Fio Cria Campo Magnético

Fio Cria Campo Magnético
Objetivo
Neste experimento vamos mostrar que é possível criar um campo magnético com a
eletricidade.
Contexto
Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele um campo
magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez por Hans Christian Orsted em abril
de 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola defletia de sua posição de equilíbrio
quando havia próximo a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente elétrica.
Idéia do Experimento
Se fizermos fluir num fio condutor de eletricidade uma corrente elétrica, criaremos em
torno deste fio um campo magnético. Para verificarmos se o campo magnético foi criado,
basta aproximarmos este fio a uma bússola. O papel da bússola neste experimento é o de
um aparelho de teste, que vem confirmar a existência ou não do campo magnético.
Como sabemos, a agulha de uma bússola é um pequeno ímã, e como todo ímã é atraído
ou repelido quando aproximado de outro ímã ou um campo magnético.
Portanto, se o campo magnético foi criado no fio, ao aproximá-lo da bússola, sua agulha
defletirá da sua posição, sendo esta atraída ou repelida por este fio.
Com as infomações acima já é possível realizar este experimento e verificar que todo fio
condutor, quando atravessado por uma corrente elétrica, cria em torno de si um campo
magnético. Mas você perceberá que dependendo da posição do fio em relação à agulha da
bússola, ela girará para um lado ou para outro; ou se invertermos o sentido da corrente,
ela inverterá o sentido da deflexão.
Caso as informações acima forem suficientes para você, passe para a leitura das Seções
Tabela de Materiais e Procedimento de Montagem. Mas se você quer saber mais sobre
este efeito magnético, e saber porque ora a agulha deflete para um lado ora para outro,
continue lendo esta seção. Daqui por diante daremos uma explicação mais detalhada do
campo magnético gerado por um fio condutor.
Um ímã não interage com cargas elétricas estacionárias. Mas quando estas cargas estão
em movimento, surge uma interação entre o ímã e o fio que as conduz. Isso se dá porque
um fio condutor quando percorrido por uma corrente elétrica, gera em torno de sí um
campo magnético, de mesma natureza que daquele de um ímã natural.
Um ímã, como a agulha da bússola, possui dois polos magnéticos, norte e sul. Quando o
campo magnético de dois ímãs naturais interagem, o polo sul de um ímã é atraido pelo
polo norte do outro e vice e versa. Da mesma forma, polos iguais se repelem. Por isso, a
agulha de uma bússola possui uma orientação preferencial: seus polos norte e sul estão
sendo atraídos pelos polos sul e norte do campo magnético da Terra. Por convenção as
bússolas apontam para o polo norte magnético da Terra. Assim, uma marca é feita no
polo sul da agulha da bússola.
Quando outro campo magnético, além do da Terra, se aproxima da agulha da bússola,
este campo passa a interagir com esta, fazendo que sua agulha seja atraída ou repelida por
este segundo campo. Por isso usamos a bússola como "verificador" da existência de um
campo magnético, quando desconfiamos que algum objeto está imantado.
Logo, se usarmos este raciocínio, podemos com a bússola verificar se há um campo
magnético em torno de um fio condutor, quando por este passar uma corrente elétrica.
Mas antes de verificarmos experimentalmente, devemos atentar para algumas
informações importantes quanto às características do campo magnético deste fio.
Pela convenção do eletromagnetismo, a orientação das linhas do campo magnético
é "saindo" do polo norte e "entrando" no polo sul. Veja a figura abaixo.
O campo magnético que se forma em torno do fio é circular, ou seja, podemos imaginar linhas
de campo circulares concêntricas que tem uma determinada orientação.
Existe uma regra para descobrirmos qual é o sentido do campo magnético no fio condutor, ou
seja, será possível descobrir para onde apontam as linhas de campo. Com isso, é possível prever
para que lado irá girar a agulha da bússola quando interagir com o campo. Esta regra é
conhecida com regra da mão direita, e funciona da seguinte forma: com o polegar apontando no
sentido da corrente, que flue do polo positivo para o polo negativo da pilha, flexione os demais
dedos fazendo um movimento circular no sentido de fechar a mão. O sentido do campo terá o
mesmo sentido de rotação dos demais dedos. Ou seja, imagine que a ponta dos seus dedos,
excluindo -se o polegar são setas que apontam para o norte. Então pode-se imaginar que a ponta
de seus dedos irá repelir o norte e atrair o sul da agulha da bússola.como mostra a figura.
Agora, com estas informações, é possível endender o porquê que a agulha da bússola gira para
um lado ou para outro, dependendo da forma como se aproxima o fio da agulha da bússola. E
ainda entender por que a agulha da bússola gira para o sentido oposto quando inverte-se a
polaridade da bateria (invertendo o sentido da corrente). Se a agulha da bússola estiver em
repouso, sem interferência de um campo magnético próximo, ela estará apontando no sentido
norte-sul magnético da Terra, como já foi dito. Então, se raciocinarmos em termos de linhas de
campo, e se a orientação das linhas de campo geradas pelo fio que atuam sobre a agulha
estiverem apontando para o polo norte da agulha da bússola (que por sua vez aponta para o polo
sul da Terra), esta será repelida pela ação deste campo magnético. E se estiver apontando para o
sul da agulha, esta será atraída pela ação deste campo. Veja a figura abaixo.
Para a verificação da deflexão da agulha da bússola, devido a influência do campo magnético
gerado pelo fio condutor, coloque a parte reta do fio sobre a bússola no mesmo sentido da
agulha, quando esta está em repouso em relação à Terra, antes de ligar a corrente elétrica. Veja a
figura abaixo.
Ao ligar o fio a uma pilha, uma corrente elétrica será estabelecida. Então a agulha da bússola vai
tender a assumir uma direção ortogonal à direção do fio, acompanhando o campo do fio. Esta
deflexão pode ser para um lado ou outro do fio, dependendo da direção em que está fluindo a
corrente elétrica (regra da mão direita). Veja figura abaixo.
O quanto a agulha vai defletir dependerá da intensidade do campo magnético gerado pelo fio.
Logo, se a intensidade do campo magnético for pequena, a agulha fará uma pequena abertura e
se a intensidade do campo magnético for alta, a agulha tenderá a ficar com uma abertura
perpendicular ao fio. A intensidade do campo gerado pelo fio é diretamente proporcional à
corrente que passa por esse. Não se recomenda trabalhar com correntes elétricas intensas, nem
tampouco com grandes tensões. A corrente elétrica de uma ou mais pilhas comuns a uma
voltagem de 1.5 volts cada são suficientes para a verificação experimental.
Efeito similar se dá quando o fio ao invés de estar sobre a bússola no sentido norte-sul, estiver
perpendicular à bussola. Neste caso a agulha permanece na mesma posição, ou a inverte
completamente. E o raciocínio para verificar se o sentido de rotação da agulha da bússola é
coerente, é aplicar a regra da mão direita.
Tabela do Material
Item
Observações
Aproximadamente 10 cm de fio elétrico comum. Pode ser encontrado em casa de
Um pedaço de fio
materiais elétricos ou eletrônicos ou então retirados de enrolamentos elétricos
condutor
velhos. Ou retirados de aparelhos elétricos ou eletrônicos fora de uso.
Pilha
1 pilha comum de 1,5 volts será suficiente.
Bússola
Verifique o funcionamento da bússola antes de usá-la ou faça uma (veja a seção de
comentários).
Porta Pilhas e
Estes equipamento são opcionais. O funcionamento do experimento não será
Fios de Conexão
prejudicado, na falta destes.
(jacaré)
Montagem
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Coloque a bússola sobre uma mesa plana e longe da influência de campos magnéticos que
não o terrestre, como o de alto-falantes, por exemplo.
Coloque o fio sobre a bússola, no sentido de sua agulha.
Ligue o fio na pilha.
Comentários
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Tome cuidado com os alto-falantes, pois eles contém ímãs bastantes fortes e o campo
gerado por eles atrapalhará o experimento, caso haja algum por perto.
Inverta a polaridade da pilha e veja a deflexão da agulha para o outro lado.
O consumo de pilha é alto, pois, a corrente elétrica não tem resistência no percurso, ou
seja, o circuito está em curto. Por isso, é aconselhável não deixar o circuito fechado por
muito tempo desligando-o a cada demonstração. Outra maneira de resolver este problema
é colocar uma resistência no circuito. Uma lâmpada de lanterna seria um bom resistor,
mas daí serão necessárias duas pilhas, visto que uma lâmpada necessita de no mínimo 1,5
volts.
Caso você não consiga uma bússola para a realização do experimento, é possível
construir uma. Para isso você vai precisar de um copo comum com água, um agulha de
costura fina, uma rolha e um ímã natural. Siga os passos seguintes:
1-Primeiro deve-se imantar a agulha de costura, passando-se o ímã natural várias vezes na
agulha de costura, sempre na direção do seu comprimento e no mesmo sentido. Para saber
se agulha já está bem imantada, aproxime-a de algum objeto metálico e verifique se há
atração ou repulsão.
2-Corte uma fatia circular bem fina da rolha. Esta fatia de rolha serve para permitir que a
agulha de costura possa flutuar sobre a água.
3-Atravesse ou cole no disco circular de rolha já cortado, a agulha.
4-Coloque o disco circular de rolha com agulha em um copo cheio de água.
5-Verifique por algum método se sua bússola está funcionando, comparando a direção
para onde a agulha está apontando com alguma referência. Sem outros campos
magnéticos por perto, ela deve se orientar na direção norte-sul.
6-Veja a figura de como fica a construção desta bússola.
Esquema Geral de Montagem: