Física

Objectivo de aprendizagem

No final desta secção, será capaz de:

  • Definir campo magnético e descrever as linhas de campo magnético de vários campos magnéticos.

Einstein terá ficado fascinado por uma bússola quando criança, talvez pensando em como a agulha sentiu uma força sem contacto físico directo. A sua capacidade de pensar profunda e claramente sobre a acção à distância, particularmente para as forças gravitacionais, eléctricas e magnéticas, permitiu-lhe mais tarde criar a sua revolucionária teoria da relatividade. Uma vez que as forças magnéticas actuam à distância, definimos um campo magnético para representar as forças magnéticas. A representação pictórica das linhas do campo magnético é muito útil na visualização da força e direcção do campo magnético. Como mostra a Figura 1, a direcção das linhas do campo magnético é definida como a direcção em que aponta a extremidade norte de uma agulha de bússola. O campo magnético é tradicionalmente chamado de campo B.

Três diagramas que ilustram as linhas do campo magnético. A figura a mostra um íman de barra com um número de bússolas dispostas ao longo do íman em ambos os lados. As agulhas das bússolas no pólo norte do ponto de íman afastado do pólo. As agulhas das bússolas no pólo sul do pólo do íman apontam para o pólo. As agulhas das bússolas entre os dois pólos apontam paralelamente ao íman, em direcção ao pólo sul. A figura b mostra linhas que vão do pólo norte para fora e à volta do pólo sul. A figura c mostra linhas como laços fechados que correm do pólo norte para fora do íman e à volta do pólo sul, e depois para cima através do íman até ao pólo norte.

Figure 1. As linhas do campo magnético são definidas para ter a direcção que uma pequena bússola aponta quando colocada num local. (a) Se forem utilizadas pequenas bússolas para mapear o campo magnético em torno de um íman de barra, elas apontarão nas direcções indicadas: para longe do pólo norte do íman, em direcção ao pólo sul do íman. (Recordar que o pólo magnético norte da Terra é realmente um pólo sul em termos de definições de pólos num íman de barras). (b) A ligação das setas dá linhas de campo magnético contínuas. A força do campo é proporcional à proximidade (ou densidade) das linhas. (c) Se o interior do íman pudesse ser sondado, as linhas de campo seriam encontradas para formar laços contínuos fechados.

Bússolas pequenas usadas para testar um campo magnético não o perturbarão. (Isto é análogo à forma como testamos campos eléctricos com uma pequena carga de teste. Em ambos os casos, os campos representam apenas o objecto que os cria e não a sonda que os testa). A figura 2 mostra como o campo magnético aparece para um laço de corrente e um longo fio recto, como poderia ser explorado com pequenas bússolas. Uma pequena bússola colocada nestes campos alinhar-se-á paralelamente à linha de campo no seu local, com o seu pólo norte apontando na direcção de B. Note os símbolos utilizados para o campo entrar e sair do papel.

Figure a: campo magnético de um laço de corrente circular com uma corrente movendo-se no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. As linhas de campo são também aproximadamente circulares, correndo para cima através do centro do laço de corrente, e de volta para baixo fora do laço. Figura b: um fio recto com uma corrente a correr em linha recta para cima. As linhas do campo magnético circulam o fio no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Figura c: uma mão direita com o polegar a apontar para cima, paralela a um fio com a corrente a subir. As figuras da mão enrolam-se em torno do fio no sentido anti-horário para mostrar a direcção do campo magnético quando a corrente está para cima. O símbolo para representar as linhas do campo magnético que saem da superfície e se dirigem ao visor-B para fora, é um círculo com um círculo vendido no interior. O símbolo para representar linhas do campo magnético que correm para a superfície e para o interior do visor-B é representado com um círculo com um x no seu interior. Quando a corrente está a correr para cima, B para fora é para a esquerda e B para dentro é para a direita.

Figure 2. Pequenas bússolas poderiam ser usadas para mapear os campos aqui mostrados. (a) O campo magnético de um laço de corrente circular é semelhante ao de um íman de barra. (b) Um fio longo e recto cria um campo com linhas de campo magnético formando laços circulares. (c) Quando o fio está no plano do papel, o campo é perpendicular ao papel. Note que os símbolos utilizados para o campo apontando para dentro (como a cauda de uma seta) e o campo apontando para fora (como a ponta de uma seta).

Fazer ligações: Conceito de Campo

Um campo é uma forma de mapear forças em torno de qualquer objecto que possa agir sobre outro objecto à distância sem ligação física aparente. O campo representa o objecto que o gera. Campos gravitacionais mapeiam forças gravitacionais, campos eléctricos mapeiam forças eléctricas, e campos magnéticos mapeiam forças magnéticas.

Exploração extensiva de campos magnéticos revelou uma série de regras difíceis e rápidas. Utilizamos linhas de campos magnéticos para representar o campo (as linhas são uma ferramenta pictórica, não uma entidade física em e de si mesmas). As propriedades das linhas do campo magnético podem ser resumidas por estas regras:

  1. A direcção do campo magnético é tangente à linha do campo em qualquer ponto do espaço. Uma pequena bússola apontará na direcção da linha do campo.
  2. A força do campo é proporcional à proximidade das linhas. É exactamente proporcional ao número de linhas por unidade de área perpendicular às linhas (chamada densidade areal).
  3. As linhas do campo magnético nunca se podem cruzar, o que significa que o campo é único em qualquer ponto no espaço.
  4. As linhas do campo magnético são contínuas, formando loops fechados sem início nem fim. Vão do pólo norte para o pólo sul.

A última propriedade está relacionada com o facto de os pólos norte e sul não poderem ser separados. É uma diferença distinta das linhas do campo eléctrico, que começam e terminam com as cargas positivas e negativas. Se existissem monopolos magnéticos, então as linhas de campo magnético começariam e terminariam neles.

Secção Sumário

    li>Campos magnéticos podem ser representados pictóricamente por linhas de campo magnético, cujas propriedades são as seguintes:

    • O campo é tangente à linha do campo magnético.
    • A força do campo é proporcional à densidade da linha.
    • As linhas de campo não podem cruzar-se.
    • As linhas de campo são laços contínuos.

Perguntas conceptuais

  1. Explicar porque é que o campo magnético não seria único (ou seja, não teria um único valor) num ponto do espaço onde as linhas do campo magnético se poderiam cruzar. (Considerar a direcção do campo em tal ponto.)
  2. Lista as formas em que as linhas do campo magnético e as linhas do campo eléctrico são semelhantes. Por exemplo, a direcção do campo é tangente à linha em qualquer ponto do espaço. Enumerar também as formas em que elas diferem. Por exemplo, a força eléctrica é paralela às linhas do campo eléctrico, enquanto que a força magnética em cargas móveis é perpendicular às linhas do campo magnético.
  3. Notando que as linhas do campo magnético de um íman de barra se assemelham às linhas do campo eléctrico de um par de cargas iguais e opostas, espera que a força do campo magnético diminua rapidamente com a distância do íman? Será isto consistente com a sua experiência com ímanes?

    4. li>É o campo magnético da Terra paralelo ao solo em todos os locais? Se não, onde é paralelo à superfície? A sua força é a mesma em todos os locais? Se não, onde é maior?

Glossary

campo magnético: a representação de forças magnéticas campo B: outro termo para linhas de campo magnético: a representação pictórica da força e a direcção de um campo magnético direcção de linhas de campo magnético: a direcção que a extremidade norte de uma agulha de bússola aponta

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