Campo magnético
Campo magnético é uma região do espaço capaz de exercer forças sobre cargas elétricas em movimento e em materiais dotados de propriedades magnéticas. O campo magnético é uma grandeza física vetorial medida em tesla (T). Tanto o campo magnético produzido pelos ímãs naturais quanto aquele gerado por ímãs artificiais são resultado da movimentação das cargas elétricas no interior dos ímãs.
Definição de campo magnético
Quando uma partícula eletricamente carregada move-se, dá-se origem a um campo magnético. De acordo com as leis do eletromagnetismo, esse campo magnético origina-se da variação de intensidade do campo elétrico.
Nos materiais magnéticos, como nos ímãs naturais, o campo magnético é resultado do alinhamento de um grande número de domínios magnéticos, que são regiões microscópicas no interior do ímã, dotadas de um campo magnético, como se fossem pequenas bússolas. A forma como os domínios magnéticos estão organizados define qual é o tipo de magnetismo presente no material.
Na figura a seguir, mostramos como são dispostos os domínios magnéticos de materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos, observe:
Os materiais ferromagnéticos são aqueles que respondem fortemente à presença de um campo magnético externo; materiais diamagnéticos são repelidos pelo campo magnético; e, por fim, os materiais paramagnéticos são levemente atraídos por campos magnéticos externos.
Todo campo magnético é dotado de dois polos magnéticos, chamados de polo sul e polo norte. Ambos dizem respeito ao sentido do vetor campo magnético, que sai e entra no polo norte, assim como fazem as linhas do campo magnético, que serão definidas adiante. Ademais, Não é possível que exista um campo magnético com somente um desses polos, em respeito a uma das leis do eletromagnetismo que prevê a não existência de monopolos magnéticos.
Linhas de campo magnético
Na figura mostramos as linhas de campo magnético, usadas como um artifício para facilitar a visualização do campo. Uma vez que o campo magnético é uma grandeza vetorial, cada um dos infinitos pontos do espaço localizados nos arredores de um ímã apresenta um módulo, uma direção e um sentido. Dessa forma, representá-lo seria uma tarefa muito difícil se não fosse o uso das linhas.
As linhas de campo magnético ou linhas de indução são representadas pela tangente do vetor campo magnético naquela região do espaço. Vamos conferir as propriedades delas.
- São sempre fechadas, uma vez que não existe monopolo magnético.
- Sempre emergem do polo norte magnético e sempre imergem no polo sul magnético, bem como o vetor de campo magnético sempre aponta no sentido do norte magnético.
- A densidade delas indica a intensidade do campo magnético naquela região.
- Elas nunca se cruzam.
Fontes e fórmulas do campo magnético
Existem diferentes fontes de campo magnético. Elas afetam a forma como o campo é distribuído no espaço, e, por isso, é importante conhecer algumas delas, bem como as fórmulas usadas para calculá-las. Começaremos com o campo magnético produzido por uma corrente elétrica.
Campo magnético gerado por uma corrente elétrica
Quando uma corrente elétrica percorre um fio condutor retilíneo, um campo magnético circular forma-se ao longo de toda a sua extensão. As linhas de indução desse campo são concêntricas em relação ao fio. O seu sentido é determinado pela regra da mão direita, de acordo com ela, quando apontamos o polegar no sentido da corrente elétrica, os demais dedos da mão fecham-se no sentido do campo magnético.
O campo magnético produzido por uma corrente elétrica, denotado pelo símbolo B, pode ser calculado pela fórmula a seguir:
B – campo magnético (T)
μ0 – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10 –7 T.m/A)
i – corrente elétrica (A)
R – distância ao fio (m)
Campo magnético de uma espira condutora
Uma espira é um fio condutor fechado, em formato circular. O campo magnético produzido na região central dela pode ser calculado pela fórmula seguinte, confira:
Campo magnético de uma bobina (solenoide)
Bobinas, também conhecidas como solenoides, são formadas por um longo fio condutor enrolado diversas vezes, tratando-se, portanto, da combinação de um grande número de espiras.
A fórmula usada para calcular o campo magnético no interior do solenoide é esta:
N – número de voltas do solenoide
L – comprimento do solenoide
Campo magnético terrestre
O campo magnético terrestre origina-se do movimento relativo ao núcleo e à crosta terrestre, uma vez que essas estruturas giram em diferentes velocidades. A presença de íons no conteúdo magnético do núcleo terrestre e sua rotação dão origem a um campo magnético tridimensional, que perpassa todo o planeta e protege a nossa atmosfera, fazendo com que ela não seja varrida pelas partículas emitidas pelo Sol, conhecidas como vento solar. A interação entre essas partículas e o campo magnético terrestre dá origem às auroras polares.
As linhas de campo magnético da Terra emanam de uma região próxima ao polo sul geográfico, e o mesmo acontece com o polo sul magnético, em que as linhas de campo magnético imergem. Os polos magnéticos e geográficos não são coincidentes devido ao plano de rotação da Terra, que é diferente do plano formado pela Linha do Equador.
A figura mostra o formato das linhas de campo magnético da Terra, confira:
Caso tenha maior interesse no tema deste tópico, acesse nosso texto: Campo magnético terrestre.
Exercícios sobre campo magnético
Questão 1) Calcule a intensidade do campo magnético produzido por um fio condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,5 A, a uma distância de 50 cm do fio.
Dados: μ0 = 4π.10 –7 T.m/A
a) 2.10 –7 T
b) 2π.10 –7 T
c) 5,0.10 –6 T
d) 2,5.10 –7 T
e) 4,0.10 –3 T
Gabarito: Letra b
Resolução:
Com base nos dados fornecidos pelo enunciado, calcularemos o campo magnético produzido pelo condutor retilíneo, observe:
Após o cálculo, descobrimos que a intensidade do campo magnético é de 2π.10-7 T.m/A.
Questão 2) Com base em seus conhecimentos e de acordo com o texto, assinale a alternativa correta com relação às linhas de indução:
a) As linhas de indução são linhas abertas, que saem do norte magnético e entram no sul magnético.
b) As linhas de indução saem do polo sul magnético e entram no polo norte magnético.
c) As linhas de indução são sempre fechadas e representam a tangente dos vetores de campo magnético.
d) A concentração de linhas de indução em uma região do espaço é inversamente proporcional à intensidade do campo magnético dessa mesma região.
e) As linhas de campo magnético são usadas como um artifício para representar o módulo, a direção e o sentido do campo magnético.
Gabarito: Letra c
Resolução:
Devemos lembrar-nos de que as linhas de indução são, na verdade, as tangentes dos vetores de campo magnético. Além disso, são sempre fechadas, emergindo do norte magnético e imergindo no sul magnético. Portanto, a alternativa correta é a letra c.
Questão 3) Um solenoide de 10 cm de comprimento e 500 voltas é percorrido por uma corrente elétrica de 1,0 A. Determine a intensidade do campo magnético produzido no interior do solenoide.
Dados: μ0 = 4π.10 –7 T.m/A
a) 2π.10 –3 T
b) 4π.10 –7 T
c) 4π.10 –3 T
d) 4.10 –4 T
e) π.10 –3 T
Gabarito: Letra a
Resolução:
Por meio da fórmula do campo magnético do solenoide e com base nos dados fornecidos no enunciado, devemos fazer o seguinte cálculo, observe:
O cálculo mostra que a intensidade do campo magnético produzido no interior do solenoide é igual a 2π.10 –3 T. Dessa forma, a alternativa correta é a letra a.