Campo magnético

O campo magnético é uma região do espaço onde as cargas elétricas em movimento são sujeitas à ação de uma força magnética, capaz de alterar as suas trajetórias. O campo magnético é resultado da movimentação de cargas elétricas, como no caso de um fio que conduz corrente elétrica ou até mesmo na oscilação de partículas subatômicas, como os elétrons.

Tópicos deste artigo

• 1 - Propriedades do campo magnético
• 2 - Fórmula do campo magnético
  • Campo magnético de um fio condutor
  • Campo magnético gerado por uma espira circular
  • Campo magnético gerado por uma bobina
• 3 - Campo magnético da Terra
• 4 - Campo magnético e campo elétrico
  • Linhas de campo magnético
  • Monopolos magnéticos
• 5 - Exercícios resolvidos sobre campo magnético

Propriedades do campo magnético

De acordo com o SI, a unidade de medida de campo magnético é o tesla (T), em homenagem a um dos grandes estudiosos dos fenômenos magnéticos, Nikola Tesla (1856-1943). O campo magnético é vetorial, assim como o campo elétrico ou o campo gravitacional, por isso, apresenta as propriedades módulo, direção e sentido.

Esse tipo de campo pode ser produzido por imãs naturais e artificiais, feitos com espiras condutoras e bobinas. Se você quiser saber mais sobre as origens do campo magnético, sugerimos que você leia o nosso artigo sobre magnetismo e tire todas as suas dúvidas.

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Como dito, a origem do campo magnético está na movimentação das cargas elétricas. Quando o campo elétrico oscila em alguma região do espaço, essa oscilação dá origem a um campo magnético orientado em uma direção perpendicular (90º) ao campo elétrico. Para compreendermos melhor as propriedades do campo magnético, fazemos uso de um recurso conhecido como linhas de indução, por meio dele, podemos visualizar melhor o formato do campo magnético.

Linhas de campo magnético

As linhas do campo magnético são sempre fechadas, elas nunca se cruzam, e quanto mais próximas estiverem, maior será a intensidade do campo magnético naquela região. Além disso, a região dos magnetos de onde saem linhas de indução é chamada de norte magnético, e a região em que essas linhas de indução imergem é conhecida como sul magnético.

Monopolos magnéticos

Outra característica do campo magnético diz respeito à não existência de monopolos magnéticos, isto é, todo campo magnético apresenta um polo sul e um polo norte, diferentemente do campo elétrico, que permite a existência de cargas positivas e negativas, por exemplo.

Quando alguma carga elétrica move-se em uma região de campo magnético, uma força magnética, perpendicular à sua velocidade e à direção do campo magnético, surge, produzindo uma deflexão na trajetória das cargas elétricas. Esse fenômeno acontece frequentemente nos polos magnéticos da Terra, que apresentam maior campo magnético e, por isso, são capazes de defletir a partículas carregadas provenientes do vento solar, dando origem às auroras polares.

Fórmula do campo magnético

A fórmula usada para o cálculo do campo magnético depende do formato do corpo que o produz. Os casos mais comuns são aqueles em que calculamos o campo magnético de fios, espiras e bobinas. Confira quais são as fórmulas usadas para o cálculo do campo magnético:

Campo magnético de um fio condutor

Para calcularmos a intensidade do campo magnético produzido por um fio condutor, atravessado por uma corrente elétrica, utilizamos a fórmula a seguir:

B – campo magnético (T)

μ₀ – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10^-7 T.m/A)

i – corrente elétrica (A)

d – distância do ponto até o fio (m)

A fórmula anterior nos permite calcular a intensidade de um campo magnético, gerado por um fio condutor, em um ponto situado a uma distância d, com base nesse fio.

Campo magnético gerado por uma espira circular

O campo magnético gerado por uma espira circular pode ser calculado pela seguinte fórmula:

R – raio da espira (m)

Campo magnético gerado por uma bobina

Bobinas são formadas por um conjunto de espiras condutoras. O cálculo do campo magnético produzido por uma bobina é bastante similar àquele feito para as espiras, nesse caso, a diferença fica com o inteiro n — o número de espiras que forma a bobina:

n – número de espiras

Campo magnético da Terra

O campo magnético da Terra tem origem na rotação do núcleo terrestre, que acontece com velocidade diferente da crosta do planeta. O núcleo terrestre é formado por uma grande quantidade de metais que apresentam uma grande quantidade de cargas elétricas, é a movimentação dessas cargas que dá origem ao campo magnético da Terra.

O campo magnético funciona como uma espécie de escudo para os gases atmosféricos, se não fosse por ele, a atmosfera terrestre seria varrida pela grande quantidade de partículas que é emitida pelo Sol a todo instante.

O campo magnético da Terra desempenhou um papel de grande importância nas navegações, quando se utilizava a bússola como o principal instrumento de navegação. Além disso, diversos animais são capazes de reproduzir rotas migratórias graças à sua capacidade de perceber a orientação do campo magnético da Terra. Caso queira saber mais sobre esse tema, leia nosso texto: Campo magnético da Terra.

Campo magnético e campo elétrico

Os campos elétricos e magnéticos estão relacionados, como mostrou o físico e matemático inglês James Clerk Maxwell (1831-1879). Em 1864, Maxwell unificou os fenômenos elétricos e magnéticos, mostrando que a luz tratava-se de uma onda e que era produzida pela oscilação de campos elétricos e magnéticos.

De acordo com os seus cálculos, Maxwell descobriu que a variação de um campo elétrico dava origem a um campo magnético, do mesmo modo que ela era capaz de produzir um campo elétrico dinâmico. A conclusão de Maxwell foi que, juntos, esses campos vetoriais davam origem às ondas eletromagnéticas, como a luz visível, as ondas de rádio, o raio x etc.

Leia mais: Imantação: como um material que não possui características magnéticas torna-se um imã?

Exercícios resolvidos sobre campo magnético

(Questão 1) Um fio condutor transporta uma corrente elétrica de 0,5 A. Determine a intensidade do campo magnético produzido por esse fio, em unidades de μT (10^-6 T), em um ponto que se encontra a 50 cm desse fio.

Dados: μ₀ = 4π.10^-7 T.m/A

a) 20,0 μT
b) 0,2 μT
c) 2,0 μT
d) 4,0 μT
e) 2,5 μT

Gabarito: Letra b

Resolução: Vamos usar a fórmula do campo magnético produzido pelo fio para calcular o que se pede na questão 1, veja como:

Por meio do cálculo, descobrimos que a intensidade do campo magnético produzido pelo fio corresponde à alternativa b.

(Questão 2) Uma espira de raio igual a 5 cm é percorrida por uma corrente elétrica de 1,5 A. Determine a intensidade do campo magnético produzido por essa espira.

Dados: μ₀ = 4π.10^-7 T.m/A, use π = 3.

a) 1,5.10^-6 T

b) 1,8.10^-5 T

c) 2,0.10^-4 T

d) 1,3.10^-5 T

e) 1,8.10^-8 T

Gabarito: Letra b

Resolução: Para resolvermos o exercício, é necessário que se transforme a unidade de medida do raio para metros (5 cm = 0,05 m), para, então, usarmos a fórmula do campo magnético gerado por uma espira:

Questão 3) Uma bobina de 500 voltas e raio de 2,5 cm é percorrida por uma corrente elétrica de 0,5 A. Determine a intensidade do campo magnético, em unidades de mT (10^-3 T), produzido por essa bobina.

Dados:  μ₀ = 4π.10^-7 T.m/A, use π = 3.

a) 1,5 mT

b) 2,0 mT

c) 6,0 mT

d) 5,0 mT

e) 3,0 mT

Gabarito: Letra d

Resolução: Para resolvermos o exercício, faremos uso da fórmula do campo magnético gerado por uma bobina, observe:

Ao final do exercício, foi necessário que deslocássemos a posição da vírgula até que o resultado estivesse expresso em notação científica.

 

Por M.e Rafael Helerbrock
Professor de Física