Solenoide

Física

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Solenoides são fontes de campo magnético formadas por enrolamentos de fios condutores, espaçados uniformemente, concêntricos e no formato de um cilindro de raio constante. Quando percorridos por uma corrente elétrica, eles passam a funcionar como eletroímãs, produzindo um campo magnético constante em seu interior.

A intensidade do campo magnético produzido nos solenoides é diretamente proporcional à corrente elétrica que os percorre, bem como ao número de espiras que os formam.

Veja também: Campo magnético — propriedades, fórmulas, exercícios

Solenoides são o conjunto de um grande número de espiras (enrolamentos) de material condutor.
Solenoides são o conjunto de um grande número de espiras (enrolamentos) de material condutor.

Campo magnético no solenoide

Quando uma corrente elétrica atravessa um condutor, há o surgimento de um campo magnético. Nos solenoides, por exemplo, é possível produzir um campo magnético concentrado no interior de um enrolamento de fios. De acordo com o comprimento do solenoide, o campo magnético torna-se mais uniforme, de modo que as linhas de indução desse campo fiquem paralelas e igualmente espaçadas em seu interior. Nas bordas do solenoide, por sua vez, o campo magnético não é uniforme, em decorrência do surgimento de efeitos de borda, que distorcem a direção e o sentido do campo magnético.

Na figura, é possível observar as linhas de campo magnético e os efeitos de borda no solenoide.
Na figura, é possível observar as linhas de campo magnético e os efeitos de borda no solenoide.

A polaridade do campo magnético produzido nos solenoides pode ser descoberta por meio da regra do parafuso. Para usá-la, fechamos os dedos da mão direita no sentido em que a corrente percorre o solenoide (horário ou anti-horário), de modo que o polegar nos indique o sentido do norte magnético. Observe a figura a seguir, pois, por meio dela, é mais fácil compreender como funciona a regra do parafuso.

Na regra do parafuso, o polegar nos indica a direção e o sentido do vetor de indução magnética.
Na regra do parafuso, o polegar nos indica a direção e o sentido do vetor de indução magnética.

Repare a corrente elétrica circulando no plano da tela, no sentido anti-horário. Nesse caso, fechando-se os dedos da mão direita nesse sentido, o polegar aponta para “fora da tela”, portanto essa é a direção do vetor do campo magnético, que sempre aponta para o norte magnético.

Fórmula do campo magnético no solenoide

A fórmula utilizada para calcular a intensidade de um campo magnético B que é gerado por um solenoide de N espiras, percorrido por uma corrente elétrica i, de comprimento L, é a seguinte:

μ – permeabilidade magnética do meio (N/A²)

N – número de enrolamentos (espiras)

L – comprimento do solenoide (m)

i – corrente elétrica (A)

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Na fórmula acima, o elemento N/L representa a quantidade de espiras a cada unidade de comprimento do solenoide. Além disso, no vácuo, admite-se o módulo da permeabilidade magnética igual a μ0 = 4π.10-7 N.A-2.

Veja também: O que é magnetismo?

Exercícios resolvidos sobre o campo magnético do solenoide

Questão 1 — (Udesc) Considere um longo solenoide ideal composto por 10.000 espiras por metro, percorrido por uma corrente contínua de 0,2 A. O módulo e as linhas de campo magnético no interior do solenoide ideal são, respectivamente:

a) nulo, inexistentes.

b) 8π.10-4 T, circunferências concêntricas.

c) 4π.10-4 T, hélices cilíndricas.

d) 8π.10-3 T, radiais com origem no eixo do solenoide.

e) 8π.10-4 T, retas paralelas ao eixo do solenoide.

Resolução:

Para calcularmos a intensidade do campo magnético produzido por esse solenoide, utilizaremos a fórmula que relaciona o número de enrolamentos por metro e a intensidade da corrente elétrica.

Com base no cálculo feito acima, descobrimos a intensidade do campo magnético produzido no interior do solenoide. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra D.

Questão 2 — (Enem) Um guindaste eletromagnético de um ferro-velho é capaz de levantar toneladas de sucata, dependendo da intensidade da indução em seu eletroímã. O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, sendo geralmente construído enrolando-se um fio condutor ao redor de um núcleo de material ferromagnético (ferro, aço, níquel, cobalto).

Para aumentar a capacidade de carga do guindaste, qual característica do eletroímã pode ser reduzida?

a) Diâmetro do fio condutor

b) Distância entre as espiras

c) Densidade linear de espiras

d) Corrente que circula pelo fio

e) Permeabilidade relativa do núcleo

Resolução:

Para produzir uma força maior, o campo magnético produzido pelo solenoide precisa ser mais intenso. Dessa maneira, dentre as alternativas mostradas, a única forma de fazê-lo é reduzindo a distância entre as espiras. A alternativa correta é a letra B.

 

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Solenoide"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/campo-magnetico-no-solenoide.htm. Acesso em 26 de novembro de 2020.

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Lista de Exercícios
Questão 1

(Unicesumar-SP) Um solenoide de 30 cm de comprimento, contendo 800 espiras e resistência elétrica de 7,5 Ω, é conectado a um gerador de força eletromotriz igual a 15V e resistência interna de 2,5 Ω. Determine, em tesla (T), o módulo do vetor indução magnética no interior do solenoide. Considere a permeabilidade magnética do meio que constitui o interior do solenoide igual a 4π.10–7 T.m.A–1 e π = 3.

a) 0,0048

b) 0,0064

c) 0,0192

d) 0,000048

e) 0,000064

Questão 2

Determine a relação entre o número de espiras e o comprimento de um solenoide, por onde flui uma corrente elétrica de 2,2 A que produz um campo magnético de 26,4 x 10 – 4 T.

Dado: Considere π = 3; μ0 = 4π.10–7 T.m.A–1

a) 10 2

b) 103

c) 10 4

d) 10 1

e) 10 0

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