Campo Magnético e Magnetismo

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CAPÍTULO 5 
 
ELETRICIDADE E MAGNETISMO PARTE 3 
 
 
5.5 CAMPO MAGNÉTICO 
 
 
No estudo do campo elétrico foi visto que o mesmo era criado por cargas 
elétricas, isto é, cargas estáticas eram fontes de campos eletrostáticos. Já o 
campo magnético (B) observou-se experimentalmente duas formas distintas de 
geração. A primeira forma ocorre através de correntes elétricas, isto é, cargas em 
movimento, como aquelas que percorrem um fio condutor em um circuito 
elétrico. O segundo mecanismo de geração do campo B ocorre através de ímãs 
naturais ou magnetos, que são pedras encontrados na natureza que tem a 
propriedade de se alinhar na direção Norte-Sul quando suspensas por seus 
centros de massa. 
O magnetismo já era conhecido a milhares de anos, entretanto até bem 
recentemente (1832) os únicos ímãs conhecidos eram as rochas magnéticas 
chamadas magnetitas ou ímãs naturais, formada de óxido de ferro (Fe3O4) e que 
tinham a propriedade de atrair pequenos fragmentos de ferro. 
A palavra magnetismo deriva do distrito de Magnésia na Ásia Menor onde 
foram achadas as magnetitas. Os efeitos desses materiais são mais intensos nas 
regiões do ímã denominada polos, classificada como polo Norte e polo Sul e, 
ilustrado na Fig. 5-23 que mostra a representação do campo magnético de um 
ímã natural através das linhas de campo. 
Por convenção, o sentido das linhas de campo é representado do Sul para o 
Norte no interior do ímã e do Norte para o Sul fora do ímã. A Fig. 5-24 destaca 
que polos de mesma natureza se repelem, isto é, Norte repele Norte e Sul repele 
Sul, por outro lado polos diferentes se atraem, isto é, polo Norte atrai polo Sul e 
polo Sul atrai polo Norte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 5.24. Interação entre duas barras magnetizadas. 
N N 
S 
S 
N S S N 
Fig. 5.23. Representação das linhas de campo de um ímã natural. As 
linhas saem do ímã pelo polo norte e entram pelo polo sul. 
 
N S 
 
 
 
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No caso do uso de uma bússola, como ilustrada na Fig. 5-25 você estará 
usando o campo magnético da Terra para encontrar a direção geográfica norte-
sul. De fato, a Terra pode ser considerada como um ímã gigante, cujo modelo do 
campo magnético é rigorosamente aquele que resultaria de um pequeno e 
poderoso ímã próximo do centro da Terra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Fig. 5-26 representa a ilustração do campo magnético da Terra. Pelo fato 
de que o polo norte da agulha de uma bússola aponta para o norte geográfico, 
conclui-se que o polo magnético da Terra próximo do extremo norte é um polo 
sul magnético, enquanto que o polo magnético próximo do extremo sul é um 
polo norte magnético. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 N 
S 
 
0º 
 180º 
9
0
º 2
7
0
º O
 E
 
NO 
S
E
 
N
E
 
S
O
 
Fig. 5-25. Bússola magnética usada para localização dos pontos 
geográficos. 
 
 
 
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Além dos ímãs naturais há também os ímãs artificiais que em geral são 
barras de ferro ou de aço que receberam as propriedades magnéticas por um 
processo denominado imantação. Tal processo pode ser por atrito, quando uma 
barra é atritada a um ímã natural; por indução, quando exposta por um tempo ao 
campo de um ímã permanente; e finalmente quando um material ferromagnético 
é enrolado por um fio condutor conduzindo uma corrente. A possibilidade de 
produzir ímãs artificiais com formas específicas, encontra grande aplicação nas 
indústrias. 
 
 
1. Procedimento Experimental  Construção de uma bussola 
 
O objetivo desse experimento é que você construa uma bússola usando 
materiais simples que podem ser adquiridos ou confeccionados como os 
descritos a seguir: ímã em forma de U ou de barra; duas grandes agulhas; uma 
rolha de cortiça; pedaço de cartão fino; lápis; tesoura; fio de nylon ou linha de coser; 
fita adesiva e esmalte (diferentes cores). 
 
 
Equador 
Norte 
Verdadeiro 
 Eixo Magnético 
“Sul-Magnético” 
S 
N 
Fig. 5-26. Esboço do campo magnético da Terra 
 
 
 
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5 
 
 
 
De posse desses materiais proceda da seguinte forma: 
 
1. De posse de um ímã em forma de “U” (ou em barra), pinte suas faces ou 
extremidades com cores distintas (pode ser esmalte preto e branco ou 
colorido), a fim de identificá-los; 
2. Depois com a linha amarre-o pelo seu centro de massa e estenda-o 
livremente de modo a deixá-lo livre; 
3. Tenha o cuidado de não aproximar de materiais contendo ferro para não 
influenciar seu movimento, o mesmo oscilará em torno de seu eixo e 
tenderá a parar com uma das extremidades, apontando na direção norte; 
4. Observe qual extremidade aponta para o norte e identifique-a. 
 
 
Fazendo sua própria bússola 
 
5. Para fazer sua própria bússola, primeiro magnetize duas grandes 
agulhas, como as da Fig. 5-27. Para torná-las em ímãs, segure a ponta e 
esfregue-a firmemente na extremidade de um ímã. Faça cada esfregão 
na mesma direção, nunca no sentido de vai e vem, e afaste bem o ímã 
antes de fazer a próxima esfregada; 
6. Suspenda cada uma das agulhas em uma linha para ter certeza que elas 
estão adequadamente magnetizadas e encontre qual extremidade aponta 
para o norte; 
 
 
Fig. 5-27. Bussola magnética. 
 
 
 
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7. Desenhe dois triângulos unidos pela mesma base em um cartão ou 
cartolina, formando um losango. Em cada triangulo desenhe os pontos 
do ímã (N e S). Corte um furo no meio e passe as agulhas através do 
furo, no lado inferior, passe uma fita adesiva por ambas com seu polo 
sul magnético apontando para o norte geográfico; 
8. Deixe uma pequena brecha entre as agulhas de modo que você possa 
equilibrar o cartão em seu centro numa pequena haste de cobre 
sustentada numa base feita com o próprio arame ou com cortiça; 
9. Com sua bussola caseira, deixe-a livre para apontar a direção norte, 
depois aproxime de um polo do ímã em barra, afaste e aproxime do 
outro polo do ímã. Verifique o que acontece. Justifique sua resposta. 
 
 
5.6 Indução Magnética e Fluxo Magnético 
 
Analogamente ao campo elétrico, o campo magnético também pode ser 
representado por meio de linhas de força, denominadas linhas de indução 
magnética, que em cada ponto têm direção e o sentido do vetor indução 
magnética B, comumente chamada de campo magnético. 
 O número total de linhas de indução que atravessam uma superfície é 
denominado de fluxo magnético através da superfície. Em um campo 
magnético onde B tem mesmo módulo, direção e sentido em cada ponto, as 
linhas de indução são retas paralelas, e o campo é dito uniforme, como está 
representado no desenho inferior da Fig. 5-24. Portanto, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em símbolos, o fluxo magnético é representado por, 
 
 
 
 
 
 
 
Na expressão acima, A representa a seção transversal atravessada pelas 
linhas de indução do campo B. 
O número total de linhas de indução que atravessam uma superfície 
é denominado de fluxo magnético através da superfície. 
 B BA 
 
 
 
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Unidade do Campo Magnético (B) no SI 
 
 
 
( ) / ( ) /
1 1 1 ( )
( ) / ( ) /
newton N coulomb C N C
tesla T
metro m segundo s m s
  
 
 
O valor de 1T corresponde a um campo magnético muito intenso. Na 
superfície da Terra (no plano equatorial), o valor do campo magnético é da 
ordem de ≈ 0,3 × 10- 5 T. 
 
 
Unidade de Fluxo Magnético () no SI 
 
 
 
 
 
2 21 ( ) ( ) .tesla T metro metro m T m   
 
 
5.7 Força Magnética Sobre uma Carga em Movimento 
 
 Vimos anteriormente que se uma carga elétrica em repouso é colocada na 
presença de outra carga, seus campos interagirão, promovendo a ação de uma 
força elétrica mútua como resposta da interação dessas cargas. Contudo,se 
colocarmos uma carga “q” também em repouso na presença do campo de um 
ímã, essa carga não sofrerá ação de nenhuma força magnética. Mas, se essa 
carga for deslocada com uma velocidade v, e em particular, perpendicular à 
direção do campo desse ímã, verifica-se a ação de uma força magnética atuando 
sobre a carga, descrita da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 Em símbolos, 
 
A força magnética é igual ao produto da carga da partícula vezes 
sua velocidade vezes o campo magnético induzido. 
 
 
 
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Nesse caso particular, em que a partícula se move perpendicular a direção 
do campo magnético, a ação da força magnética fará com que a partícula 
descreva uma trajetória circular em torno das linhas de campo magnético. 
Um dos fenômenos visuais mais impressionantes observados de algumas 
regiões da Terra, são as auroras boreais e austrais, um desfile de nuvens 
coloridas cruzando os céus, surge em consequência da interação de partículas 
carregadas provenientes do Sol com as linhas de campo magnético da Terra, nas 
regiões de alta atmosfera, acima dos 100 quilômetros de atitude. 
 
 
Campo Magnético Produzidos por Corrente Elétrica 
 
O cientista dinamarquês Hans Christian Oersted (1775-1851) foi quem 
primeiro observou que uma corrente elétrica provocada pelo movimento de 
cargas elétricas modificava a orientação da agulha de uma bússola localizada 
próximo ao circuito de corrente. Essa foi a primeira evidencia de uma conexão 
entre eletricidade e magnetismo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Da mesma forma que toda carga elétrica em repouso, cria ao redor de si 
um campo elétrico, e que toda interação entre cargas estáticas se dá via campo, é 
conveniente supor que toda carga móvel crie ou origine no espaço que a 
circunda, um campo magnético, e que é este campo que atua sobre qualquer 
outra carga móvel. O campo magnético, contudo, só atua sobre a partícula 
quando esta se acha em movimento. 
 
 
 
 
 
Uma corrente elétrica fluindo em um fio estabelece um 
campo magnético em torno de si. 
 
 F qvB 
 
 
 
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2. Procedimento Experimental - Relação entre corrente elétrica e campo 
magnético 
 
Esse experimento ajudará a compreender como uma carga em movimento 
(corrente elétrica) através de um fio, induz um campo magnético ao seu redor. 
 De posse de uma bussola, 15 cm de fio de cobre, 1 interruptor, 2 hastes de 
metal pequena para suporte do fio condutor, suporte para 2 pilhas pequenas e 
base de madeira (15 cm x 15 cm) pode-se construir um aparato como o ilustrado 
na Fig. 5-28, observando o seguinte fenômeno: 
 
1. Coloque a bússola com a agulha apontando paralelamente na direção do 
fio, como mostra a figura; 
2. Toque o interruptor para liga-lo e desligue-o em seguida. Repita o 
procedimento algumas vezes; 
3. Observe a bússola cada vez que você ligar e desligar o interruptor. O 
que acontece? Justifique sua resposta; 
4. Tente novamente colocando a agulha da bússola perpendicular ao fio e 
repita o procedimento anterior. O que acontece? Justifique sua resposta; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Quando o interruptor é ligado, uma corrente fluirá pelo fio que por sua vez 
induzirá um campo magnético ao seu redor, portanto, perpendicular a direção do 
fio. Se você repetir a experiência colocando uma bussola com sua agulha 
paralela à direção do fio, esta irá sentir a presença do campo fazendo a agulha 
Fig. 5-28. Bússola magnética para 
medir a presença do campo 
magnético criado por uma corrente 
elétrica. 
 
I haste 
haste 
fio 
bússola 
 
 
 
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defletir acusando assim o campo produzido pela corrente pelo fio. Se você 
colocar a bussola, de modo que sua agulha fique perpendicular ao fio, ao ligar o 
interruptor, nenhuma deflexão será observada na agulha. Por que?