Campo magnético

    O campo magnético é um espaço que surge quando as cargas elétricas estão em movimento. Ao falar de campo magnético, precisamos entender que ele aparece com um dipolo, ou seja, possui duas extremidades, chamadas polo norte e polo sul.

Por convenção, utilizamos linhas para representar o movimento de um campo magnético, que tende a sair do polo norte e incidir no polo sul. Ele pode ser gerado por meio de corrente elétrica em um fio condutor retilíneo ou em espiral e até em bobinas com fios senoidais (enrolados).

Para achar a intensidade do campo nessas situações, utilizamos variações da equação do campo, considerando a corrente elétrica (i), permeabilidade magnética no vácuo (μ₀), comprimento da bobina (L), distância (R) e número de voltas da bobina (N).

Leia também: Eletroímãs — materiais com campo magnético potencializado

O que é campo magnético?

O campo magnético é um espaço no qual as cargas elétricas sofrem interferência de forças. Ele é representado por linhas e é uma grandeza vetorial (possui intensidade, direção e sentido). Sua unidade de medida é o tesla (T), em homenagem ao físico Nikola Tesla, que estudou esse fenômeno.

Propriedades do campo magnético

O campo magnético é formado a partir do movimento das cargas elétricas. Existem materiais magnéticos que naturalmente atraem ou repelem outros materiais, como os ímãs, sendo eles classificados como:

• ferromagnéticos: possuem uma alta resposta na presença de campos;

• diamagnéticos: materiais que são repelidos em contato com campos;

• paramagnéticos: possuem uma fraca atração aos campos.

Todo campo magnético, por convenção, é dividido em dois polos: polo norte e polo sul, o que é conhecido como ligação dipolo e não pode ser quebrada.

Devido às linhas de campo, ao aproximar dois polos iguais, eles se repelem. Ao aproximar polos diferentes, eles se atraem, assim como em um ímã.

Linhas de campo magnético

O campo magnético é representado com linhas, para facilitar seu estudo. Essas linhas, por convenção, seguem uma direção: saem do polo norte e entram no polo sul. Cada ponto que constrói essa linha possui um módulo (valor), uma direção e um sentido. Essas linhas não se cruzam.

Fórmulas do campo magnético

Existem diferentes formas de gerar um campo magnético e, para cada forma, temos uma distribuição diferente do campo pelo espaço.

• Campo gerado por uma corrente elétrica

O campo magnético gerado por uma corrente ocorre quando há uma corrente percorrendo um fio condutor. Nesse caso, é formado um campo circular por todo o fio.

O sentido desse campo é determinado por meio da regra da mão direita. O polegar no fio aponta para o sentido da corrente, e os outros dedos, ao envolverem (abraçarem) o fio, representam o sentido da linha do campo magnético.

O valor do campo magnético, nessa situação, pode ser encontrado por meio da equação:

B – campo magnético (T)

μ₀ – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10^-7 T.m/A)

i – corrente elétrica (A)

R – distância do fio (m)

• Campo gerado por uma bobina

Bobinas são formadas por fios condutores em formato senoidal (enrolados várias vezes).

O valor do campo magnético nessa situação pode ser encontrado por meio da equação:

B – campo magnético (T)

μ₀ – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10^-7 T.m/A)

i – corrente elétrica (A)

N – número de voltas da bobina

L – comprimento da bobina (m)

Para saber mais, leia: Campo magnético de um solenoide.

• Campo gerado por uma espira circular

Colocando um fio condutor em formato curvilíneo, chegamos ao formato de um anel. Nessa situação as linhas de campo são perpendiculares (formam um ângulo de 90°) ao plano circular.

O valor do campo magnético nessa situação pode ser encontrado por meio da equação:

B – campo magnético (T)

μ₀ – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10^-7 T.m/A)

i – corrente elétrica (A)

R – distância do fio (m)

Veja também: Levitação magnética — o fenômeno que surge quando campos magnéticos em direções opostas interagem entre si

Campo magnético da Terra

A Terra também possui um campo magnético. Esse campo se estende por todo o planeta e funciona como um grande ímã.

Ele também é responsável por proteger a atmosfera terrestre de ventos solares, que poderiam destruir a atmosfera que temos. Esse campo é gerado devido ao movimento do núcleo terrestre.

Campo magnético e campo elétrico

A principal diferença entre o campo magnético e o campo elétrico é a sua fonte. Enquanto o campo magnético permeia o espaço de um dipolo, o campo elétrico é formado ao redor de cargas elétricas. No campo elétrico, a força exercida pelas cargas é chamada de força elétrica. Além disso, a unidade de medida do campo elétrico é newton/coulomb (N/C), enquanto a do campo magnético é o tesla (T).

No campo elétrico, as linhas de campo saem da carga positiva e entram na carga negativa, enquanto no campo magnético as linhas de campo saem do polo norte e vão para o polo sul. Para os dois campos, as cargas ou polos iguais se repelem, e cargas ou polos diferentes se atraem.

Leia também: Campo magnético gerado pelo toroide

Exercícios resolvidos sobre campo magnético

1. (Ufac 2008) Um fio reto e extenso é percorrido por uma corrente elétrica continua de intensidade I = 3 A.

A permeabilidade magnética do vácuo é μo = 4π.10^-7 T.m/A. Qual o módulo do campo magnético B produzido num ponto p à distância r = 0,25 m do fio, no vácuo?

a) 24.10^-6 T

b) 5.10^-6 T

c) 2,4.10^-6 T

d) 10.10^-6 T

e) 7,5.10^-6 T

Resolução

Alternativa C.

Como o campo está sendo gerado por meio de um fio condutor, basta utilizar a equação do campo magnético gerado por uma corrente elétrica e substituir com as informações do enunciado:

2. (UFPB-2011) Os eletroímãs, formados por solenoides percorridos por correntes elétricas e um núcleo de ferro, são dispositivos utilizados por guindastes eletromagnéticos, os quais servem para transportar materiais metálicos pesados.

Um engenheiro, para construir um eletroímã, utiliza um bastão cilíndrico de ferro de 2,0 metros de comprimento e o enrola com um fio dando 4.10⁶ voltas. Ao fazer passar uma corrente de 1,5 A pelo fio, um campo magnético é gerado no interior do solenoide, e a presença do núcleo de ferro aumenta em 1.000 vezes o valor desse campo.

Adotando para a constante μ0 o valor 4π.10^-7 T.m/A, é correto afirmar que, nessas circunstâncias, o valor da intensidade do campo magnético, no interior do cilindro de ferro, em tesla, é de:

a) 24π.10²

b) 12π.10²

c) 6π.10²

d) 3π.10²

e) π.10²

Resolução

Alternativa B.

Para encontrar a intensidade de um campo no interior de um solenoide, basta utilizar a equação da bobina e substituir as informações do enunciado:

Como o núcleo de ferro aumenta o campo em 1000 vezes, podemos multiplicar esse resultado parta chegar à resposta correta:

1,2 x 1000 = 1200 = 12.10²