Disciplina:                  Eletricidade e Magnetismo

Experiência:     Magnetismo

Objetivo

Introdução  Teórica

Magnetismo

As primeiras observações de fenômenos magnéticos são muito antigas. Acredita-se que estas observações foram realizadas pelos gregos, em uma cidade da Ásia, denominada Magnésia. Eles verificaram que existia, nesta região, um certo tipo de pedra que era capaz de atrair pedaços de ferro. Sabe-se atualmente que estas pedras são constituídas por um certo óxido de ferro e elas são denominadas imãs naturais. O termo magnetismo foi, então, usado para designar o estudo das propriedades destes ímãs, em virtude do nome da cidade onde foram descobertos.

Observou-se que um pedaço de ferro, colocado nas proximidades de um ímã natural, adquiria as mesmas propriedades deste ímã. Assim, foi possível obter-se ímãs "não naturais" (ímãs artificiais) de várias formas e tamanhos, utilizando pedaços de ferro de formas e tamanhos variados.

Com o decorrer do tempo, várias outras propriedades dos ímãs foram sendo descobertas, algumas das quais descreveremos a seguir.

Pólos de um ímã

            Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos com maior intensidade por certas partes do ímã, as quais foram denominadas pólos do ímã. Se tomarmos, por exemplo, um ímã em forma de barra e distribuirmos limalha de ferro (pequenos pedaços de ferro) sobre ele, notaremos que a limalha se acumulará nas extremidades da barra, isto é, a limalha é atraída com maior intensidade para estas extremidades. Portanto um ímã em forma de barra possui dois pólos, situados em suas extremidades.

            Suspendendo-se um ímã em forma  de barra, de modo que possa girar livremente em torno de seu centro, observa-se que ele se orienta sempre ao longo de uma mesma direção. Tal direção coincide aproximadamente com a direção norte-sul da Terra. Esta propriedade dos ímãs foi utilizada na construção das bússolas magnéticas, as quais tornaram possíveis a realização de extensas viagens marítimas desde tempos muito remotos.

            Os pólos de um ímã recebem as denominações de "pólo norte magnético" e "pólo sul magnético", de acordo com a seguinte convenção:

            Há uma força de repulsão entre os pólos sul de dois ímãs, enquanto que entre o pólo norte de um ímã e o pólo sul de outro haverá uma força de atração magnética. Em resumo: pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e pólos magnéticos de nomes contrários se atraem.

A terra é um grande ímã

            A orientação  de uma agulha magnética se deve ao fato de a Terra se comportar como um grande ímã. O pólo norte geográfico da Terra é também um polo que atrai a extremidade norte da agulha magnética. De modo semelhante, o pólo sul geográfico da Terra se comporta se comporta como um pólo magnético que atrai o pólo sul da agulha magnética. Em virtude destas forças de atração, a agulha magnética (ou qualquer outro ímã de barra de ferro) tende a se orientar ao longo da direção norte-sul.

Inseparabilidade dos pólos

            Outra propriedade dos ímãs consiste na inseparabilidade de seus pólos: verificou-se experimentalmente que não se consegue obter um pólo magnético isolado. Qualquer ímã apresenta sempre, no mínimo dois pólos.

Eletromagnetismo

             O Magnetismo foi se desenvolvendo com o estudo das propriedades dos ímãs.  Não se suspeitava, então, que pudesse existir qualquer relação entre fenômenos magnéticos e fenômenos elétricos. Entretanto, no ínicio do século passado, o professor dinamarquês H. C. Oersted, veio mostrar, que há uma íntima relação entre a Eletricidade e o Magnetismo.

A experiência de Oersted

            Em 1820, trabalhando em seu laboratório, Oersted montou um circuito elétrico, tendo nas proximidades uma agulha magnética. Não havendo corrente no circuito (circuito aberto), a agulha magnética se orientava na direção norte-sul.

            Ao estabelecer uma corrente no circuito, Oersted observou que a agulha magnética se desviava, tendendo a orientar-se em uma direção perpendicular ao fio. Interrompendo-se a corrente, a agulha retornava à sua posição inicial, ao longo da direção norte-sul. Verificava-se, assim, pela primeira vez, que existe uma rerlação entre a Eletricidade e o Magnetismo: uma corrente elétrica é capaz de produzir efeitos magnéticos. Aí nascia o Eletromagnetismo.

O fato básico do eletromagnetismo

            O princípio básico de todos os fenômenos magnéticos é: quando duas cargas estão em movimento, aparece entre elas uma força que é denominada força magnética.

            Quando duas cargas elétricas estão em repouso, existe entre elas uma força, denominada força eletrostática. Quando as cargas estão se movendo, além da força eletrostática aparece, entre elas, uma nova força, que é a força magnética.

            Todas as manifestações de fenômenos magnéticos são explicadas através desta força entre cargas em movimento. Assim, o desvio da agulha na experiência de Oersted é devido à existência desta força; é também ela a responsável pela orientação da agulha magnética na direção norte-sul; a atração e repulsão entre os pólos de ímãs é ainda uma conseqüência desta força magnética.

Campo Magnético

            Quando uma carga está em movimento ela cria, no espaço em torno dela, um campo magnético que atuará sobre outra carga em movimento, exercendo sobre ela uma força magnética.

            Então, se existir uma corrente elétrica passando por um fio, haverá um campo magnético no espaço em torno deste fio, pois uma corrente elétrica, como sabemos, é constituída por cargas elétricas em movimento. Da mesma forma, no espaço em torno de um ímã também existe um campo magnético, pois, no interior do imã temos cargas elétricas em movimento que estabelecem este campo.

O vetor campo magnético

            Considerando uma região do espaço onde existe um campo magnético, define-se um vetor representado por B e denominado vetor campo magnético.

1) Direção e sentido de B - O imã cria um campo magnético em torno dele. Colocando-se num ponto P1 uma pequena agulha magnética, o campo magnético aí existente atuará sobre as cargas móveis desta agulha, fazendo com que ela tome uma certa orientação. A direção do vetor campo magnético B1 neste ponto é, por definição, a direção na qual a agulha se orienta e o seu sentido é o sentido para qual aponta o pólo norte da agulha.

2) Módulo do vetor B - suponhamos que num ponto P exista um campo magnético B. Se uma partícula eletrizada com uma carga positiva q, for lançada de maneira a passar no ponto P com uma velocidade v, o campo magnético exercerá uma força magnética F sobre esta carga. Verifica-se que esta força é perpendicular ao plano determinado pelos vetores v e B.

Conclui-se que:

F a qv sen q               donde             F/qv sen q =   constante

O valor desta constante foi tomado, por definição, como sendo o módulo de B no ponto P, isto é,

F/qv sen q       = B    ou    F = Bqv sen q     

Direção e sentido de força magnética

Quando uma partícula eletrizada positivamente com uma carga q passa com uma velocidade v em um ponto onde existe um campo magnético B, ela fica sob a ação de uma força magnética F com as seguintes características:

Ø  módulo: F = Bqv sen q, onde q é o ângulo de v com B

Ø  direção: F é perpendicular a v e B

Ø  sentido: dado pela "regra do tapa".

Se a carga q for negativa, o sentido da força magnética será contrário àquele que é observado para a carga positiva.

Linhas de indução

            Também se usa traçar linhas para representar o campo magnético. Estas linhas, denominadas linhas de indução, devem ser traçadas de tal modo que o vetor B seja sempre tangente a elas em qualquer um de seus pontos. Além disso, nas regiões onde o campo magnético é mais intenso, as linhas de indução devem ser traçadas mais próximas uma das outras.

            Ao contrário das linhas de força, as linhas de indução são fechadas: elas emergem do pólo norte, penetram no pólo sul e se fecham passando pelo interior do ímã. As linhas de indução ficam mais juntas uma das outras nas regiões próximas aos pólos do ímã, indicando que o campo magnético é mais intenso nestas regiões.

Força magnética de um condutor

            Consideremos um fio retilíneo, de comprimento L, percorrido por uma corrente i, colocado em um campo magnético em uma direção perpendicular ao vetor B. A corrente elétrica no fio pode ser considerada, para todos os efeitos, como sendo constituída por cargas positivas em movimento. Então, o campo magnético B atuará sobre estas cargas móveis, exercendo em cada uma a pequena força f. Usando a regra do tapa é possível encontrar o sentido de f.

            Como conseqüência desta ação do campo magnético sobre as cargas que constituem a corrente, atuará sobre o condutor uma força F que nada mais é do que a resultante das forças f.

Campo magnético de um condutor retilíneo

Consideremos um condutor retilíneo AC bastante comprido, percorrido por uma corrente. Em torno deste condutor existirá um campo magnético B. Colocamos então uma agulha magnética em diversas posições em torno de AC. A orientação da agulha nos indicará a direção e o sentido do campo magnético existente em cada ponto.

Observando a orientação que a agulha toma em cada ponto, podemos traçar o vetor B que representa o campo magnético, criado pelo condutor, naqueles pontos. Assim a experiência nos mostra que a corrente no fio cria um campo magnético cujas linhas de indução "envolvem" o condutor, apresentando uma forma circular, com centro sobre ele.

Se invertermos o sentido da corrente no condutor, as linhas de indução continuam com a mesma forma, porém o sentido do vetor B se inverte.

Lista de Materiais

Procedimento Experimental e Resultados

Discussão

Conclusão