F3_Aula 01 – Magnetismo: 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.
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.
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.
Exercícios Propostos
01 – (PUC–MG) A figura mostra o nascer do Sol. Dos pontos A, B, C e D, qual deles indica o Sul geográfico?
a) A b) B c) C d) D
02 – (UFB) Há três barras, AB, CD e EF, aparentemente idênticas. Experimentalmente, constata-se que:
I – A extremidade A atrai a extremidade D;
II – A atrai a extremidade C;
III – D repele a extremidade E.
Então:
a) AB, CD e EF são ímãs.
b) AB é ímã, CD e EF são de ferro.
c) AB é de ferro, CD e EF são ímãs.
d) AB e CD são de ferro, EF é ímã.
e) CD é ímã, AB e EF são de ferro.
03 – (FUVEST) A figura I representa um ímã permanente em forma de barra, em que N e S indicam, respectivamente, polos norte e sul. Suponha que a barra seja dividida em três pedaços, como mostra a figura II. Colocando os dois pedaços extremos, como indicado na figura III, é correto afirmar que eles:
a) se atrairão, pois A é o polo norte e B é polo sul.
b) se atrairão, pois A é polo sul e B é polo norte.
c) não serão atraídos nem repelidos.
d) se repelirão, pois A é polo norte e B é polo sul.
e) se repelirão, pois A é polo sul e B é polo norte
04 – (UNIFOR-CE) – Um ímã, com certeza, NÃO atrai:
a) uma arruela de ferro.
b) um prego.
c) uma lâmina de barbear.
d) uma panela de ferro.
e) uma caneca de alumínio.
05 – (UFSCar-SP) – Duas bússolas são colocadas bem próximas entre si, sobre uma mesa, imersas no campo magnético de suas próprias agulhas. Suponha que, na região onde as bússolas são colocadas, todos os demais campos magnéticos são desprezíveis em relação ao campo magnético das próprias agulhas.
Assinale qual dos esquemas representa uma configuração de repouso estável, possível, das agulhas dessas bússolas.
06 – (UFPEL) Considere um ímã permanente e uma barra de ferro inicialmente não imantada, conforme a figura a seguir. Ao aproximarmos a barra de ferro do ímã, observa-se a formação de um polo ______ em A, um polo ______ em B e uma ______ entre o ímã e a barra de ferro.
A alternativa que preenche respectiva e corretamente as lacunas da afirmação anterior é
a) norte, sul, repulsão
b) sul, sul, repulsão.
c) sul, norte, atração.
d) norte, sul, atração
e) sul, norte, repulsão.
07 – (FUVEST) Um objeto de ferro, de pequena espessura e em forma de cruz, está magnetizado e apresenta dois polos Norte (N) e dois polos Sul (S).
Quando esse objeto é colocado horizontalmente sobre uma mesa plana, as linhas que melhor representam, no plano da mesa, o campo magnético por ele criado, são as indicadas em
08 – (FUVEST) Três imãs iguais em forma de barra, de pequena espessura, estão sobre um plano. Três pequenas agulhas magnéticas podem girar nesse plano e seus eixos de rotação estão localizados nos pontos A, B e C. Despreze o campo magnético da Terra. A direção assumida pelas agulhas, representadas por (ó), é melhor descrita pelo esquema:
09 – (UFRS) A figura (a) representa uma metade magnetizada de uma lâmina de barbear, com os polos norte e sul indicados respectivamente pelas letras N e S. Primeiramente, esta metade de lâmina é dividida em três pedaços, como indica a figura (b). A seguir, os pedaços 1 e 3 são colocados lado a lado, como indica a figura (c).
Nestas condições, podemos afirmar que os pedaços 1 e 3 se __________, pois P assinala um polo __________ e Q um polo __________ .
A alternativa que preenche corretamente as lacunas na afirmativa anterior é:
a) atrairão – norte – sul
b) atrairão – sul – norte
c) repelirão – norte – sul
d) repelirão – sul – norte
e) atrairão – sul – sul
10 – (ITA) Um pedaço de ferro é posto nas proximidades de um ímã, conforme o esquema abaixo.
Qual é a única afirmação correta relativa à situação em apreço?
a) É o ímã que atrai o ferro.
b) É o ferro que atrai o ímã.
c) A atração do ferro pelo ímã é mais intensa do que a atração do ímã pelo ferro.
d) A atração do ímã pelo ferro é mais intensa do que a atração do ferro pelo ímã.
e) A atração do ferro pelo ímã é igual à atração do ímã pelo ferro.
Gabarito
Ex. 01 – alternativa d.
Ex. 02 – alternativa a.
Ex. 03 – alternativa e.
Ex. 04 – alternativa e.
Ex. 05 – alternativa b.
Ex. 06 – alternativa c.
Ex. 07 – alternativa a.
Ex. 08 – alternativa a.
Ex. 09 – alternativa d.
Ex. 10 – alternativa e.