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) em movimento com velocidade (v) através da relação:
O ângulo é o ângulo formado entre a direção da velocidade e a direção do campo magnético, conforme mostrado na figura 1. 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 “
“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.q.v.sen
B v qFigura 1 – Uma carga lançada em uma região onde existe um campo magnético
fica sob a ação de uma força Fonte: Fundação Bradesco
Corrente elétrica
Figura 2 – Um fio condutor, imerso em um campo magnético, percorrido por uma corrente elétrica fica sob ação de uma força
Fonte: Fundação Bradesco
Dessa maneira, diante das situações objeto de estudo, um ou outro dado será utilizado a partir das informações que se tem disponível.
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.
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. A situação problema envolve a força
magnética (F), o campo magnético (B), a carga elétrica (q) e a sua velocidade (v), utiliza-se a expressão:
F = B.q.v.sen
A situação problema envolve a força magnética (F), o campo magnético (B), a corrente elétrica (i) e o comprimento (
) do fio condutor, utiliza-se a expressão:F = B.i.
.sen
Campo magnético apontando para a direita
B
Campo magnético apontando para a esquerda
B
Campo magnético apontando para baixo
B
Campo magnético apontando para cima
B
Figura 3 – Representações do campo magnético em diferentes sentidos Fonte: Fundação Bradesco
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.
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.
O campo magnético pode estar saindo da folha (figura 7). Visualizado “de cima”
ele pode ser representado conforme mostra a figura 8. Figura 4 – Representação gráfica de um vetor
Fonte: Fundação Bradesco
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
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.
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
Corrente elétrica
Corrente elétrica
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.
Corrente elétrica Corrente
elétrica
As correntes elétricas, nos dois fios, estão no mesmo sentido
As correntes elétricas, nos dois fios, estão em sentidos contrários
Corrente elétrica Corrente
elétrica
Figura 11 – Correntes elétricas percorrendo dois fios Fonte: Fundação Bradesco
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.
60o
B
a) b) c)B
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. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 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 _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________
4. Um fio, conforme mostrado na ilustração, é percorrido por uma corrente elétrica de 0,25 A em 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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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).
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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 (1775-1836), do inglês Michael Faraday (1791-1867) e do norte-americano Joseph Henry (1797-1878), 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-ressonancia-magnetica-entenda-mais-sobre-o-exame e
http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_rnmconceito.htm você poderá obter
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.
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 60oConsiderando 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 90oConsiderando 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 Ti = 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 = 0 N
2. Alternativa C
Utilizando a expressão F = B.i.
.
sen onde, B = 2 Ti = 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 90oConsiderando 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 Ti = 500 A
= 200 mPara 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.
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 Ni = 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 NORTE SUL LESTE OESTE Linha de transmissão Campo magnético
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 NB = 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
