Magnetismo: Campo Magnético - Física

INSTITUTO FEDERAL DE
EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA
PARAÍBA
Campus Princesa Isabel
Magnetismo: Campo
Magnético
Disciplina: Física III
Professor: Carlos Alberto
Profº Carlos Alberto
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Aurora Austral – Polo Sul
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Aurora Boreal – Polo Norte
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Objetivos de aprendizagem
Ao estudar este capítulo você aprenderá:
✔ As propriedades dos imãs e como eles interagem entre si;
✔ Qual é a diferença entre as linhas de campo magnético e as linhas de campo
elétrico;
✔ Algumas aplicações práticas de campos magnéticos em química e física;
✔ Como analisar as forças magnéticas que atuam sobre condutores que
transportam correntes;
✔ Como circuitos de corrente se comportam quando colocados em um campo
magnético.
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O magnetismo natural
O termo magnetismo resultou do nome Magnésia, região da Ásia Menor (Turquia),
devido a um minério chamado magnetita (ímã natural) com a propriedade de atrair
objetos ferrosos à distância (sem contato físico).
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O magnetismo natural
1. Polaridade
A Magnetita é um mineral magnético formado
pelos óxidos de ferro II e III cuja fórmula química é
Fe3O4. A magnetita apresenta na sua composição,
aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe 2O3 ou
26,7% de ferro e 72,4% de oxigênio.
O mineral apresenta forma cristalina isométrica, geralmente na
forma octaédrica. É um material quebradiço, fortemente
magnético, de cor preta, de brilho metálico, com densidade de
5,18 g/cm3. A magnetita é a pedra-ímã mais magnética de todos os
minerais da Terra, e a existência desta propriedade foi utilizada
para a fabricação de bússolas.
2. Atratibilidade
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3. Inseparabilidade
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Campo magnético
É uma região do espaço na qual um pequeno corpo de prova fica sujeito a uma força de
origem magnética. Este corpo de prova deve ser feito de material que apresente
propriedades magnéticas.
→ vetor campo magnético (ou indução magnética)
S
N
N
S
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S
N
No SI, a unidade do vetor
campo magnético é o Tesla (T)
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Linhas de campo
Em um campo magnético, as linhas são tais que o vetor campo magnético apresenta as
seguintes características:
✔ Direção: sempre tangente a cada linha de campo;
✔ Sentido: o mesmo da respectiva linha de campo;
✔ Intensidade: proporcional à densidade das linhas de campo.
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Campo magnético Uniforme
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O magnetismo na matéria
✔ Materiais ferromagnéticos
São fortemente atraídos por um ímã. Exemplo: ferro, níquel, cobalto...
✔ Materiais paramagnéticos
São fracamente atraídos por um ímã. Exemplo: vidro, alumínio, cromo, platina...
✔ Materiais diamagnéticos
São levemente repelidos por um ímã. Exemplo: água, prata, ouro, mercúrio, chumbo...
✔ Ponto Curie
Temperatura a partir da qual a magnetização se desfaz.
(Aproximadamente 770 ºC para o ferro)
✔ Magnetismo remanescente
Cessada a interação magnética com um material ferromagnético ainda há resquícios
da influência desta interação. Isso ocorre porque os domínios magnéticos do material
continuam alinhados temporariamente.
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Exercícios de aplicação
Exemplo 01:
A figura representa um ímã em forma de barra, com os pólos magnéticos nas
extremidades.
Suponha que se pretenda dividir esse ímã em dois e que haja duas sugestões para
fazer essa divisão. A primeira, de efetuá-la na direção longitudinal, da linha ℓ; a
segunda, na direção normal, da linha n. Logo em seguida a essa divisão, em relação
aos ímãs resultantes, pode-se afirmar que:
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Exercícios de aplicação
Exemplo 01:
a) ambos vão se repelir, em quaisquer das duas sugestões.
b) ambos vão se atrair, em quaisquer das duas sugestões.
c) vão se repelir, na primeira sugestão e se atrair na segunda.
d) vão se atrair, na primeira sugestão e se repelir na segunda.
e) perdem a imantação na primeira sugestão e se atraem na segunda.
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Exercícios de aplicação
Exemplo 02:
Ao aproximar-se um ímã permanente de uma barra observa-se que a barra se
transforma em um ímã. Isto acontece porque:
a) a barra possui elétrons livres
b) a barra encontra-se em sua temperatura Curie
c) a barra sofreu indução eletrostática
d) a barra é de material ferromagnético
Exemplo 03:
Quando uma barra de material ferromagnético é magnetizada, são:
a) acrescentados elétrons à barra
b) retirados elétrons da barra
c) acrescentados ímãs elementares à barra
d) retirados ímãs elementares da barra
e) ordenados os ímãs elementares da barra
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Exercícios de aplicação
Exemplo 04:
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 (I, II, III e IV), em que as metades são colocadas, uma de cada vez, nas
proximidades do ímã fixo.
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Exercícios de aplicação
Exemplo 04:
Indicando por “nada” a ausência de atração ou repulsão da parte testada, os resultados
das quatro experiências são, respectivamente:
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Exercícios de aplicação
Exemplo 05:
Analise cada uma das afirmações e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F).
( ) Nas regiões próximas aos polos de um ímã permanente, a concentração de linhas
de indução é maior do que em qualquer outra região ao seu redor.
( ) Qualquer pedaço de metal colocado nas proximidades de um ímã permanente
torna-se magnetizado e passa a ser atraído por ele.
( ) Tomando-se um ímã permanente em forma de barra e partindo-o ao meio em seu
comprimento, obtém-se dois polos magnéticos isolados, um polo norte em uma das
metades e um polo sul na outra.
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Experimento de Oersted
Até o início do século XIX, não se conhecia a relação entre a eletricidade e o magnetismo.
Segundo algumas versões, em 1820 Hans Christian Oersted, um professor em Amsterdã,
notou que a agulha de uma bússola defletia quando próxima de um circuito.
Representação esquemática da Experiência de Oersted
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético
Fio retilíneo e longo:
“Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, cria-se um campo magnético
de tal forma que o vetor campo magnético é perpendicular ao plano que contém o fio.”
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Fio retilíneo e longo:
O sentido das linhas de campo magnético é determinado pela regra da mão direita.
Visto em perspectiva
Visto de cima
Visto de lado
Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano)
Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Fio retilíneo e longo:
Onde:
B: módulo do vetor campo magnético (T-Tesla)
i: corrente elétrica ( A)
d: distância perpendicular entre o fio condutor e o
ponto P onde se encontra o vetor campo magnético
(m)
μ: permeabilidade magnética do meio
No vácuo:
(SI)
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Espira circular:
Onde:
B: módulo do vetor campo magnético (T)
i: corrente elétrica ( A)
R: Raio da espira (m)
μ: permeabilidade magnética do meio
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Bobina chata:
Uma bobina chata é uma coleção de espiras circulares, coladas umas sobre as outras.
Onde:
B: módulo do vetor campo magnético (T)
i: corrente elétrica ( A)
n: número de espiras
R: Raio da espira (m)
μ: permeabilidade magnética do meio
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Campo magnético gerado por corrente elétrica
Solenóide:
Se o solenoide for suficientemente longo, o campo magnético em seu interior é
praticamente uniforme.
Quantidade de voltas
por unidade de comprimento
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Exercícios de aplicação
Exemplo 06:
Duas correntes de mesma intensidade i1 = i2 percorrem os condutores da figura. Essas
correntes produzem um campo magnético resultante nulo nos pontos:
a) P1 e P3
b) P1 e P2
c) P1 e P4
d) P2 e P3
e) P2 e P4
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Exercícios de aplicação
Exemplo 07:
Dois fios retos, comprimidos e paralelos são colocados perpendicularmente ao plano
desta folha e percorridos por correntes elétricas tais que i1 = 3i2, conforme a figura. Os
campos magnéticos resultantes criados pelas correntes, nos pontos M e N, estão mais
bem indicados na opção:
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Exercícios de aplicação
Exemplo 08:
Um solenóide compreende 2000 espiras por metro. Qual o valor da intensidade do vetor
indução magnética, originado na região central, devido à passagem de uma corrente
elétrica de 0,5 A?
Exemplo 09:
Dois fios paralelos são percorridos por correntes de intensidade i1 = 3,0 A e i2 = 4,0 A no
mesmo sentido. Calcule a intensidade do vetor indução magnética resultante num ponto
P, que dista 2,0 cm de i1 e 4,0 cm de i2 localizado entre os fios.
Exemplo 10:
As espiras da figura têm raios iguais a 4π cm, centros
coincidentes e estão colocadas em planos perpendiculares
entre si. Sabendo que i1 = 5 A e i2 = 2 A , determine a
intensidade do vetor indução magnética no centro das
espiras. Adote: μ0 = 4π x 10-7 T.m/A
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