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Condutor Retilíneo

Nesta aula o professor Leonardo Gomes irá descomplicar sua vida falando sobre o campo magnético de um condutor retilíneo.

Espira circular

Solenóide

Exercício sobre condutor retilíneo

Exercício de Campo magnético resultante

Exercício Campo de uma espira

Exercício de Campo magnético resultante

Exercício verdadeiro ou falso

A descoberta do campo magnético

À medida que a eletricidade começou a ser estudada seriamente no século XVIII, alguns cientistas começaram a especular se não haveria uma conexão entre a eletricidade e o magnetismo. Surpreendentemente, a ligação entre eletricidade e magnetismo foi descoberta durante uma aula de demonstração experimental, em 1819, pelo cientista dinamarquês Hans Christian Oersted. Oersted estava usando uma bateria para produzir uma grande corrente em um fio. Por acaso, uma bússola estava localizada

próxima ao fio, e Oersted notou que a corrente fazia a agulha da bússola girar. Em outras palavras, a bússola respondia como se um ímã estivesse colocado próximo dela. 

Há muito tempo Oersted suspeitava de uma ligação entre a eletricidade e o magnetismo, de modo que a relevância dessa observação afortunada tornou-se imediatamente clara para ele. A descoberta de Oersted, de que o magnetismo é causado por uma corrente elétrica, foi o ponto de partida para desenvolver uma teoria profunda sobre o eletromagnetismo.


O efeito de uma corrente sobre uma bússola

Vamos usar bússolas para sondar o magnetismo criado quando uma corrente flui em um fio longo esticado. Na figura (a), antes de a corrente ser ligada, as bússolas estão alinhadas ao longo da direção norte-sul. Você pode verificar na figura (b) que uma corrente intensa no fio faz com que as agulhas das bússolas girem até que fiquem tangentes a um círculo que tem o fio como centro. A figura (c) ilustra a regra da mão direita, que relaciona a orientação das agulhas das bússolas ao sentido da corrente.

A figura (a) abaixo representa o campo magnético através do desenho de vetores do campo. Note que o campo torna-se mais fraco (vetores menores) à medida que nos afastamos do fio.

Outra forma de descrever o campo é através do uso das linhas de campo magnético. Trata-se de linhas imaginárias desenhadas em uma região do espaço de modo que

  • Toda tangente a uma linha de campo esteja orientada no sentido do campo magnético, e
  • As linhas de campo sejam mais próximas umas das outras onde a intensidade do campo for maior.

A figura (b) abaixo mostra as linhas de campo magnético em torno de um fio que conduz uma corrente. Note que as linhas de campo magnético formam círculos, sem início ou fim. Isso contrasta com as linhas de campo elétrico, as quais iniciam em cargas e terminam também em cargas. Vemos as mesmas figuras circulares na foto da figura (c) abaixo.

O campo magnético criado por um fio longo e reto

Considere que um fio longo e reto conduza uma corrente i.

O campo magnético em um ponto a uma distância r do fio é dado por:

B = μI / 2πr

Onde i = valor da corrente elétrica, r = distância do ponto ao fio µ= permeabilidade magnética do meio que envolve o fio. No vácuo, μ0 = 4π x 10-7 Tm/A.

Campo magnético criado por uma espira circular

No caso de uma espira circular percorrida por uma corrente, também se pode utilizar a regra da mão direita para determinar o sentido das linhas de campo.

Regra para lembrar qual é a “face norte” ou a “face sul” do de uma espira circular:

A intensidade do vetor campo magnético no centro de uma espira circular de raio R é dada por:

B = μI / 2R

Quando tivermos N espiras circulares e iguais justapostas (bobina chata), o campo será N vezes mais intenso:

B = NμI / 2R

Campo magnético criado por um solenoide

Em nosso estudo da eletricidade, fizemos uso extensivo da ideia de campo elétrico uniforme: um campo que é o mesmo em todos os pontos do espaço. Concluímos que duas placas paralelas próximas uma da outra geram um campo elétrico uniforme entre elas, e este campo uniforme foi uma das razões para termos dado tanta atenção à compreensão do capacitor de placas paralelas.

Analogamente, existem muitas aplicações do magnetismo para as quais gostaríamos de gerar um campo magnético uniforme, um campo com o mesmo módulo e a mesma orientação em qualquer ponto de uma região do espaço. Nenhuma das fontes que estivemos analisando até agora produz um campo magnético desse tipo.

Na prática, um campo magnético uniforme é gerado com um solenoide. Como mostrado na figura abaixo, um solenoide é uma bobina helicoidal de fio com a mesma corrente I passando em cada espira do enrolamento. Solenoides podem ter centenas ou milhares de espiras, popularmente chamadas de voltas, algumas vezes em diversas camadas sobrepostas. Denominaremos então por solenoide ideal aquele de comprimento infinito (muito longe) e cujo campo externo é nulo.

A regra para se determinar o sentido do campo é a mesma regra da mão direita. A intensidade do campo magnético no interior de um solenoide é dada por:

B = μNI / L

Onde N é o número de espiras no comprimento L do solenoide.