Magnetismo

O magnetismo é o ramo da Física clássica que estuda os fenômenos magnéticos, como atração e repulsão de polos magnéticos e propriedades magnéticas dos materiais, permitindo calcularmos o campo magnético e a força magnética.

Leia também: Eletromagnetismo — a área da Física que estuda a eletricidade e o magnetismo simultaneamente

Resumo sobre magnetismo

• O magnetismo é a parte da Física clássica que permite calcularmos os campos magnéticos e as forças magnéticas.
• Os tipos de materiais magnéticos são chamados de diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos.
• O magnetismo é empregado no desenvolvimento de brinquedos magnéticos, bússolas, exame de ressonância magnética, cartões e fechos magnéticos.
• Os polos de um ímã não podem ser separados.
• A Terra é dotada de um polo norte magnético e um polo sul magnético.
• As linhas de campo magnético saem do polo norte e entram ao polo sul.

Videoaula sobre magnetismo

O que é magnetismo?

O magnetismo é uma área de estudo na Física dedicada à investigação dos fenômenos relacionados a campos magnéticos e às propriedades magnéticas da matéria. Os primeiros registros de sua observação são datados da época da Grécia Antiga, na região de Magnésia, o que provavelmente deu origem a sua nomenclatura.

Os exemplos mais clássicos de magnetismo que observamos são os ímãs de geladeira, os motores elétricos, os equipamentos médicos, como a máquina de ressonância magnética, os transformadores e muitos outros.

Tipos de materiais magnéticos

Existem três tipos de materiais magnéticos, os diamagnéticos, os paramagnéticos e os ferromagnéticos.

→ Materiais diamagnéticos

Os materiais diamagnéticos são os materiais magnéticos em que, quando estão nas redondezas de um campo magnético externo a eles, ocorre o ordenamento de seus momentos angulares no sentido contrário ao do campo magnético, como se o repelissem. É o caso da água, do bismuto, da madeira, do mercúrio, do ouro e do plástico.

→ Materiais paramagnéticos

Os materiais paramagnéticos são os materiais magnéticos em que, quando estão nas redondezas de um campo magnético externo a eles, ocorre o ordenamento de seus momentos angulares e eles passam a se comportar como um ímã, contudo, se distanciados desse campo magnético, deixam de se comportar dessa forma e retornam ao seu estado inicial. É o caso do alumínio, do cálcio, do magnésio, do sódio e do sulfato de cobre.

→ Materiais ferromagnéticos

Os materiais ferromagnéticos são aqueles em que, quando estão nas redondezas de um campo magnético externo a eles, ocorre o ordenamento de seus momentos angulares e eles passam a se comportar como um ímã, como os materiais paramagnéticos, mas com uma diferença, quando  distanciados desse campo magnético, eles continuam a se comportar dessa forma. É o caso do cobalto, do ferro, do níquel e de algumas ligas metálicas.

Para que serve o magnetismo?

O magnetismo tem inúmeras serventias, como o estudo dos materiais dotados de propriedades magnéticas, do campo magnético e da força magnética para sua compreensão e aplicação na medicina, engenharia, tecnologia e outras áreas.

Fórmulas do magnetismo

→ Campo magnético em uma espira circular

\(B = \frac{\mu_0 \cdot i}{2 \cdot R} \)

• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• μ_o → constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é 4π∙10^-7 T∙m/A.
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• R → raio da espira, medido em metros [m].

→ Campo magnético em uma bobina chata

\(B =N \cdot \frac{\mu_0 \cdot i}{2 \cdot R} \)

• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• N → número de espiras da bobina.
• μ_o → constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é 4π∙10^-7 T∙m/A.
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• R → raio da bobina, medido em metros [m].

→ Campo magnético em um condutor reto

\(B = \frac{\mu_0 \cdot i}{2 \cdot \pi \cdot d} \)

• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• μ_o → constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é 4π∙10^-7 T∙m/A.
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• d → distância ao fio, medida em metros [m].

→ Campo magnético no interior de um solenoide

\(B = N \cdot \frac{\mu_0 \cdot i}{l} \)

• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• μ_o → constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é 4π∙10^-7 T∙m/A.
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• N → número de espiras ou voltas no solenoide.
• l → comprimento do solenoide, medido em metros [m].

→ Força magnética sobre partículas carregadas

\(F = |q| \cdot v \cdot B \cdot sen \theta \)

• F → força magnética, medida em Newton N.
• q → módulo da carga elétrica em excesso ou falta, medido em Coulomb [C].
• v → velocidade da partícula  em relação ao campo magnético, medida em [m/s].
• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• θ → ângulo formado entre a velocidade e o campo magnético, medido em graus [°].

→ Força magnética sobre condutores retilíneos

\(F = B \cdot i \cdot l \cdot sen \theta \)

• F → força magnética, medida em Newton N.
• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• l → comprimento do fio, medido em metros [m].
• θ → ângulo formado entre o comprimento do fio e o campo magnético, medido em graus [°].

→ Força magnética sobre dois condutores retilíneos

\(F = \mu_0 \cdot \frac{i_1 \cdot i_2 \cdot l}{2 \cdot \pi \cdot d} \)

• F → força magnética, medida em Newton N.
• μ_o → constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é 4π∙10^-7 T∙m/A.
• i1 → corrente elétrica do condutor 1, medida em Ampère [A].
• i2 → corrente elétrica do condutor 2, medida em Ampère [A].
• l → comprimento do fio, medido em metros [m].
• d → distância entre os dois condutores, medida em metros [m].

→ Fluxo magnético

\(\varphi = B \cdot A \cdot \cos \theta \)

• ϕ → fluxo magnético, medido em Weber [Wb] ou [T∙m]
• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• A → área da superfície, medida em [m²]
• θ → ângulo entre a normal ao plano da espira e o vetor campo magnético, medido em graus [°].

→ Lei de Faraday-Lenz

\(\varepsilon = - \frac{\Delta \varphi}{\Delta t} \)

• ε → força eletromotriz induzida, medida em Volt [V].
• Δϕ → variação de fluxo magnético, medida em Weber [Wb] ou [T∙m].
• Δt → variação de tempo, medida em segundos [s].

Magnetismo no dia a dia

O magnetismo é um fenômeno facilmente encontrado no dia a dia, como nos ímãs de geladeira, brinquedos magnéticos, bússolas, materiais que têm propriedades magnéticas, aurora boreal, exame de ressonância magnética, cartões e fechos magnéticos e muito mais.

Ímãs

Os ímãs (ou magnetos) são materiais ferromagnéticos classificados como naturais, quando não são produzidos, ou artificiais, quando são produzidos pelo processo de imantação. Eles são dotados de um polo sul magnético e um polo norte magnético, com linhas de campo magnético saindo do polo norte e entrando no polo sul. As propriedades dos ímãs são:

• Inseparabilidade dos polos: os polos norte e sul dos ímãs são impossíveis de serem separados, independentemente do seu tamanho.
• Atração e repulsão dos polos: os polos de mesmo nome (norte-norte ou sul-sul) se repelem e os polos de nomes diferentes (norte-sul ou sul-norte) se atraem, conforme descrito na imagem abaixo:

Para saber mais sobre os ímãs, clique aqui.

Campo magnético da Terra

Assim como os ímãs, as linhas do campo magnético da Terra saem do polo norte magnético, com localização próxima ao polo sul geográfico terrestre, e entram no polo sul magnético, com localização próxima ao polo norte geográfico terrestre.

A explicação mais aceita na comunidade científica a respeito da origem do campo magnético terrestre se dá ao elevado número de correntes elétricas no interior da Terra e é chamada de teoria do dínamo.

Para saber mais sobre o campo magnético da Terra, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre magnetismo

Questão 1

(Uema)

A Anomalia Magnética no Sul e no Sudeste do Brasil é uma espécie de defasagem na proteção magnética da Terra, localizada sobre o Atlântico Sul, na faixa que se estende até o Continente Africano. Para tentar entender o fenômeno, especialistas estudam o campo magnético do planeta, gerado no núcleo de ferro líquido, superaquecido a pelo menos três mil quilômetros de profundidade. Essa região tem um campo mais enfraquecido. Isso faz com que os satélites, quando passam por essa região, tenham de desligar momentaneamente alguns componentes para evitar a perda do satélite ou que algum equipamento seja danificado. Por isso, é de interesse das agências espaciais monitorar constantemente a evolução dessa anomalia, principalmente, nessa faixa central.

https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia/saiba-o-que-e-a-amas-anomalia-magnetica-do-atlantico-sul/ (adaptada).

Com base no texto, qual o papel do campo magnético da Terra?

A) As linhas de campo magnético da Terra são geradas do polo sul magnético e entram no polo norte magnético.

B) O campo magnético protege a atmosfera terrestre, minimizando a entrada de partículas com alta velocidade, vindas do sol.

C) O campo magnético da Terra transmite as interações entre cargas elétricas, podendo ser de aproximação ou de afastamento.

D) O campo magnético da Terra é sempre atrativo e nunca repulsivo, sendo responsável por ficarmos de pé.

E) O campo magnético da Terra é o responsável pela fusão nuclear que alimenta o Sol e produz a energia necessária para a maioria das formas de vida da Terra.

Resolução:

Alternativa B.

O papel do campo magnético da Terra é protegê-la das partículas provenientes dos ventos solares.

Questão 2

(FGV) Da palavra 'aimant', que traduzido do francês significa amante, originou-se o nome ímã, devido à capacidade que esses objetos têm de exercer atração e repulsão. Sobre essas manifestações, considere as proposições:

I. assim como há ímãs que possuem os dois tipos de polos, sul e norte, há ímãs que possuem apenas um;

II. o campo magnético terrestre diverge dos outros campos, uma vez que o polo norte magnético de uma bússola é atraído pelo polo norte magnético do planeta;

III. os pedaços obtidos da divisão de um ímã são também ímãs que apresentam os dois polos magnéticos, independentemente do tamanho dos pedaços.

Está correto o contido em:

A) I, apenas.

B) III, apenas.

C) I e II, apenas.

D) II e III, apenas.

E) I, II e III.

Resolução:

Alternativa B.

I. assim como há ímãs que possuem os dois tipos de polos, sul e norte, há ímãs que possuem apenas um; (incorreta)

Existem somente ímãs que têm os dois tipos de polos.

II. o campo magnético terrestre diverge dos outros campos, uma vez que o polo norte magnético de uma bússola é atraído pelo polo norte magnético do planeta; (incorreta)

No campo magnético terrestre, o polo norte magnético de uma bússola é atraído pelo polo sul magnético do planeta.

III. os pedaços obtidos da divisão de um ímã são também ímãs que apresentam os dois polos magnéticos, independentemente do tamanho dos pedaços. (correta)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.

SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio. Universo da Física: Ondulatória. Eletromagnetismo, Física Moderna. São Paulo: Atual, 2005.