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1. Introdução Magnetismo é o ramo da ciência que estuda os materiais magnéticos, ou seja, que estuda materiais capazes de atrair ou repelir outros. Também, Também, a parte da física que estuda o campo magnético no vácuo e na matéria, seus efeitos sobre a matéria, sobre a carga elétrica em movimento e sobre a corrente elétrica.
Pólos Norte e Sul de um ímã : Ímãs permanentes e eletroímãs, podem ser construídos em formas variadas. Mais simples e comuns são ímãs retos (prismáticos ou cilíndricos) e ímãs em U (ferradura). Em geral, constatam-se em um ímã duas regiões nas quais ele manifesta mais intensamente seu magnetismo: são os pólos Norte e Sul. Sendo que o pólo norte em um ímã qualquer sempre será pintado de vermelho e o pólo sul de azul.
Suspendendo-se um ímã em forma de barra, de modo que possa girar livremente em torno de seu centro, observa-se que ele se orienta sempre ao longo de uma mesma direção. Tal direção coincide aproximadamente com a direção nortesul da terra. Esta propriedade dos ímãs foi utilizada na construção das bússolas magnéticas. Os pólos de um ímã recebem as denominações de “pólo norte magnético” e “pólo sul magnético”, de acordo com a seguinte convenção: pólo norte de um ímã é aquela extremidade que, quando o ímã pode girar livremente, aponta para o norte geográfico da terra. A extremidade que aponta para o sul geográfico da terra é o pólo sul do ímã. Um ímã jamais possui um pólo só, mas pode exibir mais de dois pólos. Avizinhando-se Avizinhando-se um ímã a outro, observa-se que dois pólos se repelem quando têm nomes iguais ( norte e norte, ou sul e sul), e se atraem quando têm nomes opostos ( norte e sul). Pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e pólos
05 magnéticos de nomes contrários se atraem.
As aplicações do ímã são importantes e variadas. Citemos : Bússola magnética, galvanômetro, microfone, gravador magnético, fones de ouvido, altofalantes, freio magnético, pequenos motores, pequenos alternadores, medidores elétricos, amortecimento de oscilações, vídeo de TV, garrafa magnética, bomba magnética(plasma), cícloton, etc.
A Terra é um grande ímã: A Terra age como um enorme ímã devido a existência de uma massa de ferro no seu núcleo. Correntes elétricas no núcleo geram a maior parte do campo magnético, embora 10% sejam produzidos por correntes na ionosfera. Os pólos mudam de posição lentamente, mas permanecem
06 a cerca de 1600 Km dos pólos geográficos que determinam o eixo da rotação da Terra. Durante muitos anos, vários filósofos e cientistas tentaram encontrar uma explicação para o fato de um ímã (como agulha magnética de uma bússola) se orientar na direção norte-sul da Terra. Entretanto, a explicação que hoje sabemos ser correta só veio a ser formulada no século XVII pelo médico inglês W. Gilbert. Em sua obra, denominada De Magnete, publicada em 1600, descreve um grande número de propriedades dos ímãs, observadas experimentalmente por ele, e formula hipóteses procurando explicar estas propriedades. Uma das principais idéias que ele apresenta em sua obra é a de que a orientação de uma agulha magnética se deve ao fato da Terra se comportar como um grande ímã. Segundo Gilbert, o pólo norte geográfico da Terra seria também um pólo magnético que atrai a extremidade norte da agulha magnética. De modo semelhante, o pólo sul geográfico da Terra se comporta como um pólo magnético que atrai o pólo sul da agulha magnética. Em virtude destas forças de atração, a agulha magnética (ou qualquer outro ímã em forma de barra) tende a se orientar ao longo da direção norte-sul. É fácil perceber, de acordo com esta explicação, que o pólo norte geográfico da Terra é um pólo sul magnético (pois ele atrai o pólo norte da agulha) e o pólo sul geográfico é um pólo norte magnético. Então, para efeitos magnéticos, podemos imaginar a Terra representada por um grande ímã, como na figura abaixo.
Inseparabilidade dos pólos: Uma outra propriedade interessante dos ímãs
07 consiste na inseparabilidade de seus pólos: verificou-se experimentalmente que não se consegue obter um pólo magnético isolado. Qualquer ímã apresenta sempre, no mínimo, dois pólos.
A Experiência de Oersted – Em 1820, trabalhando em seu laboratório, Oersted montou um circuito elétrico, tendo nas proximidades uma agulha magnética. Não havendo corrente no circuito (circuito aberto), a agulha magnética se orientava na direção norte-sul. A montagem abaixo da figura a é semelhante àquela feita por Oersted. Observe que um dos ramos do circuito ( fio AB) deve ser colocado paralelamente à agulha, isto é, deve ser orientado também na direção norte-sul.
Ao estabelecer uma corrente no circuito, Oersted observou que a agulha magnética se desviava, tendendo a se orientar em uma direção perpendicular ao fio AB (conforme a figura b). Interrompendo-se a corrente, a agulha retornava à sua posição inicial, ao longo da direção norte-sul. Estas observações realizadas por Oersted mostravam que uma corrente elétrica podia atuar como se fosse um ímã, provocando desvios em uma agulha magnética, Verificava-se, assim, pela primeira vez, que existe uma relação entre eletricidade e o magnetismo: uma corrente elétrica é capaz de produzir efeitos magnéticos.
O fato básico do Eletromagnetismo: Como resultado dos estudos de Oersted, foi possível estabelecer o princípio básico de todos os fenômenos magnéticos : quando duas cargas elétricas estão em movimento, manifesta-se entre elas, além da força eletrostática, uma outra força, denominada força magnética.
Campo magnético: Uma carga em movimento cria, no espaço em torno dela, um campo magnético que atuará sobre outra carga, também em movimento, exercendo sobre ela uma força magnética. Um campo magnético pode ser mapeado em cada ponto em torno de ímã
08 (seja ele um ímã natural ou um fio condutor percorrido por uma corrente elétrica). Esse mapeamento é realizado com a utilização de limalha de ferro ou de uma bússola. Na verdade, a bússola é um ímã muito leve, que tem direção e sentido alinhados paralelamente ao campo magnético da Terra. É, portanto, muito sensível à presença de campos magnéticos. Ao ser aproximado de um ímã, a agulha da bússola, devido à influência do campo magnético, sofre um desvio. Assim, a agulha pode ser utilizada para indicar a direção do campo em torno do ímã. A limalha de ferro, quando espalhada ao redor de um ímã, também ajuda a mapeá-lo, pois assume a orientação do campo magnético, formando o seu desenho:
Quanto ao sentido da força, existem várias regras práticas que nos permitem determina-lo. Vamos descrever uma delas , denominada “regra do tapa”. De acordo com esta regra, para obtermos o sentido da força magnética que atua em uma carga positiva em movimento, devemos proceder da seguinte maneira: dispomos a mão direita aberta da maneira mostrada abaixo, com o dedo polegar dirigido ao longo do vetor velocidade (v) e os demais ao longo do campo magnético B; o sentido de força será aquele para onde fica voltada a palma da mão, isto é, o sentido do movimento que deveria ser feito para dar um tapa com a palma desta mão.
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Se a carga lançada no campo magnético for negativa, o sentido da força será contrário àquele da força que atua na carga positiva. Neste caso, você poderá ainda usar a “regra do tapa”, mas não deverá se esquecer de inverter o sentido indicado por esta regra.
2. Objetivos Aprendermos a teoria dos pólos dos ímãs , sua relação com os pólos geográficos e magnéticos da terra e a introdução do eletromagnetismo.
3. Parte Experimental 3.1 Materiais - 2 ímãs em forma de cilindro; - 2 ímãs em forma de anel; - 1 bússola ; - 1 suporte para bússola didática; - 1 agulha magnética para bússola didática; - 1 suporte para amortecedor magnético; - 5 ímãs anel com pólos identificados Ø 40X7 mm; - 1 par de cabos de ligação de 0,5 mm banana/banana; - 1 circuito-fonte DC 17X13 cm com 2 soquetes para uma pilha; 2 bornes para ligação e 1 chave de 3 posições; - 2 pilhas grandes; - 1 bobina com 22 espiras, Ø60mm, com base de acrílico; 10
- 1 montagem Oersted com 3 bornes.
3.2 Procedimentos -Ímãs (Pólos Magnéticos): - Pegamos dois ímãs cilíndricos e aproximamos as extremidades com cores iguais (pólos iguais). - Viramos um dos ímãs , aproximamos as extremidades com cores diferentes (pólos diferentes). - Aproximamos da bússola didática um ímã com o pólo pintado de azul. - Aproximamos da bússola didática um ímã com o pólo pintado de vermelho.
-Descobrindo o Norte Geográfico: - Posicionamos, com o auxílio da bússola, a bússola didática de acordo com a foto abaixo:
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Utilizamos da bússola para identificar os pólos dos ímãs cilíndricos.
- Amortecedor Magnético: -Encaixamos no suporte um ímã cilíndrico tipo anel com a cor vermelha voltada para cima. A seguir, colocamos outro ímã com a cor vermelha voltada para baixo. - Colocamos os outros ímãs, seguindo o mesmo procedimento, até encher a haste.
- Detector de Corrente com a Bússola : - Montamos o equipamento conforme figura abaixo:
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- Colocamos a bússola no interior da bobina; - Giramos a placa de acrílico até que a bússola ficasse paralela com a bobina; - Com dois cabos ligamos a fonte de tensão DC1,5 V aos bornes da bobina; - Identificamos o sentido da corrente na bobina ( corrente convencional do pólo positivo ao pólo negativo); - Com a regra da mão direita, identificamos o sentido do campo magnético externamente a bobina; - Ligamos a chave e observamos o comportamento da bússola; - Invertemos o sentido da corrente e ligamos a chave , observamos o comportamento da bússola.
- Experiência de Oersted: - Montamos o equipamento conforme a figura da próxima página:
- Colocamos os cabos de ligação de tal modo que, a corrente elétrica, passe pelo lado de cima da agulha magnética; 13
- Giramos o conjunto até que a agulha da bússola fique paralela ao condutor; -Identificamos o sentido da corrente; - Aplicamos a regra da mão direita e identificamos o sentido do campo magnético em torno do condutor; - Ligamos a fonte DC e observamos o comportamento da agulha da bússola; - Invertemos o sentido da corrente elétrica e observamos o comportamento da agulha da bússola; -Mudamos a posição de um cabo de ligação e fizemos a corrente elétrica passar pelo lado de baixo da agulha da bússola.
4. Resultados - Procedimento Ímãs (Pólos Magnéticos): - Resultados dos itens 1 e 2 : sendo N pólo norte ( pintado com a cor vermelho no ímã utilizado na prática) e S pólo sul ( pintado com a cor azul).
- Resultados dos itens 4 e 5 : Ao aproximarmos da bússola didática um ímã com o pólo pintado de azul o lado da agulha pintado de vermelho foi atraído por ele. Ao aproximamos da bússola didática um ímã com o pólo pintado de vermelho o lado da agulha pintado de azul foi atraído por ele.
-Procedimento do Norte Geográfico: Item 1: O pólo norte magnético da bússola aponta para o pólo norte magnético que 14
fica próximo ao pólo sul geográfico; O pólo sul magnético da bússola aponta para o pólo sul magnético que fica próximo do pólo norte geográfico.
Item 3: O lado vermelho da agulha da bússola fica direcionado para o pólo sul geográfico e o norte magnético da Terra; O lado azul da agulha da bússola fica direcionado para o pólo norte geográfico e o sul magnético da Terra.
- Amortecedor Magnético: - Item 1: Houve repulsão entre os lados que tinham a mesma cor (neste caso o vermelho), indicando que são do mesmo pólo magnético.
-Item 2: Ao se colocar mais ímãs na mesma ordem que colocamos o primeiro a distância que havia entre os dois primeiros ímãs diminuiu e foi aumentando gradativamente até o último ímã.
-Detector de Corrente com a Bússola: -Itens 7e 8: A agulha girou e ficou perpendicular ao sentido corrente, sendo que o pólo norte magnético da agulha da bússola mudou de sentido em 180°graus ao mudarmos o sentido da corrente.
- Experiência de Oersted: -Item 6: O lado da agulha pintado de vermelho (pólo norte magnético) ficou apontado para fora do plano da figura.
-Item 7: O lado da agulha pintado de vermelho (pólo norte magnético) ficou apontado para dentro do plano da figura.
5. Discussão dos Resultados Pode-se verificar que pólos iguais dos ímãs não se atraem. Que devido a agulha que indica direção na bússola ser feito de ímã o seu o pólo norte magnético (pintado de vermelho) sempre fica apontado para o pólo sul magnético e norte geográfico da Terra, devido o pólo sul magnético ser bem próximo do norte geográfico, confirmando mais uma vez que opostos se atraem e iguais se repelem. 15
A distância entre os ímãs no amortecedor magnético era maior, quando havia somente os dois primeiros ímãs, devido haver somente a força de repulsão entre eles. Ao colocarmos mais ímãs essa distância diminuiu, crescendo gradativamente do primeiro ao último no sentido de baixo pra cima, pois agora havia não só a força de repulsão mais a de compressão devido à interação entre os dois ímãs que estavam localizados logo acima do primeiro par. Agora como no último par só havia novamente a interação de repulsão eles ficaram mais distantes um do outro. Podemos verificar realmente que uma agulha magnética colocada nas proximidades de um fio condutor que conduz uma corrente elétrica tende a se colocar perpendicular ao fio. Verificamos que quando a corrente é radial o campo é linear e que quando a corrente é linear o campo é radial. Sempre o pólo norte do ímã, que é pintado de vermelho, apontará qual é a direção do campo. E que ao mudarmos o sentido da corrente a direção do campo mudará sendo detectado pelo giro de 180° da agulha da bússola.
6. Conclusões Foi possível assimilar a teoria dos ímãs, como utilizar uma bússola para localizar os pólos geográficos e magnéticos da Terra e verificar que realmente uma corrente elétrica é capaz de produzir um campo magnético.
7. Referências Bibliográficas
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http://www.azeheb.com.br/produtos_interna.php?idproduto=327 - acessado dia 06/11/2008 http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre - acessado dia 06/11/2008 http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/campo_magnetico/mag_terrestre/acessado dia 06/11/2008 -Alvarenga,Beatriz & Máximo,Antônio - Curso de Física - Volume 03 - Editora Scipione - SP - 4ª Edição - 1997.
