INTRODUÇÃO:

Nesta experiência estudar-se-á magnetismo, as linhas de campo magnético geradas por imãs e por corrente elétrica, a força entre dois condutores percorridos por corrente elétrica, a dependência do campo magnético para com a corrente e a dependência deste para com a distância. Porém, para a correta compreensão deste trabalho algumas definições devem ser feitas sobre os assuntos tratados. Deste modo começar-se-á pela definição de magnetismo.

O magnetismo está intimamente ligado ao movimento dos elétrons nos átomos, pois uma carga em movimento gera um campo magnético. O número e a maneira como os elétrons estão organizados nos átomos constituintes dos diversos materiais é que vai explicar o comportamento das substâncias quando sobre influência de um campo magnético de uma segunda substância (leia sobre a Teoria dos Spins). Este é o fenômeno físico que consiste nas forças de atração e repulsão exercidas por certos metais, como o ferro-doce, o cobalto e o níquel, devido à presença de cargas elétricas em movimento.

A estrutura elétrica mais simples que se pode conceber é uma carga isolada, de modo que duas cargas de sinais contrários formam um dipolo elétrico, caracterizado por um momento de força ou magnitude física equivalente à que provoca o giro de uma barra rígida apoiada em um ponto fixo. Por analogia, definem-se os dipolos magnéticos, formados por dois pólos (norte e sul) que geram perturbações específicas acentuadas a seu redor, as quais se transmitem ininterruptamente entre ambos. A inexistência, porém, desses pólos magnéticos isolados constitui um dos aspectos fundamentais da ciência do magnetismo.

Denomina-se campo magnético à perturbação sofrida pelo espaço próximo a uma dessas fontes magnéticas. A magnitude fundamental do campo magnético é a indução de campo, representada habitualmente pelo símbolo B e dotada de caráter vetorial, já que depende tanto de seu valor numérico como da direção e sentido de máxima variação do campo. O vetor intensidade de campo magnético B é definido como uma derivação da indução magnética, e a razão pela qual possui a denominação reservada normalmente aos vetores básicos de campo é puramente histórica.

A detecção de um campo magnético em um meio é feita pela influência que exerce sobre uma bússola ou carga elétrica em movimento. Assim, pode-se definir a indução de campo magnético como a força que este exerce perpendicularmente sobre uma carga unitária de velocidade, também igual a um. A expressão matemática desta relação, chamada de Lorentz, éF = q v x Bem que a força F, a velocidade v e a indução B.

Tradicionalmente, em física estudam-se dois tipos de fontes de fenômenos magnéticos: os ímãs e as cargas livres nos condutores, que transmitem uma corrente elétrica.

Também relevante no estudo do magnetismo é o chamado fluxo magnético, representado graficamente por linhas de indução através das quais se define a unidade de fluxo. Assim, um campo magnético de indução B de um tesla é representado como uma linha de indução por metro quadrado, denominada weber. A indução corresponde ao fluxo por unidade de superfície perpendicular ao campo e é também chamada densidade de fluxo. Além do weber, unidade internacional, emprega-se também como unidade de fluxo do sistema eletromagnético o maxwell, segundo  a relação 1 weber = 108 maxwells.

Verificar-se-á estes e outros conceitos a partir de experiências no laboratório com óleo, farinha de mandioca, o gerador de Van de Graaff, eletrodos retos e puntiformes, sondas metálicas, fonte de tensão (0 a 50 V) e voltímetros de corrente contínua.

OBJETIVOS:

- Descrever campos magnéticos produzidos por imãs e correntes elétricas;

- Verificar o efeito de uma corrente elétrica sobre uma agulha imantada;

- Investigar a dependência do campo magnético com a corrente e com a distância ao fio percorrido pela corrente.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Material utilizado:

- Fonte de tensão/corrente contínua (0 a 5 A);

- Amperímetro;

-Imãs cilíndricos (2);

- Imã retangular (1);

- Bússola (agulha imantada);

-Espiras retangulares (2);

- Limalhas de ferro;

- Fios de cobre/constantan;

-Placas de plástico (2);

- Trena/régua;

- Suportes;

- Cabos de conexão;

- Garras de jacaré;

As experiências foram divididas em duas partes (parte A e parte B), para organização dos temas a serem tratados.

A parte A constou da experiência para a visualização das linhas de campo magnético. Esta ainda foi dividida em três subitens: 1- Linhas de campo magnético gerado por imãs; 2 – Linhas de campo magnético gerado por correntes elétricas; 3 – Força entre condutores percorridos por corrente elétrica.

Comerçar-se-á pelo primeiro subitem:

1 – Linhas de campo magnético gerado por imãs:

Primeiramente, colocou-se um imã cilíndrico verticalmente sob a placa de plástico sem furos e pulverizou-se um pouco de limalha de ferro sobre ela. Bateu-se levemente na placa para melhor visualização das linhas de campo magnético formadas.

Logo após, colocou-se um outro imã cilíndrico sob a placa a cerca de 5 cm do primeiro, de modo que ambos ficaram com o mesmo pólo para cima. O procedimento anterior foi repetido e novas linhas de campo foram formadas e visualizadas.

O mesmo foi feito, porém, agora com um dos imãs invertidos.

E em seguida, os imãs cilíndricos foram retirados e colocado no lugar um imã retangular sob a placa de plástico. Pulverizou-se a limalha de ferro e observou-se as linhas de campo magnético formadas.

2 – Linhas de campo magnético gerado por correntes elétricas:

Substituiu-se a placa de plástico sem furos pela placa furada e fez-se passar pelo furo uma espira retangular, fixa no suporte. Deste modo, pulverizou-se limalhas de ferro sobre a placa e ligou-se a fonte de modo a fazer circular pela espira uma corrente de 4 Ampéres (A). Observou-se as linhas de campo magnético construídas.

Logo após ligou-se a segunda espira em série com a primeira, fazendo-a passar pelo segundo furo da placa, de modo que as correntes ficassem com o mesmo sentido ao passar pelos furos. A observação das linhas formadas foi realizada.

E por último, foi invertido o sentido de uma das correntes e observou-se o que ocorria.

3 – Força entre condutores percorridos por corrente elétrica:

Retirou-se as espiras das placas e colocou-as uma ao lado da outra, afastadas cerca de 1,0 cm. Fez-se passar uma corrente de 4,0 A por ambas, de modo que no trecho mais próximo elas fossem paralelas. Observou-se e descreveu-se que uma atraia a outra.

Em seguida, o sentido da corrente foi invertido em uma delas a observação foi repetida, percebendo-se que agora, uma repelia a outra.

A observação dos resultados e das linhas de campo magnéticas em cada um destes subitens será discutido na parte de “Análise de dados” do relatório.

Já a parte B, denominada “Campo Magnético gerado por uma corrente elétrica”, foi subdividida em dois itens.

1 – Dependência do campo com a corrente;

Colocou-se a bússola sobre uma superfície horizontal e fez-se com que o norte coincidisse com o zero da escala.

Passou-se um fio de cobre a 1,0 cm acima da agulha da bússola e orientou-o no sentido Norte-Sul.

Ligou-se o circuito de modo que uma corrente de 3,0 A percorresse o fio no sentido Sul – Norte. Inverteu-se o sentido da corrente e observou-se o que ocorreu com a agulha.

Com a corrente circulando no sentido Norte-Sul, mediu-se o ângulo de deflexão α da agulha da bússola para correntes de 1,0 A; 2,0 A; 3,0 A e 4,0 A.

2 – Dependência do campo com a distância;

Com uma corrente igual a 3,0 A circulando no sentido Norte-Sul, mediu-se o ângulo α de deflexão da agulha variando a altura do fio de modo que sua distância à agulha da bússola fosse de 1,0 cm; 2,0 cm; 3,0 cm e 4,0 cm.

TABELAS:

A experiência na parte A não possui nenhuma tabela, porém as referentes à experiência da parte B serão aqui constadas.

Tabela 1: Dependência do ângulo de deflexão da agulha com a corrente

I (A) α (º)

1,0 30

2,0 45

3,0 55

4,0 60

Tabela 2: Dependência do ângulo de deflexão da agulha com a distância do fio

ρ (cm) α (º)

1,0 55

2,0 50

3,0 45

4,0 35

GRÁFICOS:

Estes gráficos representam a experiência da parte B.

Com os dados da tabela 1 é possível montar estes gráficos abaixo apresentados onde várias curvas foram experimentadas a fim de descobrir qual chegaria mais perto da disposição dos pontos medidos.

Regressão PolinomialY = A + B1*X + B2*X^2

Parâmetro Valor ErrosA 10 3,31584E-13B1 22,5 3,02498E-13B2 -2,5 5,95543E-14

Regressão LinearY = A + B * X

Parâmetro Valor ErroA 22,5 4,33013B 10 1,58114

Gaussianay0+A1e^(-(x-x0)/t1)y0 68,74664 2,41945

x0 1 0A1 -38,81581 2,33327t1 1,98404 0,23958

Senoidal (Boltzman)Chisqr --Final(A2) 63,541 --XatY50(x0) 1,0000 --Width(dx) 1,0390 --XatY20 -0,44042XatY80 2,44042

GaussianaÁrea Centro Largura Offset Altura400,81 3,9882 5,2179 -1,5264 61,289

LorentzÁrea Centro Largura Offset Altura280,48 3,6705 4,0191 15,939 44,428

As curvas que mais se aproximaram foram a polinomial de segundo grau e a senoidal, porém, a partir do gráfico abaixo onde tem-se uma comparação entre essas duas curvas, conclui-se que a que melhor representa esta disposição de pontos é a polinomial de segundo grau.

A partir dos dados coletados da tabela 2 obtem-se o seguinte gráfico, já utilizando a aproximação de uma curva polinomial de 2° grau:

Regressão PolinomialY = A + B1*X + B2*X^2

Parâmetro Valor ErrosA 56,25 3,11247B1 -0,25 2,83945B2 -1,25 0,55902

ANÁLISE DE RESULTADOS:

Experiência parte A:Nesta, teve-se a visualização das diferentes configurações das linhas de campos

magnéticos provenientes de combinações com os imãs. De uma forma geral essas linhas apresentam as seguintes características:- São sempre linhas fechadas: saem e voltam a um mesmo ponto;- As linhas nunca se cruzam; -Fora do ímã, as linhas saem do pólo norte e se dirigem para o pólo sul;-Dentro do ímã, as linhas são orientadas do pólo sul para o pólo norte;-Saem e entram na direção perpendicular às superfícies dos pólos;-Nos pólos a concentração das linhas é maior: quanto maior concentração de linhas, mais intenso será o campo magnético numa dada região; Campo Magnético.

Desta forma e com o auxílio de imãs, de uma bandeja e do pó de ferro, estas puderam ser visualizadas e serão explicadas a seguir.

A agulha magnética é ímã permanente tendo um pólo N e um pólo S. É apoiada em ponta de pivô, ou em flutuador. Quando submetida a um campo magnético de indução B, a agulha alinha seu eixo S-N com o campo: SN  |x|x B.

Agulha magnética em campo de indução B

Nos pólos N e S da agulha o campo B exerce forças opostas (FN |x|x B e FS |x|x B). Estas forças formam um binário ou conjugado C (torque). O conjugado equilibrante C' pode ser exercido de diversos modos (atrito, fio de torção etc.). Na ausência de conjugado equilibrante C', a agulha executa oscilações amortecidas, vindo a estacionar em posição alinhada com o campo: SN  |x|x B.

Comumente corpos de ferro (pregos, fragmentos de limalha) não são magnetizados. Todavia, um corpo de ferro não magnetizado, quando imerso em um campo magnético B, passa a magnetizar-se, então exibindo pólos magnéticos N e S; ele se torna ímã temporário. Se tiver liberdade suficiente para girar, ele se alinha com o campo (SN  |x|x B.), assim comportando-se como bússola.

O campo magnético do ímã magnetiza cada partícula de limalha, que então se comporta como minúscula bússola magnética. Sua tendência é orientar-se segundo o campo no local onde ela se situa. Nessa pequena região onde o campo pode ser assumido como uniforme, ele tem ação diretriz, não motriz, portanto ele faz girar, mas não transladar.Ligeiras batidas nas placas de plástico, abalam os fragmentos de limalha libertando-os transitoriamente do atrito com estas. Coletivamente, eles formam uma figura chamada “espectro magnético” do campo; que torna visualizável as linhas de força do campo. De forma mais abrangente, a limalha desenha as linhas de campo na superfície de apoio.

No espaço externo ao ímã, as linhas de força do campo de indução se estende da região polar norte para a região polar sul. Dentro do ímã, pode-se verificar que as linhas de indução se estendem de sul para norte.

1 – Linhas de campo magnético gerado por ímãs: - Linhas de campo geradas por um ímã cilíndricoNesta combinação um imã é colocado abaixo da placa de plástico. A interação magnética entre ele e as limalhas são vistas pelas circunferências que estas formam.

- Dois ímãs cilíndricos (polaridades iguais)

Baseando-se na descrição do acontecimento dada anteriormente, neste caso vemos uma conexão das linhas de força magnéticas proveniente de pólos opostos e indo do pólo Norte no sentido do pólo Sul.

- Dois ímãs cilíndricos (polaridades diferentes)

Baseando-se na descrição do acontecimento dada anteriormente também, neste caso vemos uma conexão das linhas de força magnéticas proveniente de pólos opostos e indo do pólo Norte no sentido do pólo Sul.

- Um ímã retangular

Neste, uma interação entre o pólo positivo e o negativo são observadas, tendo-se uma maior densidade de linhas no centro deste.

Já no subitem 2 – Linhas de campo magnético gerado por correntes elétricas;

Corrente elétrica gera campo magnético; ele é regido pela Lei de Biot-Savart-Laplace:

O símbolo o representa a permeabilidade absoluta do vácuo. No Sistema Internacional de Unidades é expressa em henry por metro ou tesla-metro por ampère; tem-se:

o = 4..10-7 H/m = 4..10-7 T.m/A

O campo de indução magnética B resultante em um ponto, gerado por um trecho de circuito, é:

Obtém-se o espectro magnético do campo em uma placa horizontal de acrílico, na qual previamente se espargiu limalha de ferro. Ligeiros golpes na placa de acrílico (piparotes) facilitam a orientação dos grãos de limalha, que então formam o espectro do campo. Através da placa transparente, o retroprojetor produz imagem ampliada do espectro.

Uma espira

Duas espiras em série (correntes de mesmo sentido)

Percebe-se neste caso que a tendência são essas linhas se atraírem, de modo que possivelmente, à grandes distâncias elas tendem a formar um único círculo.

Duas espiras em série (correntes de sentido oposto)

Já em correntes de sentidos opostos, tendência são as linhas de campo magnético repelirem, umas das outras tendendo a formar círculos em volta de cada espira em série com correntes de sentidos opostos.

E, no subitem 3 – Força entre condutores percorridos por corrente elétrica -

Nesta combinação um imã é colocado abaixo da placa de plástico. A interação magnética entre ele e as limalhas são vistas pelas circunferências que estas formam. Como a carga dos dois são ambas positivas, a tendência são as forças elétricas se repelirem, pois um dos princípios de cargas elétricas é que cargas de mesmo sentido se repelem e cargas de sentidos diferentes se atraem. Por isso a tendência são as linhas de uma repelirem as linhas de força da outra. Assim tem-se a seguinte configuração gráfica das linhas de força:

Nesta combinação um imã egado com a mesma carga do primeiro e distante 5 cm do outro, é realizada. Como a carga dos dois são ambas positivas, a tendência são as forças elétricas se repelirem, pois um dos princípios de cargas elétricas é que cargas de mesmo sentido se repelem e cargas de sentidos diferentes se atraem. Por isso a tendência são as linhas de uma repelirem as linhas de força da outra. Assim tem-se a seguinte configuração gráfica das linhas de força:

Na terceira combinação há a inversão do potencial do segundo eletrodo, onde este é agora conectado ao terminal terra do gerador, que faz com que uma carga diferente da carga do primeiro eletrodo seja proporcionada. O terminal terra disponibiliza elétrons ao segundo eletrodo puntiforme que passa assim a possuir carga negativa enquanto que o primeiro continua tendo carga positiva. Como dito anteriormente, cargas contrárias se atraem, por isso a tendência são as linhas de força de um atrair as de outro como se pode ver a seguir.

A farinha neste meio é disposta como dita anteriormente ao longo das linhas de força, portanto este mesmo desenho foi visto em laboratório na prática sendo as linhas “formadas” visivelmente pela farinha.

E na quarta e última combinação os eletrodos puntiformes foram trocados por eletrodos planos, sendo que um estava conectado à esfera do gerador de Van de Graaff (carga positiva e distribuída de forma uniforme pelo eletrodo) e o outro conectado ao terminal terra do gerador (carga de mesmo módulo, porém negativa e distribuída de forma uniforme pelo eletrodo). Deste modo um campo uniforme é gerado. As linhas visíveis devido à farinha são as linhas de força de um eletrodo em relação ao outro.

As linhas não visíveis, mas que sabemos que existem pela própria comprovação na experiência da parte B, são as linhas equipotenciais que como o próprio nome já diz possuem o

mesmo potencial eletrostático, são paralelas aos eletrodos planos e perpendiculares às linhas visíveis devido à farinha, que são as linhas de força.

A imagem observada em laboratório assemelha a esta:

É importante observar que as linhas visíveis, representadas na figura acima, são paralelas (a direção não varia) e igualmente espaçadas (o módulo é constante), indicando que o campo elétrico nesta região, é uniforme. Deve-se notar, entretanto, que estas considerações são válidas para pontos não muito próximos das extremidades das placas. De fato, como mostra a figura acima, nestas extremidades as linhas de força são curvas, indicando que aí o campo deixa de ser uniforme.

Experiência parte B:

A segunda questão do roteiro pede a representação gráfica das linhas equipotenciais e das linhas de força a partir dos dados da tabela 2 da seção “Procedimento Experimental”. Esta representação encontrar-se-á anexada a este relatório, porém a sua interpretação se dará neste item. Deste modo, o ângulo analisado e obtido entre as linhas equipotenciais e as linhas de força são de 90°, devido a relação do campo elétrico com o potencial eletrostático que é definida como:

Na figura, vê-se a interpretação geométrica. A diferença de potencial é a área sob a curva entre as posições A e B. Quando o campo é constante, VA-VB=E·d , representa a área do retângulo sombreado.

O campo elétrico E é conservativo o que quer dizer que em um caminho fechado se cumpre

Dado o potencial V pode-se calcular o vetor campo elétrico E, mediante o operador gradiente.

  Deste modo, sabe-se do cálculo 2, que o produto escalar da derivada de uma curva pelo gradiente na mesma curva dará zero. E deste modo concluí-se pela definição de produto escalar que o cosseno do ângulo entre o campo elétrico e o potencial eletrostático é zero e por isso esse ângulo é 90°.

Este comportamento é resultado também do sistema utilizado, que dispõe de eletrodos paralelos para formar o campo de força. Desse modo, temos uma diferença de potencial crescente num determinado sentido, na direção horizontal (como exemplo referencial), e constante na direção vertical, num determinado ponto do trajeto.

Agora, analisando alguns dados e seus respectivos gráficos; a partir dos dados da tabela 1 o gráfico abaixo é configurado.

Y = A + B * X

Parâmetros Valor Erros------------------------------------------------------------A -0,14706 0,21901B 1,35759 0,02023------------------------------------------------------------

R SD N P------------------------------------------------------------0,99823 0,44535 18 <0.0001------------------------------------------------------------

A partir deste gráfico pode-se perceber que o potencial aumenta de forma linear com relação à distância. E valendo da relação entre potencial eletrostático (V) e campo elétrico (E),

V = d. E,

(onde d representa a distância, do ponto analizado), derivando em relação à distância tem-se que o módulo do vetor campo elétrico é o coeficiente angular da reta no gráfico que vale 1,35759 ± 0,02023.

Comprovando de outra forma o valor do campo elétrico no ponto escolhido:

utilizando a equação E(r) = - Grad V(r):

Apesar de possuir incertezas os valores achados dos dois modos são bem próximos confirmando na prática a teoria de campo elétrico.

A incerteza dos dados obtidos será dada por:

Onde:

ΔV = 0, 25 [V] ( µ / 2 = 0,50 / 2 = 0,25 [V])

Δd = 0,10 [cm] ( µ / 2 = 0,01 [cm]; ∆ESR = 0,10 [cm] )

Deste modo os dados serão assim dispostos:

Distância (cm) Potencial (V) Campo Elétrico (V/m)

1,00 ± 0,10 2,00 ± 0,25 2,00 ± 0,32

2,00 ± 0,10 3,00 ± 0,25 1,50 ± 0,14

3,00 ± 0,10 4,00 ± 0,25 1,333 ± 0,094

4,00 ± 0,10 5,00 ± 0,25 1,250 ± 0,070

5,00 ± 0,10 6,00 ± 0,25 1,200 ± 0,055

6,00 ± 0,10 7,00 ± 0,25 1,170 ± 0,046

7,00 ± 0,10 9,00 ± 0,25 1,290 ± 0,040

8,00 ± 0,10 11,00 ± 0,25 1,375± 0,036

9,00 ± 0,10 12,00 ± 0,25 1,333 ± 0,031

10,00 ± 0,10 13,50 ± 0,25 1,350 ± 0,028

11,00 ± 0,10 15,00 ± 0,25 1,364 ± 0,026

12,00 ± 0,10 16,00 ± 0,25 1,333 ± 0,024

13,00 ± 0,10 18,00 ± 0,25 1,385 ± 0,022

14,00 ± 0,10 19,00 ± 0,25 1,357 ± 0,020

15,00 ± 0,10 20,00 ± 0,25 1,333 ± 0,019

16,00 ± 0,10 22,00 ± 0,25 1,375 ± 0,018

17,00 ± 0,10 23,00 ± 0,25 1,353 ± 0,017

18,00 ± 0,10 24,00 ± 0,25 1,333 ± 0,016Com estes valores consegue-se calcular o valor médio desse campo que será,

1,369±0,057 (V/cm).

Usando a fórmula E.d=V, já mencionada anteriormente, pode-se determinar o módulo do vetor campo elétrico entre as superfícies equipotenciais de 9,0 a 12,0 volts. Deste modo, V= 3 volts, d = (com auxílio da tabela acima se pode chegar a d=2cm), e só fica restando uma incógnita que é o Campo Elétrico. Desta forma, o resultado obtido será |1,500|±0,027 (V/cm).

. É importante notar que este módulo é aproximadamente uniforme em toda a região entre os eletrodos, exceto nas extremidades destes. Pode-se visualizar melhor esta informação a partir do gráfico apresentado abaixo:

Usando o gráfico para melhor entendimento, se um ponto A (7,00; 0,00) e um ponto B (9,00; 0,00) em cima da linha do campo elétrico forem pegos, poderemos ter o vetor do campo elétrico da seguinte maneira:

Em termos cartesianos, teremos:

Logo, o vetor campo elétrico será dado por:

[ V / cm ]

CONCLUSÃO

Na experiência da parte A pode-se verificar a existência de linhas de campo elétrico a partir da polarização das partículas de farinha, conseguindo verificar as diferentes conformidades destas linhas devido à polarização; quando na presença de eletrodo único dotado de polaridade positiva, e duplo dotado de polaridades iguais e diferentes. Ainda nesta experiência, através dos eletrodos planos pode-se constatar o movimento das partículas em um campo uniforme, campo este, também presente na experiência da parte B, porém onde não se consegue visualizar o movimento de partículas neste devido à ausência da farinha.

Na experiência da parte B, a relação entre campo elétrico e potencial eletrostático pode ser entendida com o auxilio da medição dos diferentes potenciais dentro da bandeja contendo os eletrodos. Constatou-se assim a formação do ângulo de 90° entre as linhas de campo elétrico e as linhas equipotenciais, (condição provada e explicada neste relatório em quesito teórico), a localização paralela aos eletrodos retos das linhas equipotenciais (paralelas também entre si), a localização perpendicular das linhas de força (também paralelas entre si) e a propriedade do módulo do campo elétrico, neste caso, ser praticamente constante enquanto que o potencial é diretamente proporcional à distância.

As variações nos valores dos potenciais medidos de um em um cm, a não linearização perfeita do primeiro gráfico entre outras variações dos dados práticos obtidos em relação aos teóricos, podem ser explicados pelas incertezas apresentadas pelos materiais utilizados para obtenção dos dados, por impurezas na água utilizada na experiência da parte B serem capazes de mudarem um pouco o valor do potencial em certos pontos da bandeja, pela oxidação das placas e pela difração na água.

Com estas experiências, simples, porém de grande valor educacional agregado, consegue-se definir conceitos importantes como cargas, linhas equipotenciais, linhas de força bem como suas correlações e ainda visualizar por si só os mecanismos da eletricidade.

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http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvi/cd/resumos/T0518-1.pdf

Embasamento Teórico

Lei de Ampére;

Teoria dos Spins;

Linhas e pólos magnéticosJoão Freitas da Silva*Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação Os efeitos de um campo magnético não podem ser vistos. Mas podem ser percebidos, o que permite fazer seu desenho - uma representação geométrica -, no qual estampamos os pólos e linhas magnéticos.

Todo campo magnético está associado a uma carga elétrica em movimento. Basta uma carga elétrica em movimento para, simultaneamente, termos um campo magnético. Mas uma carga em movimento não gera um campo magnético. Na verdade, podemos pensar essas duas grandezas (carga em movimento e campo magnético) como uma só, pois a partir do momento que temos uma, temos também a outra.

Um campo magnético pode - da mesma forma que um campo elétrico - ser representado geometricamente por figuras denominadas linhas de campos, também chamadas de linhas de indução ou linhas de força do campo magnético. O local onde o campo magnético tem maior intensidade é representado por uma concentração maior de linhas.

É importante lembrar que o conceito de um campo de força que surge a partir de linhas de força foi desenvolvido por Faraday, quando ele relacionou o magnetismo com a eletricidade.

Lei de GaussOs ímãs apresentam regiões onde o campo magnético é mais intenso e que são denominadas pólos magnéticos. Essas regiões são denominadas, arbitrariamente, de pólo sul e pólo norte. Esses pólos são representados, geralmente, por cores diferentes nos ímãs.

Ímãs diferentes podem ter esses pólos em regiões diferentes:

Por convenção, dizemos que as linhas de campo são orientadas do pólo norte para o pólo sul; e é comum ouvirmos que elas "saem" ou "nascem" no pólo norte e "entram" ou "morrem" no pólo sul.

Linhas de campo de um ímã em barra.

Mas é importante sabermos que essa é uma linguagem figurada, pois as linhas de campo magnético na verdade são fechadas (sem começo ou fim), e não existe lugar onde essas linhas possam "nascer" ou "morrer". Tal fato representa a lei de Gauss magnética.

Outro aspecto importante da linha de campo é que, se colocarmos uma bússola sobre qualquer ponto dela, a agulha magnética da bússola assumirá uma posição tangente em relação à linha. O sentido do campo magnético é dado pelo sentido da reta que contém os pólos da agulha magnética em repouso.

Mapeamento de um campo magnético com a agulha de uma bússola, aqui representada pelas setas.

A reta que contém os pólos de uma agulha magnética é a direção de um vetor denominado vetor indução

magnética ( ) - e o sentido é do sul para o norte da agulha. A unidade de no SI é o tesla (T). Também é utilizada a unidade gauss (G).

Existe uma relação de interação entre esses dois pólos: quando aproximamos o pólo de um ímã do pólo oposto

de outro ímã podemos constatar uma atração entre eles. Mas quando aproximamos um ímã com um de seus pólos voltado para o mesmo pólo de outro ímã percebemos uma forte repulsão entre eles.

A figura mostra campos magnéticos entre pólos de dois ímãs. Na primeira dupla de ímãs, no alto, temos o pólo norte de um ímã com a face voltada para o pólo sul de outro (há uma interação atrativa entre eles). Nos outros dois casos, temos interações repulsivas.