3ª série do Ensino Médio · Física

Campos
Magnéticos

Observe e manipule polos, linhas de indução, bússolas e campos produzidos por correntes elétricas — do magnetismo dos ímãs ao experimento de Oersted, à Lei de Biot–Savart e à espira circular.

Ímãs e polosVetor BLinhas de induçãoCorrentes elétricasBiot–Savart
01

Conceitos iniciais

Ímãs apresentam duas regiões de interação mais intensa, chamadas polos magnéticos. Um ímã suspenso livremente tende a orientar-se aproximadamente na direção norte–sul geográfica.

Polos magnéticos

Todo ímã apresenta polo norte e polo sul.

Interações

Polos de mesmo nome se repelem; polos de nomes diferentes se atraem.

Inseparabilidade

Ao cortar um ímã, cada fragmento passa a constituir um novo ímã com polos norte e sul.

02

Interação entre polos

Altere a orientação, a separação e a intensidade relativa dos dois ímãs. Agora a própria representação do campo responde às mudanças de intensidade.

Laboratório 1 — Atração, repulsão e intensidade do campointerativo
As setas pequenas representam qualitativamente o campo resultante no espaço: quanto maior a intensidade relativa do ímã, maiores e mais evidentes ficam os vetores próximos a ele. A seta de interação entre os ímãs também varia qualitativamente com intensidade e distância. Não se trata de uma escala absoluta de força.
03

Campo magnético dos ímãs

Convencionalmente, fora do ímã, as linhas de indução saem do polo norte e chegam ao polo sul. Use o controle direcional para levar a bússola a diferentes regiões do campo.

Laboratório 2 — Linhas de indução e bússola exploradoracontrole direcional
Posição: 72%, 31%
A extremidade norte da agulha aponta no sentido do vetor B. Mova a bússola ao redor do ímã e observe como sua orientação acompanha a tangente às linhas de indução.
04

Campo magnético uniforme

Em uma região idealizada de campo uniforme, o vetor B mantém direção, sentido e intensidade. Agora o ângulo da bússola pode ser alterado diretamente e comparado com sua orientação de equilíbrio.

Laboratório 3 — Agulha em campo uniformeorientação e equilíbrio
Direção de B0°
Ângulo da agulha110°
Diferença angular110°
Arrastar a barra “Ângulo atual da bússola” gira imediatamente a agulha. O botão Liberar bússola simula a tendência de rotação até o alinhamento com o campo. Quanto maior a intensidade relativa, mais evidente é o campo representado.
05

Oersted: corrente elétrica produz campo magnético

O laboratório foi reconstruído como um circuito completo. Feche a chave: surge corrente, o amperímetro registra seu valor, a lâmpada acende e a bússola próxima ao condutor se desvia. Abra a chave e observe o retorno.

Laboratório 4 — Experimento de Oersted com circuito elétricopilha + chave + A + lâmpada + bússola
6,0 V
4 Ω
20 mm
35 µT
ChaveABERTA
Amperímetro0,00 A
LâmpadaAPAGADA
Campo do fio na bússola0,0 µT
Modelo didático: a corrente é calculada por I = V/R quando a chave está fechada. Para o trecho retilíneo próximo à bússola, usa-se B = μ0I/(2πr). O fio é representado passando acima da bússola; o campo terrestre fornece uma direção de referência.
06

Campo de um fio retilíneo longo

Para um fio longo no vácuo, a intensidade do campo é diretamente proporcional à corrente e inversamente proporcional à distância ao fio.

Laboratório 5 — Biot–Savart no fioquantitativo
Campo B—
DependênciaB ∝ I/r
Sentido—

Lei de Biot–Savart e caso do fio longo

O capítulo introduz a contribuição de elementos de corrente para o campo magnético. Para o fio retilíneo longo, o resultado usado no laboratório é:

B = μ0I/(2πr)

μ0 = 4π × 10−7 T·m/A.

O sentido é obtido pela regra da mão direita: polegar no sentido da corrente; dedos curvos indicam o sentido das linhas de campo.

07

Campo magnético de uma espira circular

No centro de uma espira circular, o campo é perpendicular ao plano da espira. O sentido depende do sentido da corrente.

Laboratório 6 — Espira circular e bobina chataregra da mão direita
Campo no centro—
ExpressãoB = μ0NI/(2R)
Face observada—
Uma espira percorrida por corrente apresenta comportamento magnético análogo ao de um ímã. Para N espiras próximas, os campos centrais se somam no modelo ideal.
08

Desafios de aprendizagem

Teste os conceitos centrais trabalhados no capítulo.

1. Ao partir um ímã ao meio, obtêm-se:

2. Externamente a um ímã de barra, as linhas de indução são representadas:

3. O vetor B em um ponto é:

4. O experimento de Oersted mostrou que:

5. Num fio longo, se r dobra e I permanece constante, B:

6. Numa espira, mantendo R e N, se I triplica, B no centro:

7. Em um campo uniforme ideal, as linhas são:

8. Inverter a corrente em um fio: