Campo Magnético

 

É a região próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro.

Compare campo magnético com campo gravitacional ou campo elétrico e verá que todos estes têm as características equivalentes.

Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por B. Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor B terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o polo norte magnético da agulha.

Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. Estas são orientadas do pólo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor B tangencia estas linhas.

As linhas de indução existem também no interior do ímã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do polo Sul ao polo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.

Campo Magnético Uniforme

De maneira análoga ao campo elétrico uniforme, é definido como o campo ou parte dele onde o vetor de indução magnética B é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido. Assim sua representação por meio de linha de indução é feita por linhas paralelas e igualmente espaçadas.

A parte interna dos imãs em forma de U aproxima um campo magnético uniforme.

Efeitos de um campo magnético sobre carga

Como os elétrons e prótons possuem características magnéticas, ao serem expostos à campos magnéticos, interagem com este, sendo submetidos a uma força magnética FM.

Supondo:

• Campos magnéticos estacionários, ou seja, que o vetor campo magnético B em cada ponto não varia com o tempo;
• Partículas com uma velocidade inicial V no momento da interação;
• E que o vetor campo magnético no referencial adotado é B;

Podemos estabelecer pelo menos três resultados:

 

Carga elétrica em repouso

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas em repouso."

Tendo um Ímã posto sobre um referencial arbitrário R, se uma partícula com carga q for abandonada em sua vizinhança com velocidade nula não será observada o surgimento de força magnética sobre esta partícula, sendo ela positiva negativa ou neutra.

 

Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campo

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas que tem velocidade não nula na mesma direção do campo magnético."

Sempre que uma carga se movimenta na mesma direção do campo magnético, sendo no seu sentido ou contrário, não há aparecimento de força eletromagnética que atue sobre ela. Um exemplo deste movimento é uma carga que se movimenta entre os polos de um Ímã. A validade desta afirmação é assegurada independentemente do sinal da carga estudada.

Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico

Quando uma carga é abandonada nas proximidades de um campo magnético estacionário com velocidade em direção diferente do campo, este interage com ela. Então esta força será dada pelo produto entre os dois vetores, B e V e resultará em um terceiro vetor perpendicular a ambos, este é chamado um produto vetorial e é uma operação vetorial que não é vista no ensino médio.

Mas podemos dividir este estudo para um caso peculiar onde a carga se move em direção perpendicular ao campo, e outro onde a direção do movimento é qualquer, exceto igual a do campo.

• Carga com movimento perpendicular ao campo

Experimentalmente pode-se observar que se aproximarmos um ímã de cargas elétricas com movimento perpendicular ao campo magnético, este movimento será desviado de forma perpendicular ao campo e à velocidade, ou seja, para cima ou para baixo. Este será o sentido do vetor força magnética.

A intensidade de B será dada pelo produto vetorial,  que para o caso particular onde B e V são perpendiculares é calculado por:

A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina, em homenagem ao físico iugoslavo Nikola Tesla.

Consequentemente a força será calculada por:

 

Qual é o formato da Terra? A Terra é plana? Qual é a medida da circunferência da Terra?

 

O mais absurdo que possa parecer, até hoje no século XXI tem pessoas que apesar de todo conhecimento adquirido pela humanidade ainda fazem esse questionamento. Hoje vocês irão conhecer Eratóstenes, um filosofo que entorno do ano 200 a.C.  utilizou uma informação, seu conhecimento de geometria e uma vareta para responder este questionamento, e ainda foi além medindo a circunferência da Terra.

Você ficou curioso? Tá bom, vamos conhecer estas ferramentas tão poderosas que Eratóstenes utilizou.

Eratóstenes ao ler um papiro na biblioteca de Alexandria teve a informação que em Siena, cidade ao sul de Alexandria, possuía um poço bem fundo, a qual, no dia mais longo do ano, dia 21 de junho (solstício de verão no hemisfério norte), no horário de meio dia o sol iluminava por completo o poço sem produzir sombras nas suas paredes. Para a maioria das pessoas essa informação era somente muito interessante, mas para Eratóstenes era a oportunidade de provar a circunferência da Terra.

Ele sabia que neste mesmo dia e horário em Alexandria, se ele colocasse uma vareta na posição vertical os raios solares produziriam uma pequena sombra, isto significa que um poço em Alexandria não ficaria todo iluminado como ocorre na cidade vizinha.

Eratóstenes então pensou, se eu pregasse varetas em diversas cidades e a Terra fosse plana a sombra produzida pelas varetas deveriam ser todas iguais, mas, no entanto, não era o que ele estava observando. Em Siena neste dia e horário nenhuma sombra enquanto em Alexandria produzia sombras. Eratóstenes então concluiu, que para isso ocorra, a Terra tem que ter uma curvatura, logo a Terra é redonda. Para uma melhor compreensão observe a ilustração abaixo.

 Vocês acham que ele ficou satisfeito? De forma nenhuma, ele queria medir o diâmetro da Terra. Mas como isso é possível? Ele pensou, preciso de duas informações, a distância entre as duas cidades e ângulo que a sombra faz com a vareta em Alexandria no mesmo dia e horário que o sol está a pino em Siena, iluminando todo o poço. A primeira informação, consta a lenda que ele teria contratado um homem para fazer o percurso a pé para medir a distância entre as duas cidades, confirmando a informação dos mercadores que essa distância era de 800 quilômetros.

Para obter a outra informação ele teve que utilizar o conhecimento de geometria básica, que ele adquiriu em sua formação na biblioteca de Alexandria. Primeiramente, Eratóstenes determinou experimentalmente o ângulo da sombra da vareta na vertical com os raios de sol ao meio dia em Alexandria. Considerando a linha da sombra como um segmento, teremos um triângulo retângulo, no qual, a vareta e a sombra no chão são os catetos e a linha da sombra a hipotenusa, como pode ser observado na figura.

O ângulo que o raio incidente do sol (hipotenusa) faz com a vareta (cateto) é um dos ângulos do triângulo. Eratóstenes verificou que esse ângulo correspondia a um cinquenta avos de uma circunferência, ou seja 7,2 °.

Eratóstenes concluiu, se tivesse uma vareta em Siena e outra na Alexandria e fizesse a projeção das duas elas se encontrariam no centro do globo. Por tanto, utilizando a geometria básica, observaremos que o ângulo formado pelos dois segmentos que saem do centro do globo e vão até as duas cidades, é o mesmo ângulo determinado por Eratóstenes. Lembrando que ângulos alternos internos possuem sempre a mesma medida.

Agora Eratóstenes já sabia que o ângulo entre as duas cidades era de 7,2° e a distância entre as duas cidades era de 800 quilômetros. Sabendo-se que um círculo possui 360° e que 7,2° corresponde a 800 km podemos resolver este problema com uma regra de três simples, conforme pode ser observado abaixo.

Portanto, ele chegou a um cálculo muito próximo do que é considerado hoje em torno de 40.075 Km, tendo um erro de menos de dois porcento.

Impressionante, vocês não acham? Um homem com algumas informações, umas varetas e seu conhecimento em geometria básica podem chegar a um resultado tão próximo do real, e isso a mais de 2200 anos atrás.

Um aluno mais atento pode ter ficado curioso, como eles sabiam exatamente o horário para fazer as medições no mesmo horário? Na verdade, nesta época eles usavam relógio de sol que em uma outra oportunidade vamos conversar a respeito de seu funcionamento.

E agora vocês já sabem responder as perguntas do início do texto?

 

 Autor: Henrique Moura