Magnetismo e campo magnético

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 Física III 
 
 
 
MAGNETISMO E CAMPO MAGNÉTICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sumário 
 
Introdução .................................................................................................................................... 3 
Objetivos ....................................................................................................................................... 3 
 
1. Antecedentes Históricos ...................................................................................................... 3 
2. Campo Magnético ................................................................................................................. 4 
3. Conhecendo os Ímãs ............................................................................................................ 5 
3.1. Inseparabilidade dos Polos ............................................................................................... 5 
3.2. Dipolos Magnéticos e Momentos Magnéticos ................................................................... 6 
3.3. Domínios Magnéticos ......................................................................................................... 7 
3.4. Interação entre Ímãs .......................................................................................................... 7 
 
Exercícios ...................................................................................................................................... 9 
 
Gabarito ...................................................................................................................................... 10 
 
Resumo ....................................................................................................................................... 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introdução 
Nesta apostila teremos a oportunidade de estudar os conceitos e as definições 
de magnetismo, campo magnético e força magnética, conhecer o formalismo 
matemático associado entre estas grandezas físicas, entender, de forma ilustrativa, o 
comportamento do campo magnético, bem como compreender as características dos 
imãs. Está preparado(a) para esta jornada de conhecimento? Então, bons estudos! 
Objetivos 
• Entender os conceitos de magnetismo, campo magnético e força magnética; 
• Conhecer a expressão matemática que relaciona o magnetismo, o campo 
magnético e a força magnética; e 
• Compreender o funcionamento e as propriedades magnéticas dos imãs. 
 
1. Antecedentes Históricos 
Há mais de 2000 a.C. os gregos descobriram, em um município da Ásia, 
conhecido como Magnésia, que certas pedras (minérios naturais de óxido de ferro) 
tinham a propriedade de atrair pedaços de ferro tais pedras eram chamadas de pedra-
ímã. Na china os relatos sobre a pedra-ímã são datados de 220 a.C.. Estes minérios, 
chamados de magnetita (Fe3O4), apresentam forma cristalina isomérica e são 
constituídos, aproximadamente, de 73% de Ferro e 27% de Oxigênio. 
Há indícios de que por volta de 120 a.C. o conhecimento dos chineses sobre 
magnetismo já era equivalente ao dos europeus. Os chineses foram os primeiros a 
descobrir a propriedade diretiva da pedra-ímã, esta propriedade foi relatada por Liu 
An, que a descreveu como sendo a capacidade da pedra-ímã orientar-se em relação 
ao meridiano que liga o norte ao sul. Em 83 d.C. o chinês Wang Chhung descreveu uma 
bússola magnética rudimentar, e nos séculos seguintes ocorreu o surgimento das 
Bússolas Marítimas. 
No ano de 1600, William Gilbert, físico e médico inglês, investigou o fenômeno 
do magnetismo observando a agulha de uma bússola. Gilbert descobriu que a agulha 
se orienta em diferentes direções, dependendo da posição do observador em relação 
à Terra. Mais tarde, em 1750, John Michell (1724 – 1793) estudou de forma quantitativa 
a intensidade dos processos de atração e de repulsão dos polos magnéticos entre dois 
ímãs. As confirmações dos estudos de Michell foram concretizadas por Charles 
Augustin Coulomb (1736 – 1806). Coulomb descobriu que a força exercida entre duas 
cargas elétricas é semelhante à força entre dois polos magnéticos (Norte e Sul) de um 
ímã; lembrando que os polos magnéticos ocorrem sempre aos pares! Além disso, 
constatou que os polos magnéticos são inseparáveis. Ou seja, se um ímã for quebrado 
ao meio, surgem dois novos ímãs com polos magnéticos opostos. Novamente, se 
tentarmos separar os polos destes imãs, teremos quatro imãs com dois polos 
 
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magnéticos cada um, caracterizando, com isso, a inseparabilidade dos polos. Vale 
lembrar que iremos estudar os imãs mais adiante nesta apostila! Vale a pena conferir! 
Hans Christian Oersted, físico dinamarquês, descobriu em 1831 a relação 
entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Em seus experimentos, Oersted observou 
que a corrente elétrica influenciava no posicionamento da agulha de uma bússola. 
Experiências posteriores de Michael Faraday, Joseph Henry, André Marie Ampère e 
James Clarck Maxwell demonstraram outras relações entre a eletricidade e o 
magnetismo. 
Não pretendemos, neste breve relato histórico, esgotar o assunto sobre o 
magnetismo e suas conexões com a eletricidade, mesmo porque a evolução dos 
estudos na área da Física vem sendo intensificados por diversos Institutos de 
Pesquisa, Universidades e Pesquisadores de diversas partes do mundo. Na verdade, a 
intenção foi motivar ainda mais os estudos sobre o tema em questão. 
 
SAIBA MAIS! 
 
2. Campo Magnético 
É possível definir o vetor campo magnético �⃗� em um ponto P do espaço (este 
ponto é definido como o vetor força magnética 𝐹 𝐵 exercida sobre uma unidade de 
carga q que se move com velocidade 𝑣 ) de forma análoga ao estudo do vetor campo 
 
 
 
 
 
 
 
 
elétrico �⃗� ; visto na apostila sobre Campo Elétrico (aula 10 / tópico 2). Nestas 
condições, o campo magnético pode ser expresso da forma: 
 
�⃗� = 
𝐹 𝐵
𝑞�⃗� 
 [𝑇] 
Falando em magnetismo, você sabia que existem estudos sobre 
o magnetismo terrestre no Brasil? Isso mesmo! Existem 
pesquisadores que investigam o comportamento magnético em 
regiões brasileiras. 
 
�⃗� 
𝑣 
𝐹 𝐵 
𝑞 
 
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FIQUE ATENTO! 
 
 
3. Conhecendo os Ímãs 
Um ímã é formado pelos polos Norte e Sul. Para entendermos a existência do 
campo magnético ao seu redor é necessário conhecermos as linhas de campo 
magnético. Isso significa que o campo magnético pode ser representado por meio de 
linhas, as quais apresentam características específicas e serão estudas com detalhes 
na próxima apostila (tópico 5 / aula 38). No entanto, para o estudo sobre imãs, é 
necessário saber que as linhas de campo magnético saem do polo Norte e chegam ao 
polo Sul. Observe a Figura 1. 
01 
 Linhas de campo magnético de um imã. 
 
IMPORTANTE! 
 
 
 
3.1. Inseparabilidade dos Polos 
É impossível separar os polos de um ímã. Isso significa que à medida que um 
determinado imã é quebrado, surgem dois novos imãs. Se continuarmos quebrando 
A força magnética 𝐹 𝐵 que age sobre uma partícula de carga 
q movendo-se na velocidade 𝑣 na presença de um campo 
magnético �⃗� é sempre perpendicular a 𝑣 e a �⃗� . Não se 
esqueça! 
 
As linhas de campo magnético também existem no interior 
dos imãs. Porém, o fluxo é inverso. Ou seja, elas fluem do 
polo Sul para o polo Norte. 
 
 
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estes dois novos imãs, surgirão mais quatro novos imãs e assim sucessivamente. A 
Figura 2 ilustra a referida condição. 
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 Inseparabilidade dos polos de um imã.CAI NA PROVA! 
 
 
 
3.2. Dipolos Magnéticos e Momentos Magnéticos 
O dipolo magnético é a grandeza que determina quão forte é o ímã. A 
magnetização ocorre quando os dipolos permanentes ou induzidos são orientados 
por uma interação entre o material magnético e o campo magnético. Cada elétron, no 
átomo, possui dois momentos magnéticos. O momento magnético é simplesmente a 
força do campo magnético associada com o elétron. Os momentos magnéticos são 
causados pelas movimentações dos orbitais dos elétrons ao redor do núcleo e o spin 
dos elétrons, são causados pelas movimentações dos orbitais dos elétrons ao redor 
dos seus próprios eixos, conforme Figura 3. 
 
 
Até que ponto é possível dividir um imã mantendo as suas 
propriedades magnéticas? Esta questão pode ser 
respondida estudando e entendendo a teoria dos 
domínios magnéticos. Então, mãos a obra! 
 
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3 - Origem dos dipolos magnéticos: 
(a) O spin do elétron produz um campo magnético. 
(b) Elétrons orbitando ao redor do núcleo cria um campo magnético ao redor do átomo. 
 
3.3. Domínios Magnéticos 
Domínio magnético é uma região do material ferromagnético onde os átomos 
possuem o mesmo alinhamento magnético, comportando-se, desta forma, como 
pequenos ímãs. Estes ímãs, também conhecidos como dipolos magnéticos, quando 
submetidos a um campo magnético externo, alinham-se na direção de aplicação do 
referido campo, magnetizando o material. Este processo gradativo de magnetização 
pode ser observado na Figura 4. Confira! 
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Magnetização gradativa do material ferromagnético e alinhamento dos dipolos. 
 
3.4. Interação entre Ímãs 
Os imãs têm a propriedade de atrair ou repelir alguns materiais. Materiais 
ferromagnéticos, como o aço e o próprio ferro, são atraídos pelos ímãs; lembrando 
que a explicação para este fenômeno está na teoria dos dipolos magnéticos. Tendo 
em vista que as propriedades magnéticas dos ímãs se manifestam de forma mais 
acentuada em suas extremidades, os extremos de um ímã foram chamados de polos 
magnéticos. 
 
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Experimentos realizados com ímãs mostraram que, dependendo da interação 
entre os polos, ocorrem dois comportamentos distintos, são eles: atração e repulsão. 
Ou seja, se aproximamos o polo Norte de um ímã com o polo Norte de outro ímã 
ocorre o processo de repulsão. O mesmo fenômeno acontece quando interagimos 
dois ímãs com os polos Sul. Por outro lado, quando aproximamos dois ímãs com os 
polos Sul e Norte ocorre o processo de atração. A Figura 5 ilustra as situações 
descritas. Observe! 
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Fenômenos de atração e de repulsão entre ímãs. 
 
DICA 
 
 
 
É importante ressaltar que o estudo do magnetismo tem inúmeras aplicações 
práticas envolvendo o nosso cotidiano. Neste sentido, podemos mencionar os 
seguintes exemplos: funcionamento de motores elétricos e de transformadores de 
energia (aqueles encontrados em postes públicos de iluminação), construção de HDs 
(Hard Disk) de microcomputadores, campainhas residenciais, guindastes, trens 
maglev, entre outros. 
 
 
 
 
 
Polos magnéticos de mesmo nome (exemplos: Norte com 
Norte e Sul com Sul) se repelem enquanto polos 
magnéticos de nomes contrários (Norte com Sul ou Sul 
com Norte) se atraem. 
 
 
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PRATIQUE! 
 
 
Exercícios 
1) (CARLETO, 2019). De acordo com as afirmações a seguir, marque V (Verdadeiro) 
ou F (Falso). 
 
a) ( ) A magnetita é uma material isolante que atrai pedaços ferro. 
b) ( ) O vetor campo magnético é proporcional a quantidade carga no espaço. 
c) ( ) A teoria dos domínios magnéticos é essencial para o entendimento do 
processo de magnetização de um material ferromagnético. 
d) ( ) Polos de mesmo nome se atraem. 
e) ( ) A inseparabilidade dos polos é uma condição verdadeira para o estudo dos 
ímãs. 
 
 
2) (CARLETO, 2019). Assinale a afirmação incorreta. 
 
a) Externamente ao imã, as linhas de campo magnético saem do polo Norte e 
entram ao polo Sul. 
b) Internamente ao ímã, as linhas de campo magnético saem do polo Sul entram 
ao polo Norte. 
c) Polos de mesmo nome se repelem. 
d) Polos de nomes contrários se atraem. 
e) É possível separar os polos magnéticos de um ímã. 
 
 
3) (CARLETO, 2019). Em qual (ou quais) região (regiões) do ímã o campo 
magnético concentra-se com maior intensidade? Assinale a alternativa 
correta. 
 
a) No centro. 
b) Nas extremidades. 
c) No polo Norte. 
d) No polo Sul. 
e) Em seu interior. 
Para observar os processos de atração e de repulsão 
(interação entre ímãs), é possível realizar alguns 
experimentos simples, porém, interessantes. Basta você 
ter em mãos dois ímãs. Então, vamos praticar? 
 
 
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Gabarito 
Exercício 1 (comentários). 
Vamos analisar cada afirmação de forma separada. 
A afirmação (a) é falsa, tendo em vista que a magnetita não é um material isolante e, 
sim, um imã natural. 
A afirmação (b) também é falsa, já que o vetor campo magnético é inversamente 
proporcional à quantidade de carga. 
A afirmação (c) é verdadeira, uma vez que o processo de magnetização de um material 
ferromagnético está relacionado com a teoria dos domínios magnéticos. 
A afirmação (d) é falsa, visto que polos de mesmo nome se repelem. 
A afirmação (e) é verdadeira, tendo em vista que sem conhecer as propriedades dos 
imãs, lembrando que uma delas é a inseparabilidade dos polos, torna-se impossível 
realizar um estudo consistente sobre os ímãs. 
 
Exercício 2 (comentários). 
De acordo com os nossos estudos percebemos que as alternativas a, b, c e d estão 
corretas, respeitando, desta forma, a teoria do magnetismo. No entanto, a alternativa 
está incorreta, tendo em vista que, conforme a teria dos domínios magnéticos, é 
impossível separa os polos de um ímã. 
 
Exercício 3 (comentários). 
A intensidade do campo magnético de um ímã é maior em suas extremidades. Ou seja, 
nos polos Norte e Sul. 
Resumo 
As descobertas e os estudos do magnetismo evoluíram no decorrer dos séculos 
e, com isso, cientistas como Gilbert, Coulomb, Oersted e Faraday contribuíram 
acintosamente neste processo evolutivo. 
Conforme estudado, observamos que o vetor campo magnético �⃗� é 
proporcional ao vetor força magnética 𝐹 𝐵 e inversamente proporcional à velocidade 
𝑣 exercida sobre uma carga q no espaço, caracterizando, com isso, a expressão 
matemática para o cálculo da intensidade do campo magnético. 
 
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Com relação ao estudo dos ímãs, verificamos que os polos magnéticos são 
indissociáveis. A explicação para esta condição é a teoria dos domínios magnéticos. 
Outras propriedades relevantes do ímã são os processos de atração e de repulsão, as 
quais dependem da interação entre seus polos. 
 
 
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Referências bibliográficas 
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.;WALKER, J. Fundamentos de física. – eletromagnetismo. v.3. 
Tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biassi. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 
Referências imagéticas 
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/campo-magnetico.htm - Acessado em: 
02/02/2019 às 10h58min. 
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/15755/05_teoria_frame.ht
m - Acessado em: 02/02/2019 às 11h19min. 
http://www4.feb.unesp.br/dee/docentes/aquino/eletromag_I/eletromagI_teoria/cap13.pdf - 
Acessado em: 03/02/2019 às 11h42min.