Campo magnético

Campo magnético é uma grandeza vetorial que corresponde a uma região do espaço onde partículas elétricas e objetos magnéticos interagem por meio de forças. Sua existência depende do fluxo de uma corrente elétrica através de uma simetria, por exemplo um fio retilíneo ou uma espira, ou de materiais com comportamento magnético intrínseco. O campo magnético é representado através de linhas de campo que interagem à distância, que são curvas imaginárias indicando a orientação da força magnética aplicada em objetos ao seu alcance.

Existe no planeta Terra a ação de um campo magnético originado pelos materiais em seu núcleo, chamado de magnetosfera, que filtra a radiação solar e os raios cósmicos. Quando o campo magnético e o campo elétrico possuem uma variação em função do tempo, ocorre a formação do campo eletromagnético, responsável pela existência das ondas eletromagnéticas.

Leia também: Como funciona um ímã?

Resumo sobre campo magnético

• Campo magnético é uma grandeza vetorial, associada a uma região onde cargas elétricas e materiais magnéticos sofrem interações.
• Depende da simetria de um condutor para ser calculado.
• Para calcular o campo magnético, basta aplicar a fórmula adequada para cada tipo de condutor.
• Quando uma carga elétrica se move em um campo magnético, ela experimenta uma força que a desvia de sua trajetória.
• Linhas de campo magnético são representações visuais da ação magnética.
• O planeta Terra possui um campo magnético intrínseco chamado de magnetosfera.
• Campo eletromagnético é a ação variável de campos elétricos e magnéticos.

Fórmula do campo magnético

Veja as fórmulas adequadas a cada simetria de campo magnético:

→ Campo magnético de um fio condutor retilíneo

\(B = \frac{\mu_0}{2\pi} \cdot \frac{i}{r} \)

Sendo:

• B – Campo magnético (Tesla, T).
• μ₀ – Permeabilidade magnética (T.m/A).
• i – corrente elétrica que atravessa o condutor (Ampere, A).
• r – distância do ponto P ao condutor (metros, m).

→ Campo magnético no centro de uma espira circular 

\(B = \frac{\mu_0}{2} \cdot \frac{i}{R} \)

Sendo:

• B – Campo magnético (Tesla, T).
• μ₀ – Permeabilidade magnética (T.m/A).
• i – corrente elétrica que atravessa o condutor (Ampere, A).
• R – Raio da espira circular (metros, m).

→ Campo magnético no interior de um solenoide 

\(B = \frac{\mu_0}{1} \cdot \frac{n\cdot i}{L} \)

Sendo:

• B – Campo magnético (Tesla, T).
• μ₀ – Permeabilidade magnética (T.m/A).
• i – corrente elétrica que atravessa o condutor (Ampere, A).
• n – número de espiras do solenoide.
• L – largura do solenoide (metros, m).

Como calcular o campo magnético?

Para determinar o campo magnético de uma simetria, basta aplicar as grandezas referentes dentro de uma simetria específica.

Exemplo:

Um solenoide ideal, de comprimento 50 cm e raio 1,5 cm, contém 2000 espiras e é percorrido por uma corrente de 3,0A. Dados μ₀ = 4π.10 ^–7 T.m/A, qual é o valor de B ao longo do eixo do solenoide?

\(B = \frac{\mu_0}{1} \cdot \frac{n\cdot i}{L} \)

Usando a fórmula do campo elétrico, substituímos as grandezas envolvidas:

\(B = \frac{4\pi \cdot 10^{-7}}{1} \cdot \frac{2000\cdot 3}{0,5}\)

\(B = \frac{8\pi \cdot 10^{-7}}{1} \cdot \frac{6 \cdot 10^3}{1}\)

Logo: B = 4,8π · 10^-3 T

Veja também: Quais materiais são bons condutores elétricos?

O que é campo magnético?

Campo magnético é uma grandeza vetorial, descrita por uma área do espaço onde cargas elétricas e materiais com propriedades magnéticas sofrem interações. Dessa forma, a existência de uma força magnética aplicada sobre esses corpos é diretamente relacionada com a ação de um campo magnético, a uma determinada distância.

Existem materiais, chamados de ímãs, que possuem campos magnéticos permanentes, sem depender de uma corrente elétrica. Todos os ímãs permanentes possuem dois polos distintos, chamados de polos norte e sul magnéticos. Materiais desse tipo são conhecidos como materiais ferromagnéticos, tais como o ferro ou o níquel.

Funcionamento de um campo magnético

Cargas elétricas e materiais sensíveis à interação magnética se alinham com as linhas de campo produzidas por um ímã ou condutor com corrente elétrica. Quando uma carga elétrica se move em um campo magnético, ela experimenta uma força que desvia a sua trajetória. Essa força é perpendicular tanto à direção da velocidade da carga, quanto à direção do campo produzido.

Linhas de campo magnético

Para mapear e visualizar a ação de um campo magnético ao redor do espaço, é possível marcar a ação da força magnética em diversos pontos. Ao conectar esses pontos, fica visível a sua distribuição em linhas que se espalham no espaço, a depender da simetria do gerador do campo magnético.

É possível verificar a existência dessas linhas através de diversos fenômenos, como por exemplo, espalhar limalha de ferro ao redor de um ímã. O comportamento ferromagnético do ferro e a baixa massa dos fragmentos da limalha farão com que elas se alinhem ao redor das linhas de campo estudadas.

Campo magnético da Terra

O campo magnético terrestre, também conhecido como magnetosfera, é o campo magnético que se estende do interior do planeta Terra para o espaço, onde interage com as partículas carregadas que emanam do Sol, agindo como uma espécie de barreira protetora. O campo magnético é gerado por correntes elétricas devido ao movimento das correntes de convecção do núcleo de metal fundido de ferro e níquel, consequência do calor que emana das camadas mais internas do planeta.

Semelhantemente a um ímã, o planeta manifestará a produção das linhas de campo magnético em polos magnéticos. O polo norte magnético se encontra no Sul geográfico, assim como o sul magnético está no Norte geográfico.

É importante ressaltar que o alinhamento dos polos é um fator que tende a mudar ao longo do tempo, mas ainda hoje é possível confiar na precisão de bússolas e demais instrumentos magnéticos de navegação.

O que é o campo eletromagnético?

O campo eletromagnético é um fenômeno que envolve o campo elétrico e o campo magnético variando no tempo. De uma maneira simples, o movimento das cargas elétricas é responsável pela produção de campos elétricos e campos magnéticos, ou seja, o movimento de um ímã através de uma espira metálica pode ocorrer no surgimento de correntes elétricas ao longo do condutor. Da mesma forma, uma corrente elétrica é capaz de produzir ao seu entorno a presença de campos magnéticos.

A ação do campo eletromagnético proporcionou uma das mais importantes invenções da humanidade: o motor elétrico. O estudo de Michal Faraday sobre a experimento de Oersted apresentava como a corrente contínua, passando por um condutor, mudava a orientação de uma bússola. Mudando a perspectiva do experimento, Faraday usou a presença de um campo magnético para produzir ação de um torque sobre uma espira com fluxo de corrente elétrica.

Saiba mais: Eletromagnetismo — principais conceitos, fórmulas e aplicações

Exercícios resolvidos sobre campo magnético

1. (Eear 2024) Um condutor retilíneo e muito extenso é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade constante por toda a sua extensão. Em um determinado ponto A, distante 20 cm do condutor, tem um vetor indução magnética de intensidade igual a 4⋅10-6T. Determine a intensidade do vetor indução magnética, em 10^-6 T, no ponto B que se encontra a 25 cm deste mesmo condutor, como mostrado na figura.

a) 2,5   

b) 3,2   

c) 3,5   

d) 4,2   

Resposta: B

Do valor da intensidade do vetor indução magnética no ponto A, podemos obter a corrente elétrica no condutor:

\(B_A = \frac{\mu_0 i}{2\pi d_A} \\ 4 \cdot 10^{-6} = \frac{\mu_0 i}{2\pi \cdot 0{,}2} \\ i = \frac{1{,}6\pi \cdot 10^{-6}}{\mu_0} \ \text{A} \)

Sendo assim, a intensidade do vetor indução magnética no ponto B vale:

\(B_B = \frac{\mu_0 i}{2\pi d_B} \\ B_B = \frac{\mu_0}{2\pi \cdot 0{,}25} \cdot \frac{1{,}6\pi \cdot 10^{-6}}{\mu_0} \\ \therefore B_B = 3{,}2 \cdot 10^{-6} \ \text{T} \)

2. (Unesp 2019) A configuração do campo magnético terrestre causa um efeito chamado inclinação magnética. Devido a esse fato, a agulha magnética de uma bússola próxima à superfície terrestre, se estiver livre, não se mantém na horizontal, mas geralmente inclinada em relação à horizontal (ângulo α, na figura 2). A inclinação magnética é mais acentuada em regiões de maiores latitudes. Assim, no equador terrestre a inclinação magnética fica em torno de 0°, nos polos magnéticos é de 90°, em São Paulo é de cerca de 20°, com o polo norte da bússola apontado para cima, e em Londres é de cerca de 70°, com o polo norte da bússola apontado para baixo.

Esse efeito se deve ao fato de a agulha magnética da bússola alinhar-se sempre na direção

a) perpendicular às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao Polo Sul geográfico da Terra.   

b) tangente à Linha do Equador e ao fato de o eixo de rotação da Terra coincidir com o eixo magnético que atravessa a Terra.   

c) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao Polo Norte geográfico da Terra.   

d) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao Polo Sul geográfico da Terra.   

e) paralela ao eixo magnético terrestre e ao fato de o polo sul magnético terrestre estar próximo ao Polo Norte geográfico da Terra.   

Resposta: D

A agulha magnética da bússola fica alinhada segundo a tangente das linhas de indução do campo magnético terrestre de cada local, apontando sempre para o sul magnético que aproximadamente representa o Norte geográfico e o fato do polo norte magnético estar próximo ao Polo Sul geográfico.

Créditos das imagens

^[1] Wikimedia Commons (reprodução)

^[2] Wikimedia Commons (reprodução)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c2009 vol 3.

HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.

MACHADO, Kleber Daum, Teoria do Eletromagnetismo Volume I, Ed. UEPG, Ponta Grossa.