O fenômeno magnético é conhecido
a mais de 2000 anos. Historicamente, os primeiros materiais com propriedades
magnéticas foram encontrados na região de Magnésia, na atual Turquia, mas que
na Antiguidade foi uma região provinciana grega. Os chineses foram os primeiros
a darem uma aplicação prática aos imãs, utilizando-os como instrumentos de
orientação (bússola).
O primeiro tratado científico
sobre o magnetismo foi publicado em Londres no ano de 1600 por William Gilbert.
O livro intitulado De Magnete é um
marco na revolução ocorrida entre os séculos 16 e 17 na atitude em relação à
natureza e às ciências. Gilbert criou um tratado completo de magnetismo, mas
seus objetivos eram maiores: ele esperava inaugurar uma nova cosmologia, na
qual o magnetismo teria papel central, ou uma nova filosofia da natureza.
Escrito em latim, De magnete dividia-se em seis livros, cada um com seis
capítulos. No prefácio, para não deixar dúvida quanto ao seu compromisso com a
ciência experimental, Gilbert dedicava a obra aos que não buscam o conhecimento
nos livros, mas nas próprias coisas. Nos primeiros capítulos do livro I, o
autor faz uma revisão crítica dos escritos anteriores sobre magnetismo,
condenando mitos passados, sem contestação, de um autor a outro, falsidades ...
criadas para serem engolidas pela humanidade. Entre elas, ele inclui histórias
sobre navios construídos com pinos de madeira, em vez de pregos, para evitar a
atração magnética das montanhas do norte; sobre a destruição do magnetismo pelo
contato com o alho; sobre o uso de ímãs para denunciar esposas infiéis e assim
por diante.
IMÃS
Todos os imãs por
conversão possuem dois polos: o norte (N) e o sul (S), e eles interagem entre
si de tal forma que polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem.
Num imã, um
polo não aparece isolado; se um imã for partido, cada pedaço terá seus próprios
polos norte e sul. Isso ocorre porque um imã é constituído de imãs elementares
que estão previamente orientados com seus pares de polos norte e sul.
Se uma material
ferromagnético for aproximado de um imã, ele se torna magnetizado, exemplo
disso é um prego, pois quando próximo de um imã o prego passa a atrair outros
materiais ferromagnéticos. Todavia, na ausência do imã, o efeito magnético do prego
não perdura; assim dizemos que o prego foi magnetizado por indução. A
magnetização depende de propriedades intrínsecas do material – momento angular
orbital dos elétrons (spin) – e
também da estabilidade externa do material. Por esse motivo, um imã pode perder
suas propriedades magnéticas ao sofre um choque mecânico ou se for aquecido em
demasia – a temperatura a partir da qual isso ocorre é chamado de Ponto Curie,
que para o ferro é de aproximadamente 770 °C.
Os materiais
podem ser classificados quanto à sua facilidade de imantação.
- Substâncias ferromagnéticas: aquelas cujos imãs elementares se orientam facilmente quando submetidos à ação de um campo magnético externo. Exemplos: ferro, níquel, cobalto e algumas ligas metálicas.
- Substâncias paramagnéticas: aquelas cujos imãs elementares não se orientam facilmente sob a ação de um campo magnético externo. Exemplos: platina, plástico, madeira, óleo, etc.
- Substâncias diamagnéticas: aquelas cujos imãs elementares se orientam em sentido contrário ao vetor indução magnética, sendo, portanto, repelidas pelo imãs que criou o campo magnético. Exemplos: bismuto, cobre, ouro, prata, chumbo, etc.
CAMPO MAGNÉTICO
Denominamos
campo magnético como a região do espaço ao redor de um imã que fica sujeita aos
efeitos magnéticos. Sua representação, similar ao campo elétrico, é realizado
por meio de linhas de força magnética ou linhas de indução magnética, que são
imaginárias e exteriormente saem do polo norte e entram no polo sul.
Cada ponto das
linhas de força magnética é caracterizada por um vetor B denominado vetor indução magnética ou vetor
campo magnético, sempre tangente às linhas de força e no mesmo sentido delas.
EXPERIMENTO DE
CHRISTIAN OERSTED
Experimentalmente, em 1820, o
físico dinamarquês Christian Oersted verificou que uma corrente elétrica que
circulava em um fio condutor gerava um campo magnético ao seu redor. Para
observar isso, Oersted montou um circuito, mantendo um trecho do fio condutor
esticada na direção Norte-Sul, colocando bem próximo e sob esse trecho uma
bússola.
Ao fechar o circuito, a agulha
magnética da bússola sofria um desvio e permanecia quase perpendicular ao
condutor, graças a circulação de corrente elétrica pelo fio condutor.
Verificou-se ainda que se i sentido da corrente elétrica fosse invertido, a
agulha sofria uma inversão em seu sentido.
Da experiência, Oersted conclui que:
“Uma corrente elétrica cria ao seu redor um campo magnético
induzido.”
LEI DE BIOT-SAVART
Jean-Bastiste Biot (1774-1862) e Félix Savart foram dois franceses que
formularam uma equação que permitiu calcular a intensidade do campo magnético
gerado por uma corrente elétrica. Consideremos um trecho bem pequeno de
comprimento ΔL, de um fio condutor sendo percorrido por uma corrente elétrica
de intensidade i. Essa corrente gera um campo magnético de intensidade ΔB, num
ponto situado a uma distância d do trecho em questão. Se essa distância for
medida de modo a formar com ΔL um ângulo θ, então a intensidade ΔB será dada
por:
A unidade de medida de campo magnético (B) no SI é o Tesla (T), em
homenagem a Nicola Tesla, engenheiro croata e multi-inventor.
A grandeza µ é chamada permeabilidade magnética e indica
uma medida da facilidade de produzir magnetização nesse meio e seu valor no vácuo é de
O sentido e a direção do vetor indução campo magnético pode ser representado
utilizando a regra da mão direita, que consiste em posicionar o polegar no
sentido da corrente elétrica e fechar os demais dedos envolvendo o fio condutor
em estudo, assim as linhas de força magnética é dada pelo movimento gerado dos
dedos que envolvem o fio.
A lei de Biot-Savart é um caso geral para calcular a intensidade do
campo magnético ao redor de condutores com os mais variados formatos. A
intensidade do campo magnético em condutores retilíneos e longos é um caso
particular da lei de Biot-Savart, nessa configuração, a corrente elétrica i
gera um campo magnético cujas linhas de força são circunferências de raio R= d,
que é a distância do fio até um ponto P da circunferência, a intensidade do
vetor indução magnético B é determinada pela Lei de Ampère:
CAMPO MAGNÉTICO NO
CENTRO DE UMA ESPIRA
Uma espira é um condutor circular e o campo
magnético que se cria em torno dela é de tal forma que no seu centro o vetor
indução magnética tem direção perpendicular ao plano que a contem, sendo que
seu sentido é dado pela regra da mão direita.
A intensidade do vetor campo
magnético no centro da espira é dado pela seguinte expressão:
Caso tenhamos um conjunto de n
espiras iguais justapostas, cujo nome é bobina chata, a intensidade do campo
magnético no seu centro será de :
CAMPO MAGNÉTICO NO INTERIOR DE UM SOLENOIDE
Um solenoide é um fio condutor elétrico em forma de
espira e quando percorrido por uma corrente elétrica comporta-se como um ímã de
barra: no seu interior é gerado um campo magnético tal que sua extremidade onde
saem as linhas de campo corresponde ao polo norte e a outra extremidade o polo
sul.
Quando o comprimento
do solenoide é muito maior que seu diâmetro, podemos considerar que a
intensidade do campo magnético em seu interior é constate e que as linhas de
força são paralelas e equidistantes entre si (campo magnético uniforme).
No campo magnético uniforme o vetor indução
magnética apresenta direção coincidente com o eixo longitudinal do solenoide e
o sentido é determinado pela regra da mão direita. A intensidade do campo
magnético é determinada pela seguinte expressão:
Onde n é a quantidade de espiras e o L e o
comprimento do solenoide.
Postagens
0 comentários:
Postar um comentário