Campo Magnético: o que é, fórmulas e resumo

O campo magnético é uma área do espaço que exerce forças sobre cargas elétricas em movimento e materiais com propriedades magnéticas. Trata-se de uma grandeza física vetorial, medida em tesla (T).

Assim, um campo magnético é um efeito que ocorre ao redor de um imã ou carga magnética. Ele é detectado pela força que exerce em cargas elétricas em movimento, ou em materiais magnéticos. 

Em qualquer ponto, o campo magnético tem direção, sentido e módulo, caracterizando-se como um campo vetorial. Um ímã vai criar um campo magnético, assim como uma carga elétrica cria um campo elétrico. Em um ímã, polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem.

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• Definição: Região ao redor de um material magnético ou corrente elétrica onde forças magnéticas podem ser detectadas.
• Origem: Gerado por cargas elétricas em movimento (correntes elétricas) ou por materiais magnéticos como ímãs.
• Linhas de Campo: Representadas por linhas que saem do polo norte de um ímã e entram no polo sul. Quanto mais próximas as linhas, mais forte o campo.
• Força Magnética: Atua sobre partículas carregadas em movimento, como elétrons, causando desvio de trajetória.
• Unidade de Medida: Medido em tesla (T) no Sistema Internacional de Unidades (SI).
• Campo Terrestre: A Terra possui um campo magnético que protege contra radiação solar e facilita a navegação com bússolas.
• Aplicações: Utilizado em motores elétricos, geradores, transformadores, dispositivos de armazenamento de dados (como discos rígidos) e equipamentos médicos (como ressonância magnética).
• Lei de Faraday: Uma mudança no campo magnético pode induzir uma corrente elétrica em um circuito.
• Lei de Ampère: Relaciona o campo magnético ao redor de um condutor à corrente que passa por ele.
• Força de Lorentz: Força exercida sobre uma carga em movimento dentro de um campo magnético, dada pela equação 𝐹⃗=𝑞(𝑣⃗×𝐵⃗)F=q(v×B).

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Linhas de campo de um imã regular

Para visualizarmos o campo magnético, desenhamos linhas de campo. Essas linhas sempre vão sair do pólo norte e entrar no pólo sul, como mostrado na figura.

Como é um campo vetorial, cada ponto vai ter um módulo, uma direção e um sentido, e podemos unir esses vetores formando as linhas de campo. Se colocarmos limalhas de ferro em um campo magnético, elas vão se posicionar de forma igual às linhas de campo.

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Linhas de campo magnético da Terra

A terra pode ser considerada um imã gigante. Isso ocorre pelas altas correntes geradas no centro da terra, que possui ferro e níquel líquidos (materiais condutores) em uma temperatura muito elevada.

O campo magnético da terra protege nosso planeta contra as radiações solares, funcionando como um escudo.

O polo norte e sul magnético é contrário ao polo norte e sul geográfico que conhecemos. Se uma bússola aponta um dos pólos geográficos, quer dizer que a agulha está sendo atraída e só ocorre atração se os pólos forem opostos, portanto:

• No polo sul geográfico temos o polo norte magnético;
• No polo norte geográfico temos o polo sul magnético;  

Ilustração de um campo magnético ao redor de um condutor, através do qual passa uma corrente elétrica.

Fórmula do campo magnético

A intensidade do campo magnético gerado por um fio é dado pela seguinte fórmula:

$$B = \frac{\mu _{0}.I}{2.\pi .r}$$

Onde:

• \(B\) é o módulo campo magnético;
• \(\mu_{0}\) é a permeabilidade magnética, e no vácuo tem o valor de \(4\pi.10^{-7}\);
• \(r\) é a distância do ponto até o fio;

Direção e sentido

Para saber a direção e o sentido do campo magnético, basta usar a regra da mão direita. Para isso, estenda a mão, e faça como se você fosse envolver o fio com seus dedos. Deixe seu dedão apontando no sentido da corrente, ou seja, do positivo para o negativo. 

Girando os demais dedos, e mantendo o dedão na mesma direção e sentido, é possível visualizar com os demais dedos a direção e o sentido do campo magnético.

Na imagem abaixo, a seta vermelha representa o sentido da corrente, e a seta azul, o sentido do campo magnético.

Uma espira é um fio enrolado de forma circular. Quando passa corrente por esse fio, cada ponto vai gerar um campo magnético concêntrico (tem o mesmo centro) ao fio como é mostrado na imagem.

Intensidade

A intensidade do campo magnético no centro da espira é dado pela seguinte fórmula:

$$B =\frac{\mu _{0}.I}{2.R}$$

sendo:

• \(B\) o módulo do campo magnético;
• \(\mu_{0}\) é a permeabilidade magnética, e no vácuo tem o valor de \(4\pi.10^{-7}\);
• \(R\) o raio da espira;

Direção e sentido

Nesse caso também utilizamos a regra da mão direita como mostrado no caso do fio para descobrir a direção e o sentido do campo magnético.

Uma bobina é um conjunto de espiras enroladas.

Intensidade

Para calcular a intensidade do campo magnético no interior da bobina, usamos a seguinte fórmula:

$$B = \frac{n.\mu _{0}.I}{2.R}$$

sendo:

• \(B\) o módulo do campo magnético;
• \(\mu_{0}\) é a permeabilidade magnética, e no vácuo tem o valor de \(4\pi.10^{-7}\);
• \(n\) é o número de espiras;
• \(R\) é o raio da espira que forma a bobina;

Direção e sentido

A direção e o sentido também é dado pela regra da mão direita.

Um solenóide é uma bobina muito longa, e por isso o campo magnético em seu interior é uniforme, já que as linhas de campo são paralelas. 

Intensidade

Para o cálculo da intensidade no interior do solenóide, utilizamos a seguinte fórmula:

$$B = \frac{n.\mu _{0}.I}{L}$$

onde:

• \(B\) o módulo do campo magnético;
• \(\mu_{0}\) é a permeabilidade magnética, e no vácuo tem o valor de \(4\pi.10^{-7}\);
• \(n\) é o número de espiras;
• \(L\) é o comprimento do solenoide;

Direção e sentido

A direção e o sentido das linhas de campo paralelas no interior do solenoide pode ser visto utilizando a regra da mão direita. 

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Sabemos que uma corrente passando por um fio gera um campo magnético.

Mas também um campo magnético variável com o tempo, próximo a um fio (circuito fechado) também vai gerar (induzir) uma corrente.

Esse fenômeno foi descoberto por Michael Faraday (1791-1867) e é chamado de indução de Faraday e é o princípio de funcionamento de geradores de energia elétrica.

$$B = \frac{\mu _{0}.I}{2.\pi .r}$$

$$B = \frac{\mu _{0}.I}{2.R}$$

$$B = \frac{n.\mu _{0}.I}{2.R}$$

$$B = \frac{n.\mu _{0}.I}{L}$$

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