1) O que ocorre se colocar-se uma barra de ferro no interior de uma solenoide energizada?

O físico francês Dominique Arago (1786-1853) percebeu que se colocasse uma barra de ferro no interior de um solenoide energizada, a barra se imantava, ou seja, se transformava em um imã! Esse conjunto ficou conhecido como eletroímã e atualmente é utilizado em vários aparelhos elétricos e instrumentos de medidas.

2) Se aproximar-se dois fios retos energizados, o que pode acontecer?

Outro cientista que não acreditava na independência entre os fenômenos elétricos e magnéticos, foi o francês André Marie Ampère (1775-1836). Ele verificou a atração e a repulsão entre campos magnéticos sem a utilização de imãs! Ele aproximou dois fios retos energizados e percebeu que se as correntes elétricas nos fios tivessem o mesmo sentido, os fios eram atraídos em função de forças magnéticas (figura a). Se as correntes elétricas nos fios tivessem sentidos opostos, então, eles eram repelidos por ação das forças magnéticas (figura b).

3) Qual foi a contribuição do trabalho de Ampère ao estudo dos fenômenos elétricos e magnéticos?

Segundo Ampére, um fio com corrente elétrica cria um campo magnético na região ao seu redor. Outro fio, neste campo, fica sujeito à ação de uma força magnética se nele estabelecer uma corrente elétrica. Desse modo, Ampére demonstrava não ser necessária a presença de ímã ou bússolas para se observar a atração ou a repulsão magnética.

4) Como é interpretada a interação entre correntes elétricas? Qual é o papel atribuído ao campo magnético?

A experiência de Ampère mostrou que a interação entre as correntes elétricas I₁e I₂ se manifesta por meio da ação de força magnética entre os fios. A interação entre duas ou mais correntes elétricas em condutores diferentes é interpretada como ação de uma força F de natureza magnética, que pode ser atrativa (correntes no mesmo sentido) ou repulsiva (correntes em sentidos opostos). Ao campo magnético B criado por eles é atribuído o papel de mediador nessa interação.

5) Qual a relação entre as conclusões tiradas das experiências de Oersted e a de Ampère com a Lei de Ação e Reação de Isaac Newton?

Na experiência de Oersted, a passagem de uma corrente elétrica através de um fio fez uma agulha magnética, próxima a ele, ficar sob a ação de uma força. Já Ampère mostrou que um fio sob a ação de uma força quando imerso em um campo magnético. Os dois fenômenos descritos estão relacionados com a Lei de Ação e Reação de Newton, pois a corrente elétrica faz surgir sobre o ímã (agulha) uma força magnética, e o ímã faz surgir sobre o fio uma força também de origem magnética. Essas forças correspondem a um par de ação e reação.

6) No que consiste então um eletroímã?

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um fio condutor enrolado em um metal composto de ferro, o metal magnetiza-se, intensificando o campo magnético na região ao redor do eletroímã. Daí, o eletroímã é todo dispositivo capaz de gerar campo magnético ao ser alimentado por uma fonte de energia elétrica. Um exemplo de eletroímã é uma bobina (que é um rolo de fio) com núcleo de ferro passando por dentro. Quando há passagem de corrente elétrica pelo fio da bobina, esse material passa a ter propriedades magnéticas.

7) Uma carga em repouso em um campo magnético fica sujeita a forças magnéticas?

Não, apenas cargas em movimento geram campos magnéticos e, portanto, podem ser submetidas a forças magnéticas.

8) Como verificamos intensidade da força magnética sobre um fio quando nele percorre uma corrente elétrica e está submetido a um campo elétrico externo uniforme?

É preciso usar a expressão matemática:

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

Onde:

F é a força magnética sobre o fio, medida em Newton (N);

B é o valor do campo magnético externo medido em Tesla (T);

i é a corrente elétrica no fio, medido em Ampère (A),

ℓ é o comprimento do fio exposto ao campo magnético, medido em metro(m);

e θ é o ângulo formado entre o sentido da corrente e o campo magnético.

Para a direção e o sentido da força magnética nós usamos a “regra do tapa”. Veja:

Usando a mão direita, o polegar indica o sentido da corrente elétrica, os outros dedos indicam a direção e o sentido do campo magnético, enquanto que a palma da mão indica a direção e o sentido da força magnética.

9) Exemplo: Um condutor retilíneo de comprimento 0,5 m, é percorrido por uma corrente de intensidade 4 A. O condutor está totalmente imerso num campo magnético de intensidade 10^—3 T, formando com a direção do campo um ângulo de 30°. A intensidade da força magnética que atua sobre o condutor é:

Solução

ℓ = 0,5 m

i = 4 A

B = 10^—3 T

θ =30^o

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

F = 10^—3 x 4 x 0,5 x sen 30^o

F = 10^—3 x 2 x 0,5

F = 1 x 10^—3 N = 10^—3 N

Galvanômetro de D'Arsonval

Um galvanômetro consiste de uma bobina móvel, suspensa entre os polos de um ímã, que pode girar em torno de um eixo. Quando ligado a um circuito, uma corrente elétrica na bobina produz um campo magnético. A interação desse campo com o campo magnético do ímã produz um torque que faz a bobina girar. Um ponteiro, fixo na bobina, indica em uma escala o valor da corrente elétrica. Se a direção da corrente for invertida, a bobina e o ponteiro giram no sentido oposto. As peças polares do ímã são projetadas para que o campo magnético entre elas seja uniforme, de forma que a deflexão angular do ponteiro seja proporcional à corrente elétrica na bobina.

Atividades:

1) Julgue cada afirmativa como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Uma partícula eletrizada pode gerar isoladamente apenas um campo elétrico ou apenas um campo magnético, conforme esteja em repouso ou em movimento, respectivamente. ( )

b) Uma carga elétrica submetida a um campo magnético sofre sempre a ação de uma força magnética. ( )

c) Uma carga elétrica submetida a um campo elétrico sofre sempre a ação de uma força elétrica. ( )

d) A força magnética que atua sobre uma carga elétrica em movimento dentro de um campo magnético é sempre perpendicular à velocidade da carga. ( )

e) Sabendo que numa região do espaço havia uma carga elétrica positiva em movimento circular uniforme, desde modo há um campo magnético uniforme perpendicular ao plano da curva. ( )

f) Por dois fios retilíneos e paralelos passam correntes idênticas, de mesmo sentido. O campo magnético gerado por estas correntes num ponto equidistante aos fios é nulo. ( )

g) Próximo a um ímã, coloca-se um corpo com carga +Q em repouso, pode-se afirmar que a carga não será atraída nem repelida, porque desta forma descrita o ímã não interage com a carga. ( )

h) Um campo magnético é capaz de exercer uma força sobre uma carga elétrica em movimento. ( )

i) Um campo magnético torna-se capaz de exercer força sobre uma carga elétrica em movimento. Essa força é a força magnética. ( )

2) Há uma força de atração entre dois fios longos retilíneos e paralelos, quando em cada um deles circula uma corrente elétrica com o mesmo sentido, porque há uma interação entre:

(A) o campo elétrico dentro de um condutor e o campo elétrico dentro do outro condutor.

(B) o campo magnético criado pela corrente que passa em um condutor, e a corrente que circula no outro.

(D) o campo elétrico dentro de um condutor e a corrente do outro condutor.

3) Um parafuso muito pequeno feito de metal, caiu num solo empoeirado e você não conseguiu mais encontrá-lo. Você dispunha de uma pilha, um pedaço de fio e um prego. Dispondo destes três objetos, você construiu um dispositivo que, ao passar pelo solo, capturou o parafuso. Este dispositivo foi assim montado:

(A) amarrou-se em uma das extremidades do fio, o prego e, na outra, a pilha, criando-se um eletroímã que atraiu o parafuso.

(B) ligou-se a pilha nas extremidades do prego e, pendurando o prego pelo fio, atraiu-se o parafuso.

(C) enrolou-se o fio no prego e ligou-se a pilha nas extremidades do fio, formando um eletroímã que, ao passar pelo solo, atraiu o parafuso.

(D) enrolou-se o fio na pilha e, empurrando a pilha com o prego sobre o solo, atraiu-se o parafuso.

4) Nas figuras abaixo estão representados os vetores B e v atuando sobre uma carga q positiva. Suponha que o campo magnético em cada região é uniforme. Aplicando a regra da mão direita, represente o vetor F que atua em cada caso.

5) Uma carga q movendo-se com velocidade v imersa em um campo magnético B está sujeita a uma força magnética F_m. Se v não é paralelo a B, marque a alternativa que apresenta as características corretas da força magnética F_m.

(A) O trabalho realizado por F_m sobre q é nulo, pois F_m é perpendicular ao plano formado por v e B .

(B) O trabalho realizado por F_m sobre q é proporcional a v e B, pois Fm é perpendicular a v.

(D) O valor de F_m é proporcional a v e B, sendo paralela a v; portanto o trabalho realizado por F_m sobre q é proporcional a v.

6) Quando um campo magnético torna-se capaz de exercer força sobre uma carga elétrica em movimento, como é chamada essa força?

(A) Força elétrica

(B) Força bobina

(D) Força de campo gravitacional

Exercícios Resolvidos:

1) Calcule a intensidade e desenhe a direção e o sentido da força magnética sobre o fio condutor da figura. Considere que a intensidade da corrente elétrica é de 2 A, o fio tenha comprimento de 0,5m, o campo magnético tenha 10^–2 T e o ângulo entre o condutor e a direção do campo é de 90^o. Dado: sem 90^o = 1.

Solução

ℓ = 0,5 m

i = 2 A

B = 10^–2 T

θ =90^o

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

F = 10^–2 x 2 x 0,5 x sen 90^o

F = 10^–2 x 1 x 1

F = 10^–2 N

A direção e sentido seriam descritos, respectivamente, perpendicular ao fio e entrando nesse fio.

2) Um fio condutor retilíneo tem comprimento ℓ = 16 metros e transporta uma corrente elétrica contínua, igual a i = 0,5 A, em um local onde existe um campo magnético perpendicular e uniforme, cujo módulo vale B = 0,25 Tesla, conforme indica a figura abaixo. O módulo da força magnética exercida pelo campo magnético sobre o fio será:

(A) 0,2 N. (B) 20 N. (C) 200 N. (D) 2 N.

Aplicando a equação da força magnética sobre o fio retilíneo, teremos:

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

F = 0,25 x 0,5 x 16 x sen 90^o

F = 0,125 x 16 x 1

F = 2 N

3) Se a força magnética que atua sobre um fio retilíneo, de 1 m e mergulhado perpendicularmente em um campo magnético de 10 T, é de 2 N, o valor da corrente elétrica que flui pelo fio em ampére (A) é?

(A) 0,1 (B) 0,2 (C) 0,3 (D) 0,4

Aplicando a equação da força magnética sobre o fio retilíneo, teremos:

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

2 = 10 ∙ i ∙ 1 ∙ sen 90^o

2 = 10i ∙ 1

10i = 2

i = 2 / 10

i = 0,2 A

4) Um fio de comprimento 1,5 m, que conduz corrente elétrica de 0,2 A, está mergulhado em uma região de campo magnético. Determine o valor da força magnética sobre o fio sabendo que o valor do campo magnético é de 10 T e que a direção do fio forma um ângulo de 30° com a direção do campo.

(A) 0,5 N (B) 2,5 N (C) 1,5 N (D) 3,5 N

Aplicando a equação da força magnética sobre o fio retilíneo, teremos:

F = B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

F = 10 x 0,2 x 1,5 x sen 30^o

F = 3 x 0,5

F = 1,5 N

5) (ENEM-2013) Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6 A percorra uma barra condutora de comprimento ℓ = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = 5 × 10^–2 N/cm. O sistema mola-condutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição de equilíbrio a uma velocidade média de 5 m/s e atingirá a catraca em 6 milisegundos, abrindo a porta.

A intensidade do campo magnético, para que o dispositivo funcione corretamente, é de:

(A) 5 × 10^–1 T.

(B) 5 × 10^–2 T.

(D) 2 × 10^–2 T.

(E) 2 × 10⁰ T.

Temos uma questão de equilíbrio de forças em que as nossas forças atuantes são: Força magnética e força elástica.

Encontraremos o módulo de cada um para, a partir dai, encontrar o valor do campo.

Calculando o comprimento do seguimento OC:

OC=V_m∙ t

OC=5 x 6 x 10^–2 = 3 x 10^–2 m

OC= 3 cm

O valor de OC serve como componente “x” no caso em que temos a deformação máxima da mola na Força elástica:

F_el=K∙x_máx= K∙OC

F_el= 5 x 10^–2 x 3

F_el= 15 x 10^–2

Para encontrarmos o sentido da força magnética, devemos usar a regra da mão direita. Através dessa regra, podemos concluir que o sentido da força magnética é para a esquerda, justamente no sentido oposto a força elástica.

F_mag= B ∙ i ∙ ℓ ∙ sen θ

F_mag = B ∙ 6 ∙ 5 x 10^–2∙ sen 90^o

F_mag = B ∙ 30 x 10^–2∙ 1

F_mag = B ∙ 30 x 10^–2

Através do equilíbrio de forças, podemos deduzir que:
F_mag=F_el
B ∙ 30 x 10^–2= 15 x 10^–2

B= 15 / 30

B = 0,5 = 5 x 10^{– 1}T

6) O fenômeno eletromagnético é a base do funcionamento de alguns aparelhos da atualidade. Carregadores de celular via wireless, ou em cooktop por indução são exemplos. Uma placa de cooktop por indução é composta por um enrolamento indutor (o primário de um transformador) colocado sob uma placa vitrocerâmica, alimentada por um enrolamento de uma fonte de tensão de frequência 50 – 60 Hz. O utensílio de cozinha (panela, frigideira, leiteira, ...) funciona como um enrolamento de uma espira (o secundário do transformador), no qual surge uma corrente induzida. A intensidade dessa corrente aquece o utensílio por efeito Joule. Uma das condições necessárias para funcionamento do fogão à indução (cooktop por indução) é que:

(A) o fogão seja ligado a uma fonte de 220 V.

(B) a tensão da fonte que alimenta o cooktop seja alternada.

(D) o campo magnético na bobina seja uniforme.

Pesquisa Google:

1) Explique o princípio de funcionamento do galvanômetro.

2) Explique o princípio de funcionamento de uma campainha.

Aprofunde-se:

https://pt.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re