Campo magnético

Campo magnético é uma região do espaço capaz de exercer forças sobre cargas elétricas em movimento e em materiais dotados de propriedades magnéticas. O campo magnético é uma grandeza física vetorial medida em tesla (T). Tanto o campo magnético produzido pelos ímãs naturais quanto aquele gerado por ímãs artificiais são resultado da movimentação das cargas elétricas no interior dos ímãs.

O que é campo magnético?

Quando uma partícula eletricamente carregada move-se, dá-se origem a um campo magnético. De acordo com as leis do eletromagnetismo, esse campo magnético origina-se da variação de intensidade do campo elétrico.

Nos materiais magnéticos, como nos ímãs naturais, o campo magnético é resultado do alinhamento de um grande número de domínios magnéticos, que são regiões microscópicas no interior do ímã, dotadas de um campo magnético, como se fossem pequenas bússolas. A forma como os domínios magnéticos estão organizados define qual é o tipo de magnetismo presente no material.

Na figura a seguir, mostramos como são dispostos os domínios magnéticos de materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos, observe:

Os materiais ferromagnéticos são aqueles que respondem fortemente à presença de um campo magnético externo; materiais diamagnéticos são repelidos pelo campo magnético; e, por fim, os materiais paramagnéticos são levemente atraídos por campos magnéticos externos.

Todo campo magnético é dotado de dois polos magnéticos, chamados de polo sul e polo norte. Ambos dizem respeito ao sentido do vetor campo magnético, que sai e entra no polo norte, assim como fazem as linhas do campo magnético, que serão definidas adiante. Ademais, Não é possível que exista um campo magnético com somente um desses polos, em respeito a uma das leis do eletromagnetismo que prevê a não existência de monopolos magnéticos.

Linhas de campo magnético

Na figura mostramos as linhas de campo magnético, usadas como um artifício para facilitar a visualização do campo. Uma vez que o campo magnético é uma grandeza vetorial, cada um dos infinitos pontos do espaço localizados nos arredores de um ímã apresenta um módulo, uma direção e um sentido. Dessa forma, representá-lo seria uma tarefa muito difícil se não fosse o uso das linhas.

As linhas de campo magnético ou linhas de indução são representadas pela tangente do vetor campo magnético naquela região do espaço. Vamos conferir as propriedades delas.

• São sempre fechadas, uma vez que não existe monopolo magnético.
• Sempre emergem do polo norte magnético e sempre imergem no polo sul magnético, bem como o vetor de campo magnético sempre aponta no sentido do norte magnético.
• A densidade delas indica a intensidade do campo magnético naquela região.
• Elas nunca se cruzam.

Fontes e fórmulas do campo magnético

Existem diferentes fontes de campo magnético. Elas afetam a forma como o campo é distribuído no espaço, e, por isso, é importante conhecer algumas delas, bem como as fórmulas usadas para calculá-las. Começaremos com o campo magnético produzido por uma corrente elétrica.

Campo magnético gerado por uma corrente elétrica

Quando uma corrente elétrica percorre um fio condutor retilíneo, um campo magnético circular forma-se ao longo de toda a sua extensão. As linhas de indução desse campo são concêntricas em relação ao fio. O seu sentido é determinado pela regra da mão direita, de acordo com ela, quando apontamos o polegar no sentido da corrente elétrica, os demais dedos da mão fecham-se no sentido do campo magnético.

O campo magnético produzido por uma corrente elétrica, denotado pelo símbolo B, pode ser calculado pela fórmula a seguir:

B – campo magnético (T)

μ₀ – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10 ^–7 T.m/A)

i – corrente elétrica (A)

R – distância ao fio (m)

Campo magnético de uma espira condutora

Uma espira é um fio condutor fechado, em formato circular. O campo magnético produzido na região central dela pode ser calculado pela fórmula seguinte, confira:

Campo magnético de uma bobina (solenoide)

Bobinas, também conhecidas como solenoides, são formadas por um longo fio condutor enrolado diversas vezes, tratando-se, portanto, da combinação de um grande número de espiras.

A fórmula usada para calcular o campo magnético no interior do solenoide é esta:

N – número de voltas do solenoide

L – comprimento do solenoide

Campo magnético terrestre

O campo magnético terrestre origina-se do movimento relativo ao núcleo e à crosta terrestre, uma vez que essas estruturas giram em diferentes velocidades. A presença de íons no conteúdo magnético do núcleo terrestre e sua rotação dão origem a um campo magnético tridimensional, que pera todo o planeta e protege a nossa atmosfera, fazendo com que ela não seja varrida pelas partículas emitidas pelo Sol, conhecidas como vento solar. A interação entre essas partículas e o campo magnético terrestre dá origem às auroras polares.

As linhas de campo magnético da Terra emanam de uma região próxima ao polo sul geográfico, e o mesmo acontece com o polo sul magnético, em que as linhas de campo magnético imergem. Os polos magnéticos e geográficos não são coincidentes devido ao plano de rotação da Terra, que é diferente do plano formado pela Linha do Equador.

A figura mostra o formato das linhas de campo magnético da Terra, confira:

Caso tenha maior interesse no tema deste tópico, e nosso texto: Campo magnético terrestre.

Exercícios sobre campo magnético

Questão 1) Calcule a intensidade do campo magnético produzido por um fio condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,5 A, a uma distância de 50 cm do fio.

Dados: μ₀ = 4π.10 ^–7 T.m/A

a) 2.10 ^–7 T

b) 2π.10 ^–7 T

c) 5,0.10 ^–6 T

d) 2,5.10 ^–7 T

e) 4,0.10 ^–3 T

Gabarito: Letra b

Resolução:

Com base nos dados fornecidos pelo enunciado, calcularemos o campo magnético produzido pelo condutor retilíneo, observe:

Após o cálculo, descobrimos que a intensidade do campo magnético é de 2π.10^-7 T.m/A.

Questão 2) Com base em seus conhecimentos e de acordo com o texto, assinale a alternativa correta com relação às linhas de indução:

a) As linhas de indução são linhas abertas, que saem do norte magnético e entram no sul magnético.

b) As linhas de indução saem do polo sul magnético e entram no polo norte magnético.

c) As linhas de indução são sempre fechadas e representam a tangente dos vetores de campo magnético.

d) A concentração de linhas de indução em uma região do espaço é inversamente proporcional à intensidade do campo magnético dessa mesma região.

e) As linhas de campo magnético são usadas como um artifício para representar o módulo, a direção e o sentido do campo magnético.

Gabarito: Letra c

Resolução:

Devemos lembrar-nos de que as linhas de indução são, na verdade, as tangentes dos vetores de campo magnético. Além disso, são sempre fechadas, emergindo do norte magnético e imergindo no sul magnético. Portanto, a alternativa correta é a letra c.

Questão 3) Um solenoide de 10 cm de comprimento e 500 voltas é percorrido por uma corrente elétrica de 1,0 A. Determine a intensidade do campo magnético produzido no interior do solenoide.

Dados: μ₀ = 4π.10 ^–7 T.m/A

a) 2π.10 ^–3 T

b) 4π.10 ^–7 T

c) 4π.10 ^–3 T

d) 4.10 ^–4 T

e) π.10 ^–3 T

Gabarito: Letra a

Resolução:

Por meio da fórmula do campo magnético do solenoide e com base nos dados fornecidos no enunciado, devemos fazer o seguinte cálculo, observe:

O cálculo mostra que a intensidade do campo magnético produzido no interior do solenoide é igual a 2π.10 ^–3 T. Dessa forma, a alternativa correta é a letra a.