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Vídeo da aula: Campos Magnéticos Física • 9º Ano

Nesta aula, vamos aprender como desenhar corretamente linhas de campo de campos magnéticos criados por um íman e como as linhas de campo se relacionam com a força experimentada por dois ímanes.

12:35

Transcrição do vídeo

Neste vídeo, vamos aprender sobre campos magnéticos. Os campos magnéticos são facilitadores de coisas fantásticas, como objetos em levitação, e também coisas muito úteis, como comboios magnéticos muito rápidos.

Para começar por falar sobre estes campos, vamos começar com uma barra magnética. Esta é um íman permanente em forma de, adivinhou, uma barra. Agora, digamos que colocamos este íman em barra de maneira que fique plano numa mesa, estacionário. Nesta situação, certamente não podemos ver nenhum campo criado por este íman. Mas, assim como os campos elétricos precisam de um objeto carregado para mostrar a sua presença, os campos magnéticos precisam de um objeto magnetizável à sua volta para mostrar que existem.

Um ótimo exemplo de objetos que podem ser magnetizados são as chamadas limalhas de ferro. São pequenos pedaços de ferro em forma de bastão. Se pegássemos numa pequena pilha destas limalhas, o que equivaleria a centenas e centenas delas, e, em seguida, largássemos esta pilha pouco a pouco em volta do íman na nossa mesa, ao fazermos isso, veríamos que as limalhas não cairiam numa distribuição aleatória no tampo da mesa. O que veríamos, em vez disso, é que as limalhas, estas minúsculas barras de ferro, começariam a organizar-se de acordo com um padrão.

Esta é uma experiência que poderá realizar. E é por causa disso, porque as limalhas não apenas caem em grupos, mas na verdade se organizam de acordo com um padrão que se parece com isto, que dizemos que esta barra de íman, este íman permanente, produz um campo magnético à sua volta. E esta experiência não apenas mostra que um tipo de campo está a ser produzido pelo íman, mas também dá uma boa ideia de como este campo se assemelha.

Podemos ver que há muitas limalhas de ferro agrupadas nas extremidades da barra magnética, o que parece indicar que o campo é mais forte em intensidade aí. E também notamos este padrão geral em arco de uma extremidade do íman para a outra em ambos os lados do íman. Isso também nos dá uma ideia de como é o campo criado por este íman.

Toda esta ideia de campos magnéticos levanta uma questão. Lembre-se de que quando falamos sobre campos elétricos, dissemos que estes campos são criados por cargas elétricas. Portanto, sempre que tem uma carga, seja positiva ou negativa, esta carga cria um campo à sua volta. Mas então qual seria a fonte do campo magnético? Existe carga magnética?

Acontece que a origem física dos campos magnéticos é a carga elétrica, carga elétrica em movimento. Simplificando, a maneira de obter um campo magnético é pegar numa carga elétrica e movê-la. Esta ideia de carga em movimento pode lembrar-nos a estrutura de um átomo, composto por um núcleo rodeado por eletrões em órbita. Estes eletrões são partículas carregadas em movimento. Portanto, cada uma cria o seu próprio campo magnético. E o átomo em geral tem um campo magnético combinado ou efetivo. São todos os campos magnéticos líquidos de todos os átomos nesta barra magnética que se combinam para formar um campo magnético geral.

Para entender melhor os campos magnéticos, vale a pena falar sobre as duas partes — quase podemos chamá-las de duas metades — de um íman. A parte do íman que colorimos a azul, vamos referir-nos como polo norte. E a outra metade será chamada polo sul. Estes nomes, polo norte e polo sul, vêm do facto de que um dos primeiros usos dos ímanes era para ajudar as pessoas a navegar para encontrar o seu caminho.

Quando os materiais magnéticos foram descobertos pela primeira vez, descobriu-se que uma extremidade do material sempre queria apontar para o polo norte da Terra. A outra extremidade apontava em sentido oposto ao polo sul, daí os seus nomes, polo norte e polo sul.

Agora vimos, na nossa experiência com limalhas de ferro, que há mais limalhas que parecem acumular-se nos polos do que em qualquer outro lugar. Foi onde se agruparam. E, se se lembra, vimos que as limalhas se organizam em forma de arcos aproximados de um polo ao outro.

Com base no que vimos naquela experiência, podemos desenhar o que chamamos de linhas de campo magnético. As linhas de campo magnético são representações. Elas são uma maneira que temos de mostrar como é um campo magnético. Descobriremos que as linhas do campo magnético indicam duas coisas. Mostram-nos o sentido do campo magnético, para o sentido que aponta, bem como a sua intensidade.

Antes de desenharmos as linhas de campo nesta barra magnética, observe que estes dois pontos, considerados em conjuntos, indicam que os próprios campos magnéticos são quantidades vetoriais. E é aqui que as linhas do campo magnético nos mostram isso. Observando as linhas de campo desta barra magnética, podemos notar algumas coisas. Primeiro, cada uma das linhas tem um sentido associado. Todas elas têm uma ponta de seta, que mostra para onde apontam. Podemos examinar qualquer uma destas linhas de campo. E vemos que, pelo seu sentido, estão a apontar do polo norte do íman em direção ao polo sul.

Por exemplo, se escolhermos esta linha aqui, podemos ver que parece começar no polo norte do íman e depois se move em direção ao sul polo, neste sentido. Podemos ver então como estas linhas de campo indicam o sentido do campo magnético. Mas e quanto à intensidade do campo magnético?

Acontece que esta intensidade é indicada pelo que poderíamos chamar de densidade de linhas do campo magnético. Pense desta maneira. Digamos que temos um quadrado com um tamanho definido, este aqui. E digamos que possamos mover este quadrado de um ponto para outro neste diagrama. De momento, podemos ver que o quadrado não tem linhas de campo a atravessá-lo. Há zero linhas de campo a passar por este quadrado. Mas se movêssemos este quadrado para aqui, digamos, então isto mudaria.

Agora, existem duas linhas de campo magnético a atravessar pelo quadrado. E a seguir, se o movermos para baixo, veremos que ainda mais linhas de campo estão a passar por este espaço. Isso chega ao que queremos dizer com densidade de linhas do campo magnético, quantas linhas de campo existem num determinado volume de espaço. Quanto maior esta densidade, mais forte é o campo magnético que indica.

Com base nisso, podemos dizer que, para uma barra magnética como a que temos aqui, o local de maior campo magnético é próximo aos polos. É onde as linhas de campo estão mais concentradas. E notamos ainda que à medida que nos afastamos dos polos, a densidade das linhas de campo diminui, indicando um campo mais fraco.

Além disto, há algumas coisas sobre as linhas do campo magnético que não são fáceis de ver no esboço, mas são verdadeiras. Primeiro, as linhas do campo magnético formam circuitos fechados. Por outras palavras, uma linha de campo magnético nunca faria parte de um loop quebrado como este. O nosso diagrama parece contradizer esta afirmação, uma vez que as linhas de campo parecem começar no polo norte e terminar no polo sul.

Porém, na verdade, o que está a acontecer e que não desenhámos aqui e muitas vezes não é desenhado em diagramas é que há uma parte das linhas do campo magnético, o loop, que atravessa do íman. Se incluirmos todas estas partes de todos os loops que desenhámos, então veríamos que todas elas formam loops fechados.

Um segundo facto importante sobre as linhas do campo magnético é que não se intersetam. Ou seja, nunca veríamos uma situação física em que uma linha de campo magnético fosse assim e outra fosse, digamos, assim. A razão pela qual isto nunca pode acontecer é se tivéssemos linhas de campo magnético a intersetarem-se, isso significaria que, no ponto de intersecção, o campo magnético aponta em dois sentidos diferentes ao mesmo tempo. Isso não é possível. E é por isso que as linhas do campo magnético nunca se intersetam. Agora que sabemos um pouco sobre os campos magnéticos e as linhas que os representam, vamos praticar com alguns exemplos.

Qual dos quatro diagramas mostra corretamente as linhas de campo do campo magnético produzidas por dois ímanes planos muito largos colocados próximos um do outro, mas alinhados em sentidos opostos? O vermelho representa o polo norte dos ímanes e o azul o polo sul.

Olhando para os diagramas, vemos estas quatro opções — a), b), c) e d) — para a representação correta das linhas de campo do campo magnético entre estes dois ímanes. Podemos estar acostumados a ver ímanes construídos de forma diferente dos que aparecem nestes diagramas.

Disseram que são muito largos e planos. Portanto, embora possamos normalmente ver um íman parecido com este, estes ímanes parecem uma versão espalmada desse, mais parecido com isto. Disseram-nos que, com estes ímanes no diagrama, o lado vermelho representa o polo norte e o lado azul, o polo sul. Também nos disseram que estes dois ímanes estão alinhados em sentidos opostos, o que significa que os seus polos norte não apontam da mesma forma, mas na verdade apontam para sentidos opostos. O facto de estarem a apontar em sentidos opostos permite-nos anular algumas das nossas opções de resposta.

Por exemplo, observe na opção de resposta c) que o polo norte, a parte vermelha de cada um dos dois ímanes, aponta para cima. Mas, uma vez que os ímanes apontam em sentidos opostos, isso significa que este diagrama não representa o nosso cenário. A mesma coisa com a opção de resposta b), neste caso, o polo norte de cada um dos dois ímanes aponta para cima. Portanto, esta também não é a nossa escolha de resposta. Isto deixa as opções de resposta a e d restantes.

Se olharmos mais de perto a opção a, vemos que, neste caso, temos linhas de campo magnético que são orientadas para o polo norte dos dois ímanes. Podemos ver isso pelas pequenas pontas de seta que estão nas linhas de campo, indicando que as linhas de campo vão em sentido ao polo norte. Podemos recordar que, na realidade, isto é o oposto do sentido que apontam as linhas do campo magnético. As linhas do campo magnético apontam sempre do polo norte do íman para o polo sul. Isto é verdade quer tivéssemos apenas um íman — então as linhas de campo poderiam ser assim — quer tivéssemos vários ímanes, como temos neste caso. Isso significa que a opção a também não é nossa escolha. As linhas de campo, neste caso, apontam para o lado oposto ao que fazem na vida real.

Dando uma olhadela na nossa última opção, escolha d, vemos que, neste caso, o polo sul de cada íman, indicado a azul e, tem as linhas de campo a apontar para si. Esta é uma maneira precisa de representar as linhas do campo magnético a apontar do polo norte ao polo sul. A opção d mostra-nos dois ímanes apontados em sentidos opostos e as linhas de campo estão desenhadas corretamente. Portanto, esta é a nossa escolha para a representação correta do campo magnético criado por estes dois ímanes.

Vejamos agora um segundo exemplo de campos magnéticos.

O diagrama mostra uma barra magnética. A barra magnética cria um campo magnético à sua volta. Em que ponto marcado no diagrama o campo magnético é mais forte? Em que ponto marcado no diagrama o campo magnético é mais fraco?

Dando uma olhadela no nosso diagrama, vemos este íman em barra com os polos norte e sul e os quatro pontos — A, B, C e D — marcados à sua volta. Disseram-nos que esta barra magnética cria um campo magnético à sua volta. E ao representar este campo magnético utilizando linhas de campo magnético, determinaremos a resposta à nossa questão sobre onde este campo é mais forte e onde é mais fraco.

Podemos começar por esboçar as linhas do campo magnético que representam o campo criado por este íman. Podemos recordar que, em geral, estas linhas de campo se movem do polo norte do íman para o polo sul. Com estas linhas de campo do exemplo desenhadas, observe que cada uma tem um sentido associado a ela e uma ponta de seta na linha do campo que informa para que sentido o campo magnético aponta.

No entanto, não é no sentido do campo magnético que estamos interessados, mas sim na sua intensidade. Queremos saber onde é que o campo é mais forte e mais fraco. Para descobrir isso, podemos recordar que a densidade das linhas do campo magnético, ou seja, quantas linhas do campo magnético passam por um determinado espaço, é uma indicação da intensidade do campo magnético. Quanto mais linhas de campo dentro de um determinado volume fixo, maior será a força do campo magnético.

Isso significa que podemos olhar para as linhas de campo que desenhámos neste diagrama e procurar regiões de alta concentração, bem como de baixa concentração. Os lugares onde as linhas de campo estão mais próximas umas das outras, digamos por aqui, indicam um campo magnético mais forte. Por outro lado, locais onde não há muitas linhas de campo magnético num determinado espaço, digamos aqui, indicam um campo mais fraco.

Sabendo isto, queremos analisar os nossos quatro locais — A, B, C e D — neste diagrama. Para começar, vamos procurar o ponto onde as linhas de campo são mais densas, mais próximas. É aí que o campo é mais forte. Comparando os quatro pontos, vemos que é o ponto A que existe onde há mais linhas de campo por unidade de espaço do que qualquer outro. Isto indica um campo magnético relativamente mais forte. Então, vamos dizer que este é o ponto onde o campo é mais forte.

E quanto ao ponto em que o campo é mais fraco? Se considerarmos o espaço em volta dos pontos B, C e D, vemos que é o ponto D que tem menos linhas de campo nas proximidades. A menor densidade de linhas do campo magnético indica a menor intensidade do campo magnético. Portanto, dos quatro pontos, o campo magnético é o mais fraco no ponto D.

Ok, ao encerrar a nossa aula, vamos resumir o que vimos sobre os campos magnéticos. Para começar, vimos que os campos magnéticos são criados pelas cargas elétricas que são postas em movimento. E notamos que, no nível atómico, estas cargas elétricas em movimento são eletrões a orbitar o núcleo.

Além disso, vimos como os campos magnéticos têm intensidade e sentido. Ou seja, são quantidades vetoriais. Os campos magnéticos são representados por linhas de campo magnético, as quais possuem várias propriedades. As linhas de campo magnético apontam do polo norte de um íman para o polo sul. Formam loops fechados. E não se intersetam.

Finalmente, aprendemos que o sentido do campo magnético é indicada pelas pontas de seta nas linhas do campo magnético e que a intensidade ou força do campo magnético é indicada pela densidade das linhas do campo magnético.

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