Tema 45_Imas bússolas e fios Parte 2

ÍMÃS, BÚSSOLAS E FIOS – PARTE 2
CONTEÚDOS
 Linhas de indução magnética
 Campo magnético
 Corrente elétrica
 Interação entre o campo magnético e a corrente elétrica
AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS
Estudamos no capítulo anterior que a força
magnética pode ser expressa em função do
campo magnético (B) e da carga elétrica (q)
v
em movimento com velocidade (v) através
B

da relação:
q
F = B.q.v.sen 
O ângulo  é o ângulo formado entre a
Figura 1 – Uma carga lançada em uma
região onde existe um campo magnético
fica sob a ação de uma força
Fonte: Fundação Bradesco
direção da velocidade e a direção do campo
magnético, conforme mostrado na figura 1.
Corrente elétrica
Foi informado ainda, no capítulo “Ímãs,
bussolas e fios – parte 1” que um fio
percorrido por uma corrente elétrica “cria” no
espaço ao seu redor um campo magnético
(figura 2).
Nesta situação, sempre que um fio condutor,
imerso
em
um campo
magnético,
for
percorrido por uma corrente elétrica, existirá
uma força magnética atuando sobre o
condutor. E a intensidade da força magnética
pode ser relacionada como comprimento ““
Figura 2 – Um fio condutor, imerso em um
campo magnético, percorrido por uma
corrente elétrica fica sob ação de uma força
Fonte: Fundação Bradesco
do condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica “i” e imerso no campo
magnético uniforme de intensidade “B” e que forma um ângulo  com a direção do
condutor. Tais grandezas são relacionadas através da expressão:
F = B.i..sen 
Dessa maneira, diante das situações objeto de estudo, um ou outro dado será utilizado
a partir das informações que se tem disponível.
A situação problema envolve a força
A situação problema envolve a força
magnética (F), o campo magnético
magnética (F), o campo magnético
(B), a carga elétrica (q) e a sua
(B), a corrente elétrica (i) e o
velocidade
comprimento () do fio condutor,
(v),
utiliza-se
expressão:
a
utiliza-se a expressão:
F = B.q.v.sen 
F = B.i..sen 
A representação do campo magnético
Uma forma de representar o campo magnético é através da utilização de setas que
indicam sua direção, conforme pode ser visualizado na figura 3.
Campo magnético apontando para a direita
B
Campo magnético apontando para cima
Campo magnético apontando para a esquerda
B
Campo magnético apontando para baixo
B
B
Figura 3 – Representações do campo magnético em diferentes sentidos
Fonte: Fundação Bradesco
Existem outras duas importantes representações do campo magnético bastante
utilizadas e as quais comentaremos na sequência.
Consideremos inicialmente a ilustração a seguir, na qual foi representada uma flecha.
Vista de frente e dirigida para o olho do observador a flechar se parecerá com um
pequeno círculo, com um ponto no centro. Vista de trás, e afastando-se do olho do
observador o que se vê é um “x” interno a um círculo. Observe a seguir.
Figura 4 – Representação gráfica de um vetor
Fonte: Fundação Bradesco
Utiliza-se essa representação, para informar a orientação “para dentro” ou “para fora”
do plano da figura, conforme ilustrado nas situações a seguir.
 O campo magnético pode estar entrando na folha (figura 5). Visualizado “de
cima” ele pode ser representado conforme mostra a figura 6.
Figura 5 – Representação de um
campo magnético orientado “para
dentro” do plano
Fonte: Fundação Bradesco
Figura 6 – Representação da visualização
“do alto” de um campo magnético
orientado “para dentro” do plano
Fonte: Fundação Bradesco
 O campo magnético pode estar saindo da folha (figura 7). Visualizado “de cima”
ele pode ser representado conforme mostra a figura 8.
Figura 7 – Representação de um
campo magnético orientado “para
fora” do plano
Fonte: Fundação Bradesco
Figura 8 – Representação da visualização
“do alto” de um campo magnético
orientado “para fora” do plano
Fonte: Fundação Bradesco
Observe, nas figuras a seguir, a indicação da orientação do campo magnético com
relação ao plano (entrando ou saindo), de acordo com o sentido da corrente elétrica.
Corrente elétrica
Corrente elétrica
Figura 9 – Do lado esquerdo, a orientação
do campo magnético é “para fora” e do
lado direito, a orientação é “para dentro”
Fonte: Fundação Bradesco
Figura 10 – Do lado esquerdo, a orientação
do campo magnético é “para dentro” e do
lado direito, a orientação é “para fora”
Fonte: Fundação Bradesco
Pesquise nos materiais indicados nas Referências, sobre o que ocorre com dois fios
condutores quando aproximados um do outro nas seguintes situações.
As correntes elétricas, nos dois fios,
estão no mesmo sentido
Corrente
elétrica
Corrente
elétrica
As correntes elétricas, nos dois fios,
estão em sentidos contrários
Corrente
elétrica
Figura 11 – Correntes elétricas percorrendo dois fios
Fonte: Fundação Bradesco
Corrente
elétrica
ATIVIDADES
1. Deseja-se colocar um fio condutor com 60 cm (0,6m) de comprimento, em uma região
do espaço onde existe um campo magnético uniforme de intensidade B = 0,5 T. A
intensidade da corrente elétrica que percorrerá o fio é de 0,4 A.
Para cada uma das três possíveis orientações mostradas, do fio condutor com relação
ao campo magnético, determine o valor da força que vai atuar sobre o fio.
a)
_____________________________
_____________________________
_____________________________
B
60o
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
b)
_____________________________
_____________________________
B
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
c)
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
B
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
2. Um fio condutor retilíneo de 50 cm de comprimento é percorrido por uma corrente
elétrica de
0,08 A. Ele foi colocado perpendicularmente a um campo magnético
uniforme de 2 T. Sobre esse fio condutor, atuará uma força magnética de valor igual a
a) 1.101 N.
b) 4.10–2 N.
c) 8.10–2 N.
d) 2,5.10–4 N.
e) 5,5.10–5 N.
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3. (U. E. Londrina) Considere que, no Equador, o campo magnético da Terra é
horizontal, aponta para o Norte e tem intensidade 1,0.10–4 T. Lá, uma linha de
transmissão transporta corrente de 500 A de oeste para leste. A força que o campo
magnético da Terra exerce em 200 m da linha de transmissão tem módulo, em newtons
de
a) 1,0
b) 10
c) 102
d) 103
e) 104
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4. Um fio, conforme mostrado na
ilustração, é percorrido por uma
corrente elétrica de
0,25 A em
1,5 m
uma região onde existe um campo
magnético. O fio sofre a ação de
uma força de 0,015 N.
Considerando que o fio condutor é perpendicular ao campo magnético, determine
a) a orientação do campo magnético (“para dentro” ou “para fora” do plano).
b) a intensidade do campo magnético.
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5. Um fio condutor está localizado em uma
região onde existe um campo magnético de
intensidade 10–2 T. A força que age sobre ele
nesta situação vale 0,002 N. Sabendo-se que
o fio está disposto perpendicularmente ao
campo magnético, conforme indicado na
ilustração, determine
a) a intensidade da corrente elétrica no fio.
b) a orientação do campo magnético (“para
dentro” ou “para fora” do plano).
0,25 m
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LEITURA COMPLEMENTAR
Aplicações do magnetismo
O que motores elétricos, discos rígidos de computador, televisores, carros, fitas de
videocassete e cartões de créditos têm em comum? Resposta: materiais magnéticos.
Presentes em inúmeros utensílios da vida moderna – o famoso 'ímã de geladeira' talvez
seja o caso mais emblemático –, esses materiais, por sua importância e complexidade,
fazem com que as pesquisas sobre magnetismo sejam intensas na atualidade, com
grandes avanços nas últimas duas décadas.
Neste artigo, o leitor vai ser atraído para o vasto campo das aplicações dos materiais
magnéticos, cujo mercado atual movimenta cifras que chegam a centenas de bilhões de
dólares.
Os fenômenos magnéticos foram, talvez, os primeiros a despertar a curiosidade da
humanidade sobre o interior da matéria. Os mais antigos relatos de experiências com a
'força misteriosa' da magnetita (Fe3O4), o ímã natural, são atribuídos aos gregos e datam
de 800 a.C. A primeira utilização prática do magnetismo foi a bússola, inventada pelos
chineses na dinastia Han, em 200 d.C. e baseada na propriedade que uma agulha
magnetizada tem de se orientar na direção do campo magnético terrestre. A bússola foi
empregada em navegação pelos chineses em 900 d.C., mas só foi descoberta e usada
pelo mundo ocidental a partir do século 15.
Os fenômenos magnéticos ganharam uma dimensão muito maior quatro séculos mais
tarde, com a descoberta de sua relação com a eletricidade através dos trabalhos do
dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851), do francês André Marie Ampère (17751836), do inglês Michael Faraday (1791-1867) e do norte-americano Joseph Henry (17971878), para citar alguns poucos exemplos. No final do século 19, diversos fenômenos já
eram compreendidos e tinham inúmeras aplicações tecnológicas, das quais o motor e o
gerador elétrico eram as mais importantes.
Apesar de séculos e séculos de investigações, o magnetismo em nível microscópico só
foi compreendido na primeira metade do século passado, após o advento da física
quântica, que nasceu em 1900, com a hipótese do físico alemão Max Planck (1858-1947)
dos quanta de energia, ou seja, a de que, na natureza, a energia é gerada e absorvida
em diminutos pacotes – os quanta – e não como um fluxo contínuo, como se imaginava
até então. Posteriormente, essa ideia levou ao desenvolvimento da chamada física
quântica – teoria para os fenômenos do diminuto universo das entidades atômicas e
moleculares – através dos trabalhos do físico alemão Albert Einstein (1879-1955), do
dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), do alemão Werner Heisenberg (1901-1976), do
britânico Paul Dirac (1902-1984), entre outros.
O século passado testemunhou um avanço impressionante no entendimento do
fenômeno do magnetismo, e, consequentemente, suas aplicações se multiplicaram e
foram substancialmente aprimoradas. Apesar desses avanços, ainda há muitas coisas
por compreender.
Nas aplicações tradicionais, como em motores, geradores e transformadores, os
materiais magnéticos são utilizados em três categorias principais: como ímãs
permanentes – que têm a propriedade de criar um campo magnético constante – e como
materiais
magnéticos
doces
(ou
permeáveis),
que
são
magnetizados
e
desmagnetizados com facilidade e produzem um campo magnético muito maior ao que
seria criado apenas por uma corrente enrolada na forma de espiral.
Sobre a terceira grande categoria de aplicação, a chamada gravação magnética, vale a
pena se estender um pouco mais, pois ela adquiriu grande importância nas últimas
décadas. Essa aplicação é baseada na propriedade que o cabeçote de gravação tem de
gerar, um campo magnético em resposta a uma corrente elétrica. Com esse campo, é
possível alterar o estado de magnetização de um meio magnético próximo, o que
possibilita armazenar nele a informação contida no sinal elétrico.
A recuperação (ou a leitura) da informação gravada é realizada pelo processo inverso,
denominado indução. Ou seja, a mídia magnetizada e em movimento sobre o cabeçote
de leitura induz nele uma corrente elétrica. Hoje, além do fenômeno de indução, também
são utilizados novos materiais estruturados artificialmente, formados por multicamadas
magnéticas conhecidas como 'válvulas de spin'.
A gravação magnética é essencial para o funcionamento de gravadores de som e de
vídeo, bem como de inúmeros equipamentos acionados por cartões magnéticos, como
os caixas eletrônicos de banco.
Disponível em: http://www.cienciahoje.org.br/revista/materia/id/78/n/aplicacoes_do_magnetismo. Acesso
em: 16 ago. 2016.
INDICAÇÕES
Qual a relação entre o campo magnético e a Ressonância Magnética? Nos links
http://radiologia.blog.br/diagnostico-por-imagem/como-funciona-a-ressonanciamagnetica-entenda-mais-sobre-o-exame
http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_rnmconceito.htm
e
você
subsídios para responder esta questão.
REFERÊNCIAS
ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2010. v. 3.
GASPAR, A. Física – volume 3. São Paulo: Ática, 2000.
poderá
obter
HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2012.
PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico: volume 3. São
Paulo: FTD, 2011.
GABARITO
ATIVIDADES
1. Deseja-se colocar um fio condutor com 60 cm (0,6m) de comprimento em uma região
do espaço, onde existe um campo magnético uniforme de intensidade B = 0,5 T. A
intensidade da corrente elétrica que percorrerá o fio é de 0,4 A.
Para cada uma das três possíveis orientações mostradas, do fio condutor com relação
ao campo magnético, determine o valor da força que vai atuar sobre o fio.
a) Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde
B = 0,5 T
i = 0,4 A
 = 60 cm = 0,6 m
 = 60o
Teremos:
F = B.i..sen 
F = 0,5.0,4.0,6.sen 60o
Considerando que o sen 60o  0,86 teremos:
F = 0,12.0,86
F  0,1 N
b) Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde
B = 0,5 T
i = 0,4 A
 = 60 cm = 0,6 m
 = 90o
Teremos:
F = B.i..sen 
F = 0,5.0,4.0,6.sen 90o
Considerando que o sen 90o  1 teremos:
F = 0,12.1
F = 0,12 N
c) Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde,
B = 0,5 T
i = 0,4 A
 = 60 cm = 0,6 m
 = 0o (o fio condutor está orientado na mesma direção do campo magnético)
Teremos:
F = B.i..sen 
F = 0,5.0,4.0,6.sen 0o
Considerando que o sen 0  0 teremos:
F = 0,12.0
F=0N
2. Alternativa C
Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde,
B=2T
i = 0,08 A
 = 50 cm = 0,5 m
 = 90o (O fio foi colocado perpendicularmente ao campo magnético)
Teremos:
F = B.i..sen 
F = 2.0,08.0,5.sen 90o
Considerando que o sen 90o  1 teremos:
F = 0,08.1
F  0,08 N
Escrevendo este resultado em notação científica teremos 8.10–2 N.
3. Alternativa B
Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde
B = 1,0.10–4 T
i = 500 A
 = 200 m
Para determinação do ângulo , precisamos recorrer à informação no enunciado que
diz que o campo aponta para o norte e a linha de transmissão é de oeste para leste.
Teremos numa ilustração uma configuração similar à mostrada a seguir.
Campo magnético
NORTE
OESTE
LESTE
Linha de
transmissão
SUL
Observamos então que o campo magnético e a linha de transmissão formam ângulo de
90o, ficamos assim com  = 90o
Teremos:
F = B.i..sen 
F = 1,0.10–4x500x200xsen 90o
Considerando que o sen 90o  1 teremos:
F = 10–4x100.000x1
F = 10–4x100.000
Escrevendo o valor 100.000 em notação científica, ficamos com 105.
Escrevendo este resultado em notação científica, teremos 8.10–2 N e a expressão
anterior fica escrita na forma
F = 10–4x105
F = 10–4+5
F = 101
F = 10 N
4.
a) A orientação do campo magnético, conforme a notação adotada na ilustração, é “para
fora” do plano.
b) Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde,
F = 0,015 N
i = 0,25 A
 = 1,5 m
 = 90o (O fio foi colocado perpendicularmente ao campo magnético)
Teremos:
F = B.i..sen 
0,015 = Bx0,25x1,5xsen 90o
Considerando que o sen 90o  1 teremos:
0,015 = Bx0,25x1,5x1
0,015 = Bx0,375
B = 0,015
0,375
Teremos:
B = 0,04 T = 4.10–2 T
5.
a) A orientação do campo magnético, conforme a notação adotada na ilustração, é
“dentro” do plano.
b) Utilizando a expressão F = B.i..sen  onde,
F = 0,002 N
B = 10–2 T
 = 0,25 m
 = 90o (O fio foi colocado perpendicularmente ao campo magnético)
Teremos:
F = B.i..sen 
0,002 = 10–2.i.0,25.sen 90o
Considerando que o sen 90o  1 teremos:
0,002 = 10–2.i.0,25.1
0,002 = 10–2.i.0,25
i = 0,002
0,25. 10–2
i = 0,008.102
Expressando o valor 0,008 em notação científica ficamos com 8.10–3. Dessa maneira,
o valor da corrente elétrica pode ser escrito na forma.
i = 8.10–3.102
i = 8.10–3+2
i = 8.10–1
Expressando esse valor na forma decimal, teremos i = 0,8 N.