Campo Magnético em Solenoide

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2a SÉRIE
Aula 11 – 3º bimestre
Física
Etapa Ensino Médio
Estudo do campo magnético gerado por um solenoide
Eletromagnetismo.
Analisar as características do campo magnético gerado por um solenoide;
Construir eletroímãs. 
Conteúdo
Objetivos
(EM13CNT107) Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Prática experimental 
Construção de eletroímãs, materiais necessários:
Dois pregos grossos;
Fio esmaltado para motor;
Pilha grande nova e alcalina;
Materiais ferromagnéticos (clipes, parafusos, preguinhos ou moedas);
Bússola para identificar os polos do eletroímã;
Canudo de refresco.
Para começar
Prática experimental: montagem
Enrole o fio ao redor de 5 cm do prego. Certifique-se de que o fio esteja bem próximo e organizado.
Reserve 30 cm do fio de um lado e comece a enrolar o resto do fio ao redor do prego, partindo de uma ponta e seguindo até a outra. As voltas devem ser organizadas e próximas umas das outras.
Ao chegar na outra ponta do prego, inicie uma nova camada e repita o processo até enrolar todo o fio. Certifique-se de deixar 30 cm de fio na outra extremidade da bobina para a conexão com a pilha.
Lixe as pontas do fio com uma lixa para remover qualquer revestimento. 
Conecte o fio livre de uma ponta da bobina ao terminal negativo da pilha e o outro fio ao terminal positivo.
Para começar
Procedimento experimental:
1ª parte:
Aproxime a cabeça do prego de materiais ferromagnéticos.
Explique o que aconteceu. Justifique sua resposta, com base no que você estudou sobre eletromagnetismo. 
Se o circuito for aberto (desligado), o que deverá acontecer?
2ª parte:
Abra (desligue) o circuito e observe o que ocorre. Anote suas conclusões. (Todo mundo escreve!)
Prática experimental:
Para começar
Procedimento experimental:
3ª parte:
Pegue um segundo prego e coloque-o dentro de um canudo de refresco.
Repita o procedimento, usando esse prego dentro do canudo para construir outro eletroímã.
Ligue o circuito.
Coloque e remova o prego para observar a influência do material ferromagnético.
Prática experimental:
Para começar
Um fio condutor enrolado em forma de hélice é chamado de solenoide ou bobina longa. Quando uma corrente elétrica percorre um solenoide, é gerado um campo magnético. Fora do solenoide, as linhas de indução são semelhantes às de um ímã. No interior de um solenoide, as linhas de indução são praticamente retas e paralelas, o que indica um campo magnético quase uniforme. 
Solenoide
Campo magnético gerado por um solenoide
Foco no conteúdo
Em qualquer ponto dentro do solenoide, o vetor de indução magnética é o mesmo e possui as seguintes características: direção ao longo do eixo do solenoide, sentido determinado pela regra da mão direita e intensidade que depende da permeabilidade magnética do meio, da intensidade da corrente que passa pelo solenoide e do número de espiras contidas no comprimento do solenoide.
i
i
i
n espiras
Solenoide de comprimento , gerando campo magnético
Solenoide
Foco no conteúdo
A intensidade do vetor indução magnética é dada por: 
B = i
Em que:
 é a permeabilidade magnética do meio.
i é a intensidade de corrente elétrica.
n é o número de espiras.
l é o comprimento do solenoide.
Solenoide
Solenoide de comprimento , gerando campo magnético
Foco no conteúdo
i
i
B
Solenoide com núcleo de ferro em seu interior
Quando um solenoide tem um núcleo de ferro em seu interior, o campo magnético se torna mais forte. Isso acontece porque o ferro modifica a permeabilidade do meio no qual o campo magnético está presente. Na prática, estamos substituindo o ar por um material que possui uma maior permeabilidade magnética.
Solenoide
Foco no conteúdo
Exercício proposto
Um solenoide que possui 500 espiras por metro é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 4 A. Dado: a permeabilidade magnética do meio, determine a intensidade do vetor indução magnética no interior do solenoide.
Na prática
A intensidade do vetor no interior do solenoide é dada por:
B = i
Sendo: = 500 e i = 4 A, temos:
B = 500 4 = T
B = T
Correção
Na prática
Da mesma forma que ocorre com as espiras, um solenoide também gera polos magnéticos quando uma corrente elétrica passa por ele. Nas regiões externas ao solenoide, as linhas de indução seguem a orientação tradicional, do polo norte para o polo sul.
Polos magnéticos do solenoide
B
Solenoide com núcleo de ferro em seu interior
Foco no conteúdo
A identificação dos polos em um solenoide também pode ser feita usando a regra da mão direita, como se fosse uma espira. Se você olhar para uma de suas extremidades, poderá observar o fluxo da corrente no sentido horário ou anti-horário. Ao aplicar a regra da mão direita, é possível determinar o sentido do vetor de indução magnética.
Polos magnéticos do solenoide
Foco no conteúdo
Regra prática para identificação dos polos de um solenoide
Face norte: corrente circulando no sentido anti-horário, o vetor indução magnética está “saindo” do centro do solenoide. 
i
Face sul: corrente circulando no sentido horário, o vetor indução magnética está “entrando” do centro do solenoide. 
Foco no conteúdo
(Unicamp) Um solenoide ideal, de comprimento 50 cm e raio 1,5 cm, contém 2.000 espiras e é percorrido por uma corrente elétrica de 3,0 A. O campo de indução magnética B é paralelo ao eixo do solenoide e sua intensidade é dada por B = 0 · n · i, em que n é o número de espiras por unidade de comprimento e i é a corrente elétrica. Sendo 0 = 4 · 10-7 N/A2: 
Qual é o valor de B ao longo do eixo do solenoide?
Qual é a aceleração de um elétron lançado no interior do solenoide, paralelamente ao eixo?
Exercício de aplicação
Aplicando
Correção
a) Para calcular o valor de , faremos:
n = = 4000
 espiras/metro.
A intensidade do vetor no interior do solenoide é dada por: 
B = i. Daí vem:
B = 4 103 3,0 = 1,5 10-2 T
 B = 1,5 · 10-2 T
Exercício de aplicação
Aplicando
Exercício de aplicação
Correção
b) O campo magnético próximo ao eixo longitudinal do solenoide apresenta uniformidade, o que significa que as linhas de campo magnético são paralelas e equidistantes entre si, mantendo sua intensidade constante. Quando uma partícula é lançada paralelamente ao eixo do solenoide, o ângulo θ formado entre o vetor velocidade da partícula e o vetor campo magnético pode assumir os valores de 0 ou 180º. Nessas condições, a força magnética atuante sobre a partícula é igual a zero, conforme demonstrado na seguinte equação: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 · 𝑣 · 𝐵 · sin𝜃.
Como a força resultante na direção do movimento da partícula é nula, de acordo com o Princípio Fundamental da Dinâmica, podemos concluir que a aceleração da partícula também é nula.
Aplicando
Analisamos as características do campo magnético gerado por um solenoide; 
Aprendemos a construir um eletroímã.
O que aprendemos hoje?
Tarefa SP
Localizador: 98914
Professor, para visualizar a tarefa da aula, acesse com seu login: tarefas.cmsp.educacao.sp.gov.br
Clique em “Atividades” e, em seguida, em “Modelos”.
Em “Buscar por”, selecione a opção “Localizador”.
Copie o localizador acima e cole no campo de busca.
Clique em “Procurar”. 
Videotutorial: http://tarefasp.educacao.sp.gov.br/
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Slides 3 a 14 – HELOU, G. N. Tópicos de Física. 16. ed. São Paulo: Saraiva, 2001. v. 3.
Slides 3 a 14 – PIETROCOLA, M. et al. Física em contextos. São Paulo: Editora do Brasil, 2016. v. 3.
Slides 3 a 14 – MARTINI, G. et al. Conexões com a Física. 3. ed. São Paulo: Moderna, 2016. v. 3.
Referências
Lista de imagens e vídeos
Slides 7 a 9 –
https://www.gettyimages.com.br/detail/ilustra%C3%A7%C3%A3o/magnetic-field-inside-a-solenoid-ilustra%C3%A7%C3%A3o-royalty-free/1317447576?phrase=solenoide&adppopup=trueSlides 7 a 10 e 13 –
https://www.gettyimages.com.br/detail/foto/generic-car-battery-on-a-white-background-imagem-royalty-free/96656925?phrase=Bateria%2Bde%2BCarro
Referências
Material 
Digital