nota-se que ele
se orienta aproximadamente na direção norte-sul geográfica do
local. O pólo norte (N) do ímã é a região que se volta para o
norte geográfico (NG) e o pólo sul (S), a região que se volta
para o sul geográfico (SG) de acordo com a figura a seguir.
Se serrarmos transversalmente as partes obtidas,
teremos partes menores que ainda são ímãs completos. Assim,
procedendo sucessivamente, chegaremos aos átomos, no caso
de um ímã de ferro. Deste modo, os átomos funcionam como
pequenos ímãs. São os ímãs elementares.
Ímãs permanentes e ímãs temporários
O fato de um ímã se orientar permitiu aos chineses a
invenção da bússola, um instrumento constituído de um ímã
leve em forma de losango, denominado agulha magnética, que
gira em torno de um eixo fixo em uma caixa dotada de pontos
cardeais.
Ari Duque de Caxias
Da 7ª Série ao Pré-Vestibular
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(Praça do Carmo)
Existem corpos constituídos de certos materiais que,
ao serem aproximados de um ímã, facilmente se magnetizam,
isto é, convertem-se em outros ímãs. Tais materiais são
chamados ferromagnéticos. É o caso, por exemplo, do ferro, do
Ari Washington Soares
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(Em construção)
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cobalto do níquel e de ligas especiais, como o alnico (liga de
alumínio, níquel e cobalto).
Corpo constituído
de material ferromagnético
N
S
Ao ser aproximado do ímã
o corpo se magnetiza
N
S
Ímã
Observe na figura acima que o pólo norte do ímã
“induz”, na região do corpo que lhe está próxima, um pólo sul
e, na região mais afastada, um pólo norte. Entre o corpo e o
ímã ocorre atração: o corpo sofre imantação.
Se afastarmos o ímã, o corpo magnetizado perde
imediatamente a imantação, estamos diante de um ímã
temporário. É o que acontece com o ferro doce (ferro com
baixo teor de carbono). Se o corpo mantiver a imantação, ele
será um ímã permanente. É o que ocorre com certos tipos de
aço e com o alnico.
Campo Magnético Uniforme
Se dobrarmos um ímã em forma de barra, as linhas de indução
tornam-se retas paralelas, só deformando-se nas extremidades.
O campo magnético entre as faces paralelas pode ser
considerado uniforme.
O campo magnético de um ímã
Ao aproximarmos um ímã de uma agulha magnética,
esta sofre um desvio. Isso significa que o ímã modifica, de
algum modo, as propriedades dos pontos do espaço que o
envolve. Dizemos que ele origina nesse espaço um campo
magnético. Para medir a ação do ímã, associamos, a cada
ponto do campo, uma grandeza vetorial denominada vetor
indução magnética ou, simplesmente, vetor campo magnético,
G
representado por B .
Colocada num ponto P de um campo magnético, uma
agulha magnética assume certa posição de equilíbrio, de
acordo com a figura da esquerda.
G
A direção do vetor B em P é aquela em que se dispõe
G
a agulha magnética e o sentido de B é aquele para onde seu
pólo norte aponta, conforme a figura da direita.
O campo magnético terrestre
Vimos que um ímã, suspenso pelo seu centro de
gravidade, orienta-se aproximadamente na direção norte-sul
geográfica do local. Isso significa que existe um campo
magnético criado pela Terra, na direção do qual o ímã
suspenso se orienta. É o campo magnético terrestre. Em seu
livro De magnete (Sobre o ímã), publicado em 1600, William
Gilbert (1544-1603), explicando a orientação que as bússolas
adquirem, afirma que “o próprio globo terrestre é um grande
ímã”. De fato, podemos associar a Terra a um grande ímã, com
o pólo sul magnético aproximadamente no norte geográfico e o
pólo norte magnético aproximadamente no sul geográfico.
B
As linhas de indução
A cada ponto do campo magnético associa-se um vetor
G
G
indução magnética B . As linhas que tangenciam o vetor B em
cada ponto são denominadas linhas de indução. O sentido das
G
linhas de indução acompanha o sentido dos vetores B . Elas
partem do pólo norte do ímã e chegam ao pólo sul.
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Os pólos magnéticos não coincidem com os pólos
magnéticos
em
função
de
uma
defasagem
de
aproximadamente 11o entre o eixo geográfico e o eixo
magnético do planeta, essa defasagem é chamada de
declinação magnética.
Pólos norte e sul magnéticos
Um objeto magnetizado apresenta sempre dois pólos:
o pólo norte e o pólo sul.
Não se pode separar os dois pólos. Não existe
monopolo magnético.
Interação entre ímãs
Pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.
Linhas de campo
—
—
—
A imantação de uma barra de ferro
Permitem a visualização do campo.
Quanto mais próximas entre si, mais intenso é o campo
magnético.
Nascem no norte e morrem no sul.
Campo Magnético Uniforme
G
— O campo magnético é uniforme quando o vetor B é
constante para todos os pontos do campo. Nesse caso, as
linhas de indução magnética são retas paralelas e
eqüidistantes.
Os ímãs elementares que constituem uma barra de
ferro não—magnetizada estão distribuídos caoticamente
conforme a figura abaixo.
Campo magnético terrestre
A Terra possui linhas de campo magnético as quais
são geradas pelo seu núcleo.
Os pólos magnéticos da Terra não coincidem com os
seus pólos geográficos.
O eixo geográfico do planeta forma um ângulo de
aproximadamente 11o com o eixo geográfico. Essa diferença
angular é chamada de declinação magnética.
G
Aplicando na barra de ferro um campo magnético B ,
seus ímãs elementares se ordenam, dispõem-se na direção do
campo e ela se magnetiza.
Imantação de uma barra de ferro
Para que uma barra de ferro seja magnetizada, é
necessário que os seus ímãs elementares fiquem orientados
quando um campo magnético externo é aplicado na barra.
Exercícios Básicos
Observe, na figura a seguir, como uma barra de ferro
se magnetiza quando é aproximada de um ímã: o campo
magnético originado pelo ímã ordena seus ímãs elementares.
Esse tipo de magnetização é chamado indução magnética.
1.
(UECE) Um ímã permanente retilíneo, cujos extremos N e
S são os pólos norte e sul, respectivamente, acha-se
representado na figura (1). Suponha que a barra ímã seja
dividida em três partes, segundo mostra a figura (2). Por
fim, os segmentos das extremidades são colocados lado a
lado, como na figura (3). Nesta situação, é correto afirmar
que:
Resumo
Materiais magnéticos
Materiais magnéticos são os que podem exercer força
magnética sobre outros, como, por exemplo, algum material
que seja atraído por um ímã.
3
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a)
b)
c)
d)
2.
4.
eles se atrairão, pois x é pólo norte e y é pólo sul.
eles se atrairão, pois x é pólo sul e y é pólo norte.
eles se repelirão, pois x é pólo norte e y é pólo sul.
eles se repelirão, pois x é pólo sul e y é pólo norte.
(UFRGS-RS) A figura a representa uma metade
magnetizada de uma lâmina de barbear, com os pólos
norte e sul indicados, respectivamente, pelas letras N e S.
Primeiramente, esta metade de lâmina é dividida em três
pedaços, como indica a figura b. A seguir, os pedaços 1 e
3 são colocados lado a lado, como indica a figura c.
(UNIRIO-RJ) Dois ímãs estão dispostos em cima de uma
mesa de madeira, conforme a figura.
F1 é a força que o ímã II exerce sobre o ímã I, enquanto
que este exerce uma força
F2 , sobre o ímã II.
Considerando que F1 e F2 representam os módulos dessas
duas forças, podemos afirmar que:
a) F1 = F2 ≠ 0.
b) F1 = F2 = 0.
c) F2 < F1 , pois o pólo Norte atrai o pólo Sul.
1
d) F2 > F1 , pois o pólo Sul atrai o pólo Norte.
e) as forças são diferentes, embora não se possa afirmar
qual é a maior.
5.
Nestas condições, podemos afirmar que os pedaços 1 e 3
se ________________, pois P assinala um pólo __________
e Q um pólo __________________.
(VUNESP) Nas demonstrações populares de supercondutividade elétrica, é comum a exibição de um ímã “flutuando”
sobre o material supercondutor. Neste caso, a configuração
das linhas de campo magnético em torno do ímã fica
semelhante à da figura abaixo.
A alternativa que preenche corretamente as lacunas na
afirmativa anterior é:
a) atrairão — norte — sul
b) atrairão — sul — norte
c) repelirão — norte — sul
d) repelirão — sul — norte
e) atrairão — sul — sul
3.
Para explicar a existência de uma força igual e oposta ao
peso do ímã, e que o mantém suspenso, pode-se imaginar
que a função do supercondutor equivale a se colocar um
“ímã imagem” em seu lugar, igual ao ímã real e
convenientemente orientado dentro da região tracejada. O
“ímã imagem”, em conjunto com o ímã real, criaria na
região externa ao supercondutor a configuração de linhas
de campo indicada na figura. A representação adequada
do “ímã imagem” dentro da região tracejada é:
(FUVEST-SP) Um ímã, em forma de barra, de polaridade N
(norte) e S (sul), é fixado numa mesa horizontal. Um outro ímã
semelhante, de polaridade desconhecida, indicada por A e T,
quando colocado na posição mostrada na figura 1, é repelido
para a direita. Quebra-se esse ímã ao meio e, utilizando as
duas metades, fazem-se quatro experiências, representadas
nas figuras I, II, III e IV, em que as metades são colocadas,
uma de cada vez, nas proximidades do ímã fixo.
a)
b)
c)
Indicando por “nada” a ausência de atração ou repulsão
da parte testada, os resultados das quatro experiências são,
respectivamente,
a) I — repulsão; II — atração; III — repulsão; IV — atração.
b) I — repulsão; II — repulsão; III — repulsão; IV — repulsão.
c) I — repulsão; II — repulsão; III — atração; IV — atração.
d) I — repulsão; II — nada; III — nada; IV — atração.
e) I — atração; II — nada; III — nada; IV — repulsão.
d)
e)
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6.
(UFRGS-RS) Em certa localidade, a componente horizontal
do campo magnético terrestre tem módulo B. Uma agulha
de bússola, que só pode se mover no plano horizontal,
encontra-se alinhada com essa componente. Submetendo
a bússola à ação de um campo magnético adicional,
dirigido horizontalmente na direção perpendicular a B, a
agulha assume nova posição de equilíbrio, ficando
orientada a 45o em relação à direção original.
Pode-se concluir que o módulo do campo adicional é
c) as barras 2 e 3 estavam magnetizadas e a barra 1
desmagnetizada.
d) as barras 1, 2 e 3 estavam magnetizadas.
e) necessitaria de mais um único teste para concluir sobre
a magnetização das três barras.
2.
(Vunesp) A figura representa um ímã em forma de barra,
que vai ser cortado em duas partes.
a) B/ 2
b) B/2
c) B
2 /B
d)
e) 2B
7.
Logo em seguida ao corte, pode-se observar que os
pedaços resultantes:
a) se repelem, se o corte for na linha a ou na linha b.
b) se atraem, se o corte for na linha a ou na linha b.
c) se repelem, se o corte for na linha a, e se atraem, se o
corte for na linha b.
d) se atraem, se o corte for na linha a, e se repelem, se o
corte for na linha b.
e) não interagem, se o corte for na linha a, e se atraem, se
o corte for na linha b.
(UFMG) As afirmativas estão relacionadas com forças e
campos observados na natureza. Assinale a afirmativa
INCORRETA.
a) O campo magnético da Terra possibilita a utilização de
bússolas como instrumentos de orientação.
b) A atração de pedacinhos de papel por um pente
atritado no cabelo se deve a uma força de natureza
elétrica.
c) O movimento dos planetas em torno do Sol é uma
manifestação de uma força gravitacional.
d) O fenômeno das marés é devido à atração de grandes
massas de água pelo campo magnético da Lua.
3.
(Mackenzie-SP) As linhas de indução de um campo
magnético são:
a) o lugar geométrico dos pontos, onde a intensidade do
campo magnético é constante.
b) as trajetórias descritas por cargas elétricas num campo
magnético.
c) aquelas que em cada ponto tangenciam o vetor
indução magnética, orientadas no seu sentido.
d) aquelas que partem do pólo norte de um ímã e vão até
o infinito.
e) nenhuma das anteriores é correta.
4.
(UFMG) Fazendo uma experiência com dois ímãs em
forma de barra, Júlia colocou-os sob uma folha de papel e
espalhou limalhas de ferro sobre essa folha. Ela colocou os
ímãs em duas diferentes orientações e obteve os resultados
mostrados nas figuras I e II.
Exercícios Propostos
1.
(UFSCar-SP) Um menino encontrou três pequenas barras
homogêneas e, brincando com elas, percebeu que,
dependendo da maneira como aproximava uma da outra,
elas se atraíam ou se repeliam. Marcou cada extremo das
barras com uma letra e manteve as letras sempre voltadas
para cima, conforme indicado na figura.
Passou, então, a fazer os seguintes testes:
I. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo C da
barra 2 e percebeu que ocorreu atração entre elas;
II. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo E da
barra 3 e percebeu que ocorreu repulsão entre elas;
III. aproximou o extremo D da barra 2 com o extremo E da
barra 3 e percebeu que ocorreu atração entre elas.
Verificou, ainda, que, nos casos em que ocorreu atração,
as barras ficaram perfeitamente alinhadas. Considerando
que, em cada extremo das barras representado por
qualquer uma das letras, possa existir um único pólo
magnético, o menino concluiu, corretamente, que:
a) as barras 1 e 2 estavam magnetizadas e a barra 3
desmagnetizada.
b) as barras 1 e 3 estavam magnetizadas e a barra 2
desmagnetizada.
Nessas figuras, os ímãs estão representados pelos
retângulos.
Com base nessas informações, é correto afirmar que as
extremidades dos ímãs voltadas para a região entre eles
podem corresponder às seguintes polaridades:
a) norte e norte na figura I e sul e norte na figura II.
b) norte e norte na figura I e sul e sul na figura II.
c) norte e sul na figura I e sul e norte na figura II.
d) norte e sul na figura I e sul e sul na figura II.
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5.
6.
Uma pequena bússola é também colocada na mesa, no
ponto central P, eqüidistante dos ímãs, indicando a
direção e o sentido do campo magnético dos ímãs em P.
Não levando em conta o efeito do campo magnético
terrestre, a figura que melhor representa a orientação da
agulha da bússola é:
(UFV-MG) Assinale o diagrama que melhor representa as
linhas de indução magnética criadas entre os ímãs.
a)
d)
b)
e)
(UERJ) As linhas de indução de um campo magnético
uniforme são mostradas abaixo:
c)
8.
Designando por N o pólo norte e por S o pólo sul de um
ímã colocado no mesmo plano da figura, é possível
concluir que o ímã permanecerá em equilíbrio estável se
estiver na seguinte posição:
7.
a)
c)
b)
d)
(Fuvest-SP) Três ímãs iguais, em forma de barra de
pequena espessura, estão sobre um plano. Três pequenas
agulhas magnéticas podem girar nesse plano e seus eixos
de rotação estão localizados nos pontos A, B e C.
Despreze o campo magnético da Terra. A direção
assumida pelas agulhas, representadas por . , é melhor
descrita pelo esquema:
(Fuvest-SP) Quatro ímãs iguais em forma de barra, com as
polaridades indicadas, estão apoiados sobre uma mesa
horizontal, como na figura, vistos de cima.
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9.
(PUCCAMP-SP) Quando se suspende uma
agulha imantada pelo centro de gravidade,
ela assume uma posição que forma um
ângulo y, com o plano horizontal e outro
ângulo x com o plano meridiano geográfico
do local. Somente o ângulo x está
representado no esquema. Esses ângulos
variam de ponto para ponto na superfície
terrestre.
De acordo com o conhecimento científico atual, a causa
mais provável dessa variação é
a) o movimento de translação da Terra.
b) o movimento de rotação da Terra.
c) a radiação resultante das explosões solares.
d) o efeito magnético da água no subsolo.
e) o efeito das correntes elétricas no interior da Terra.
10. (UFSC) No início do período das grandes navegações
européias, as tempestades eram muito temidas. Além da
fragilidade dos navios, corria-se o risco de ter a bússola
danificada no meio do oceano. Sobre esse fato, é
CORRETO afirmar que:
01. a agitação do mar podia danificar permanentemente a
bússola.
02. a bússola, assim como os metais (facas e tesouras),
atraía raios que a danificavam.
04. o aquecimento do ar produzido pelos raios podia
desmagnetizar a bússola.
08. as gotas de chuva eletrizadas pelos relâmpagos podiam
danificar a bússola.
16. o campo magnético produzido pelo raio podia
desmagnetizar a bússola.
32. a forte luz produzida nos relâmpagos desmagnetizava
as bússolas, que ficavam geralmente no convés.
SOMA: ________
11. (UFSM-RS) O campo magnético é uniforme em uma
determinada região, quando as linhas de campo
a) são paralelas.
b) direcionam-se para o pólo norte.
c) direcionam-se para o pólo sul, aproximando-se por
diferentes direções.
d) afastam-se do pólo norte em todas as direções e
aproximam-se do pólo sul.
e) afastam-se do pólo sul e direcionam-se para o pólo
norte.
say160805/LUA
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