Introdução
Na aula passada, falamos sobre o movimento das cargas elétricas em meios condutores e definimos o conceito de corrente elétrica. Vimos que a passagem de corrente elétrica por um condutor (ou componentes) envolve uma conversão de energia elétrica em energia térmica, devido à interação entre elétrons e os átomos dos materiais. Esse efeito, denominado Efeito Joule, é utilizado em diversas aplicações como chuveiro, ferro de passar, lâmpadas de filamento e aquecedores elétricos em geral.
No entanto, outras aplicações como ventiladores, liquidificadores, máquinas de lavar e motores elétricos em geral, dependem de uma conversão de energia elétrica em movimento (energia mecânica). Os conceitos de eletricidade trabalhados até o momento ainda não são suficientes para a compreensão desse processo. Para isso, precisaremos incluir os conceitos do Magnetismo.
Os imãs em sua geladeira, o campo magnético da Terra, uma máquina de ressonância magnética, travas magnéticas e o funcionamento de motores elétricos são alguns exemplos relacionados ao magnetismo.
Quando se fala em magnetismo, uma das primeiras coisas que nos vem à cabeça são os imãs. Estes imãs, denominados imãs permanentes, são feitos de um material que apresenta uma propriedade magnética, a todo imã é associado um campo magnético.
Mas nossos estudos vão além dos imãs permanentes. Sabe-se que, quando uma corrente elétrica percorre um condutor, surge na região ao redor do condutor um campo magnético. Este campo resultante do movimento de cargas elétricas em um condutor (corrente elétrica) tem grande importância nas aplicações práticas e será o foco dos nossos estudos.
Nesta aula, serão apresentados conceitos fundamentais, como a definição de Campo Magnético. Analisaremos as interações entre cargas elétricas e campos magnéticos para compreender a força magnética sobre partículas carregadas e fios condutores com corrente elétrica. Utilizaremos esses conceitos para entender o funcionamento de um motor elétrico de corrente contínua.
Na sequência, serão introduzidas e discutidas as leis fundamentais do magnetismo como a Lei de Biot-Savart. Essas leis fornecem importantes relações sobre o campo magnético e a corrente elétrica em condutores. E por fim, falaremos sobre as propriedades magnéticas dos materiais, onde veremos porque determinados materiais “são magnéticos” e outros não.
Veja mais sobre como será a nossa aula, assistindo ao vídeo do professor Fábio.
Campo Magnético
Você provavelmente já brincou com imãs e verificou que eles exercem forças (magnéticas) de atração ou de repulsão, dependendo da posição em que são aproximados. Estas são forças de longo alcance, ou seja, atuam mesmo que os imãs estejam separados por uma certa distância e estão associadas ao campo magnético dos imãs.
A magnetita (mineral composto de óxido de ferro – veja a imagem ao lado) e algumas ligas metálicas como a ferrite e as ligas de terras-raras, manifestam suas propriedades magnéticas em seu estado natural e constituem os denominados imãs permanentes.
Estes imãs têm formatos variados (barras, ferraduras, discos, etc), mas todos eles possuem duas regiões distintas denominadas de polos magnéticos. Por convenção, definimos um dos polos do imã como norte e o outro como sul. Assim como as cargas elétricas, polos de mesmo tipos e repelem e de tipos diferentes se atraem.
Figura 1 – Imãs permanentes em diversos formatos
Outro fato já conhecido é que ambos os polos de um imã exercem atração sobre determinados tipos de materiais denominados ferromagnéticos (ferro, cobalto, níquel, etc.).
Objetos feitos de materiais ferromagnéticos podem se tornar imãs temporários se forem submetidos a um processo de imantação. Por exemplo, a agulha de uma bússola ou a ponta de uma ferramenta como uma chave de fenda.
Uma das principais diferenças do magnetismo em relação a eletricidade é a não existência de um polo magnético isolado. Um imã sempre apresenta dois polos diferentes (norte e sul) sendo impossível (até o momento) separá-los. Nesse caso ao quebrarmos um imã ao meio temos a formação de dois novos imãs com seus respectivos polos norte e sul e não dois polos isolados, conforme mostra a animação a seguir:
Figura 2 – Imãs permanentes em diversos formatos
Fonte: Sears e Zemansky.
Para descrever a perturbação que um imã causa no espaço ao seu redor, é utilizado o conceito de campo magnético. Essa grandeza física também é vetorial, assim como o campo elétrico, de modo que cada ponto do espaço está associado a um determinado vetor campo magnético 
. Nesse caso, podemos utilizar as linhas de campo para auxiliar na visualização do campo magnético. O vetor campo magnético é sempre tangente a cada ponto de uma linha de campo.
Figura 3 – Representação das linhas de campo magnético em um imã permanente em forma de barra
Fonte: Sears e Zemansky.
Embora utilizemos o conceito de campo tanto para a eletricidade quanto para o magnetismo, este último apresenta algumas peculiaridades.
É comum dizer que as linhas de campo magnético saem do polo norte e entram no polo sul. Mas a experiência nos mostra que, no caso magnético, essas linhas passam pelo interior do imã no sentido do polo sul para o polo norte, formando linhas fechadas (contínuas). No interior de um imã, há uma maior densidade de linhas de campo magnético (elas estão mais juntas) indicando que o campo naquela região é mais intenso.
Para detectar a presença de um campo elétrico num determinado ponto do espaço gerado por uma determinada carga Q, utilizávamos uma carga de teste q0 e analisávamos a força de interação entre as cargas.
No caso do campo magnético, não existe um polo de teste, então utiliza-se um imã de teste. Quando um pequeno imã é colocado sobre a influência de um campo magnético externo, atuam sobre ele forças de módulos iguais, mas de sentidos opostos. Todo imã nessas condições tende a girar e se alinhar ao campo. Deste modo, um pequeno imã colocado em vários pontos ao redor de uma fonte de campo magnético nos fornece a direção e sentido do campo em cada ponto. Conhecendo essas orientações, são traçadas as linhas de campo.
Esse é o princípio de funcionamento de uma bússola. A Terra funciona como um grande imã, no qual o polo sul magnético equivale aproximadamente à posição do polo norte geográfico. Uma agulha imantada tenderá sempre a se alinhar com o campo magnético da Terra. Nesse caso, o polo norte da bússola se alinha com o polo sul (magnético) da Terra que é, na verdade, o polo norte geográfico.
Figura 4 – Campo magnético da Terra
(clique para aumentar)
Fonte: Sears e Zemansky.
Acesse a simulação, clicando no botão a seguir, e analise a configuração do campo magnético gerado por um imã. Arraste a bússola e observe como ela se comporta. Por fim, clique em mostrar campo magnético da Terra e faça alguns testes. Saiba Mais
Vamos entender melhor o campo magnético? Então, não deixe de conferir as explicações do professor Fábio, no vídeo que segue: