Você já deve ter percebido a forte relação entre o magnetismo e a eletricidade, certo? Bem, essa relação foi descoberta em 1819, quando o cientista Oersted observou um fenômeno incrível! Durante um experimento, ele deixou uma bússola ao lado de um fio condutor. O que aconteceu foi que, quando ele passou uma corrente elétrica por esse fio, a agulha da bússola passou a se movimentar. Incrível, não é? Essa descoberta deu origem ao estudo da relação entre a eletricidade e o magnetismo – o eletromagnetismo.
Nos anos seguintes, mais conexões foram mostradas entre eletricidade e magnetismo por Michael Faraday, que observou que um campo magnético variável pode criar uma corrente elétrica. Anos mais tarde, Maxwell mostrou que o contrário também é possível: um campo elétrico variável pode produzir um campo magnético.
Vamos entender como essa relação entre magnetismo e eletricidade funciona. Imagine várias bússolas em torno de um fio condutor; quando não há corrente elétrica passando pelo fio, todas as bússolas apontam para a mesma direção, o polo Norte geográfico da Terra. Quando o fio é percorrido por uma corrente elétrica, as bússolas mudam de direção, apontando todas para a direção tangente ao círculo, exatamente a direção das linhas de Campo Magnético criadas pela corrente.
Fontes de Campo Magnético
Campo Magnético de Um Fio Retilíneo Longo
No início deste capítulo, comentamos que as linhas de campo magnético são fechadas, lembra? O que veremos agora é como essas linhas de campo se comportam em torno de um fio muito longo percorrido por uma corrente elétrica. As linhas envolvem esse fio, sendo circunferências centradas nele, como mostrado na figura abaixo.
Mas e qual é o sentido dessas linhas, horário ou anti-horário? Isso depende da direção da corrente elétrica. Mais adiante descobriremos que, na prática, o sentido das linhas magnéticas pode ser obtido através da regra da mão direita.
A intensidade do vetor campo magnético em um ponto P a uma distância d do fio é dada pela seguinte relação:
Em que B é o vetor campo magnético no ponto P, dado em teslas [T], e μ0 =4π×10-7 TmA é uma constante chamada de permeabilidade magnética do vácuo.
Observação:
Além de tesla [T] existe, também, a unidade gass [G] – menos usual –
que equivale a : [ 1 T = 104 G ]
Espira Circular
Acabamos de estudar que existem linhas de Campo Magnético em volta de um condutor por onde passa uma corrente elétrica, certo? O caso que veremos agora pode ser definido como um caso especial do anterior. Trataremos de um fio enrolado, chamado de espira circular e representado na imagem abaixo:
As linhas de campo atravessam o plano da espira de forma perpendicular. Neste tipo de problema, normalmente precisaremos calcular a intensidade do campo magnético no centro da espira circular. Tomando R como o raio da espira e i como a corrente que passa por ela, o módulo do vetor Campo Magnético naquele ponto central da espira é calculado por:
Solenoide
Esse caso é uma mistura dos dois casos anteriores. Um solenoide é um fio longo enrolado na forma de uma hélice (exatamente como a espiral de caderno!). Quando existe uma corrente elétrica percorrendo este solenoide, podemos dizer que há um campo magnético razoavelmente uniforme no interior dele.
Utilizaremos solenoides ideais em todos os problemas, isto é, que apresentam um comprimento muito maior do que o seu diâmetro. O campo magnético no interior deste tipo de solenoide é dado por:
Em que N é o número de voltas (número de espiras ao longo do solenoide) e L é o comprimento dele.
Dica do Me Salva!: Note que a configuração das linhas de campo de um solenoide é similar àquelas de um ímã, isto é, o solenoide percorrido por corrente se comporta como se tivesse um polo Norte e um Sul.