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Magnetismo - Campo Magnético


Í  N  D  I  C  E
   01 - Campo Magnético
  
02 - Leis de: Biot-Savart e Ampère
   03 - Espira Circular e Solenoide
   04 - Força Magnética
   05 - F. Magnética: Carga em Movimento
  06 - Força Magnética: Condutor Reto
   07 - Indução Eletromagnética: Lei de Lenz
   08 - Lei de Faraday-Neumann
   09 - Corrente Alternada
   10 - Ondas Eletromagnéticas








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  Campo Magnético                                                 

Magnetismo é a parte da Física que estuda a propriedade magnética da matéria e seus Campos Magnéticos, sejam eles gerados por ímãs permanentes, pela Terra ou por correntes elétricas. ​

Introdução

Desde a Grécia Antiga já eram conhecidas às propriedades de um determinado minério de ferro encontrado na região da Magnésia, que hoje é conhecido como Magnetita, cuja fórmula é Fe3O4.

Será que você tem um pedacinho deste minério em sua casa?

Ele é conhecido como “ímã permanente”, popularmente denominado “ímã de geladeira”.

A história mostra que os chineses, já em 1.100 a.C., utilizavam pedaços de magnetita na forma de losangos, que se alinhavam com os polos geográficos da Terra (Norte e Sul). Tais engenhocas utilizadas pelos chineses, conhecemos hoje pelo nome de Bússola.

William Gilbert (1540 – 1630), médico inglês, em sua obra “Sobre o Magnetismo, Corpos magnéticos e o Grande Ímã Terra, 1.600”, demonstrou que a Terra era um grande ímã e que o "polo norte"  era capaz de atrair o "polo sul” de outro ímã.

Portanto, concluímos que:

“Os ímãs possuem dois polos, Norte (N) e Sul (S), sendo que, os polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem.”



Para pensar

Considerando que polos iguais se repelem, por que o polo norte do ímã de uma bússola se alinha com o polo Norte Geográfico da Terra?

Campo Magnético

Na eletrostática, existem dipolos elétricos (por exemplo, um dielétrico polarizado), que contém cargas elétricas positivas em uma extremidade e negativas na outra.

Porém, podemos separar tais cargas elétricas, ou seja, podemos ter cargas puntiformes negativas ou positivas.

A principio, podemos tentar utilizar o mesmo conceito para o ímã, porém, a experiência mostra que não é possível termos Monopolos Magnéticos, ou seja:

“Se dividirmos um ímã em dois pedaços, não iremos obter um “pedaço do ímã” apenas com Polo N e outro com Polo S, e sim "dois ímãs menores"”.


Até agora falamos apenas de ímãs permanentes, mas será que existem outros tipos de ímãs?

Em 1820 houve uma mudança na história do magnetismo, realizada por Oersted (Hans Christian Oersted, 1777 – 1851), com a descoberta de que a passagem de corrente elétrica por um condutor causava uma interferência na agulha de uma bússola posicionada próximo ao mesmo.

A figura a seguir mostra um esquema onde a agulha de uma bússola está alinhada a um fio condutor que está ligado a uma lâmpada L e uma fonte com ddp U quando a chave Ch está aberta.


A figura a seguir mostra o esquema acima quando a chave Ch é fechada produzindo no circuito uma corrente elétrica de intensidade i, ocasionando um desvio na agulha da bússola.



A conclusão que se chega é:

"O movimento de cargas elétricas produz um campo ao seu redor, denominado de Campo Magnético."

Pelo fato de não haver monopolo magnético (existem muitas pesquisas a respeito, mas nada de concreto), fazendo uma analogia com a eletrostática, podemos descrever o Campo Magnético (B) produzido por um ímã como sendo parecido com o Campo Elétrico produzido por duas cargas elétricas puntiformes com sinais opostos.

Graficamente, as linhas de indução do campo magnético saem do Polo Norte e chegam ao Polo Sul, sempre das extremidades do ímã, como ilustram as figuras abaixo.





Nota: o Campo Magnético no interior de um ímã no formato de um “U” (conhecido como “ímã de ferradura”) é constante (uniforme).

No SI (Sistema Internacional de Medidas), a unidade que representa a intensidade do campo magnético é o tesla [ T ].  (Nicolas Tesla, 1856 – 1943)

A figura a seguir exibe a foto de um campo magnético real onde limalha de ferro se distribui ressaltando as Linhas de Indução do Campo Magnético gerado pelo ímã.

Fonte: "www.zdnet.com"

Substâncias Magnéticas

A principio, todo material posto na presença de um campo magnético, sofre a influência do mesmo, ou seja, está sujeito aos efeitos causados pelo campo.

De acordo com o comportamento dos materiais, podemos classificá-los em: diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos.


Diamagnéticos

Na presença de um campo magnético, se opõem ao mesmo, ou seja, são levemente repelidos pelo campo.

São exemplos destes materiais: cobre, prata, chumbo, bismuto, etc.

Paramagnéticos

Na presença de um campo magnético, se alinham com o mesmo, ou seja, são levemente atraídos pelo campo.

São exemplos destes materiais: sulfato de cobre, manganês, alumínio, estanho, ar, etc.

Nota: como os efeitos magnéticos nos materiais diamagnéticos e paramagnéticos são relativamente fracos, eles são considerados muitas vezes como materiais não magnéticos.

Ferromagnéticos

As propriedades dos ferromagnéticos são bem diferentes daquelas apresentadas para os dois casos anteriores.

Quando um Material Ferromagnético é colocado na presença de um Campo Magnético, ele tem a propriedade de se magnetizar (imantar) fortemente, aumentando a intensidade do campo magnético do qual ele está submetido.

As substâncias ferromagnéticas formam um grupo mais restrito, se limitando ao ferro, níquel, cobalto e as ligas formadas por esses elementos.

Portanto, as substâncias ferromagnéticas são utilizadas quando se pretende aumentar a intensidade de um campo magnético, sendo uma aplicação prática a construção de eletroímãs.

Histerese Magnética

A Histerese (do grego: atraso), é uma importante propriedade apresentada pelas substâncias ferromagnéticas, que consiste num retardo na desmagnetização da mesma.

O que se observa é que após ser retirada da presença de um campo magnético, a substância ferromagnética continua imantada.

No caso do aço temperado, por exemplo, podemos construir o que denominamos de “ímãs permanentes”.

Já no denominado “ferro doce” o fenômeno da histerese magnética praticamente não ocorre, o que é um fato importante para a construção de eletroímãs, por exemplo.

A figura a seguir mostra um gráfico característico do fenômeno da histerese magnética, onde a largura entre as duas linhas do gráfico na vertical representa o retardo no tempo entre a magnetização e desmagnetização.


Campo Magnético Terrestre

O estudo do campo magnético da Terra tem interesse prático na navegação, na comunicação, na prospecção mineral, entre outros. Esse campo tem uma configuração semelhante à de um grande ímã em forma de barra, cujo polo sul está próximo do polo norte geográfico da Terra, como representado na figura a seguir, por meio de linhas de campo magnético.



O módulo do campo magnético da Terra varia de 20 µT a 60 µT, mas, devido às condições geológicas presentes em determinados locais, ele pode diferir bastante do valor esperado para aquela região. Na maior parte dos pontos na superfície da Terra, o campo magnético não é paralelo à superfície. Por isso, em geral, ele é especificado por meio de suas componentes horizontal, na direção Norte-Sul e vertical.

Fonte: “http://lilith.fisica.ufmg.br”


Exercícios Resolvidos

01 – (UFPA) A Terra é considerada um imã gigantesco, que tem as seguintes características:

a) O polo Norte geográfico está exatamente sobre o polo sul magnético, e o Sul geográfico está na mesma posição que o norte magnético.

b) O polo Norte geográfico está exatamente sobre o polo norte magnético, e o Sul geográfico está na mesma posição que o sul magnético.

c) O polo norte magnético está próximo do polo Sul geográfico, e o polo sul magnético está próximo do polo Norte geográfico.

d) O polo norte magnético está próximo do polo Norte geográfico, e o polo sul magnético está próximo do polo Sul geográfico.

e) O polo Norte geográfico está defasado de um ângulo de 45 ° do polo sul magnético, e o polo Sul geográfico está defasado de 45 ° do polo norte magnético.

Resolução:

a) Há um ângulo de aproximadamente 11,7 ° entre as direções dos eixos dos campos magnético e geográfico. (Falsa)

b) Além de não se sobreporem (item a), o Norte geográfico está próximo ao sul magnético. (Falsa)

c) A afirmação é Verdadeira.

d) O polo norte magnético está próximo do polo Sul geográfico. (Falsa)

e) Como visto no item (a), o ângulo não é de 45 °. (Falsa)

02 – (UFB) Pares de imãs em forma de barra são dispostos conforme indicam as figuras a seguir:


A letra N indica o polo Norte e o S o polo Sul de cada uma das barras. Entre os imãs de cada um dos pares anteriores (a), (b) e (c) ocorrerão, respectivamente, forças de:

a) atração, repulsão, repulsão;

b) atração, atração, repulsão;

c) atração, repulsão, atração;

d) repulsão, repulsão, atração;

e) repulsão, atração, atração.

Resolução:

Letra (a): o polo sul de um dos ímãs está próximo ao polo norte do outro, portanto, haverá atração entre os dois ímãs.

Letra (b): o polo sul (norte) de um dos ímãs está próximo ao polo sul (norte) do outro e, portanto, haverá repulsão entre os dois ímãs.

Letra (c): o polo sul de um dos ímãs está próximo ao polo sul do outro, portanto, haverá repulsão entre os dois ímãs.

Resposta: alternativa a.