Física · 9.ª–12.ª classe
O que é um íman e o campo magnético?
Resposta curta
Um íman é um corpo que cria à sua volta um campo magnético e que atrai materiais como o ferro. Todo o íman tem dois polos, norte e sul: polos iguais repelem-se e polos diferentes atraem-se. O campo magnético (B, em tesla) é a região onde se sentem essas forças e representa-se por linhas de campo.
Definição e características
Um íman é um objeto que tem magnetismo permanente: mantém as suas propriedades magnéticas sem precisar de corrente elétrica. O campo magnético é a propriedade do espaço à volta do íman (ou de uma corrente elétrica) que faz com que outros ímanes e certos materiais sofram uma força.
Propriedades dos ímanes
- Dois polos: norte (N) e sul (S). A força é mais intensa junto aos polos.
- Atração e repulsão: N-S atraem-se; N-N e S-S repelem-se.
- Polos inseparáveis: se partir um íman ao meio, não obtém um polo norte e um polo sul isolados; obtém dois ímanes mais pequenos, cada um com os seus dois polos.
- Atraem certos materiais: os ferromagnéticos, como o ferro, o níquel, o cobalto e as ligas que os contêm (por exemplo, o aço). Não atraem a madeira, o plástico, o vidro, o cobre nem o alumínio.
- Magnetização por contacto: um prego de ferro encostado a um íman torna-se também um pequeno íman durante algum tempo e pode atrair outro prego.
- Perda de magnetismo: um íman pode ficar fraco se for aquecido muito ou sofrer pancadas fortes repetidas.
O campo magnético e as linhas de campo
As linhas de campo são uma forma de desenhar o campo magnético. As suas regras são:
| Regra | Significado |
|---|---|
| Fora do íman, saem do polo norte e entram no polo sul | indicam o sentido do campo |
| São linhas fechadas (continuam dentro do íman, de S para N) | não têm princípio nem fim |
| Nunca se cruzam | em cada ponto o campo tem uma só direção |
| Quanto mais juntas, mais intenso é o campo | é maior junto aos polos |
| O campo é tangente às linhas | a agulha de uma bússola alinha-se com ele |
Grandeza e unidade
Campo magnético: B (grandeza vetorial) Unidade SI: tesla (T) 1 mT = 10-3 T 1 μT = 10-6 T
O campo magnético da Terra
A Terra comporta-se como um enorme íman. A agulha de uma bússola é um pequeno íman livre de rodar, que se alinha com o campo terrestre: o seu polo norte aponta aproximadamente para o norte geográfico. Isto significa que, perto do norte geográfico, está um polo magnético do tipo sul, que atrai o polo norte da agulha. O campo da Terra é fraco: da ordem de 10-5 T (dezenas de microtesla). Confirme no seu manual o valor que o seu programa usa.
Exemplos do quotidiano
- Fechos magnéticos de portas de frigoríficos, de malas e de caixas.
- Bússolas, usadas para orientação em viagens, na navegação e no campo.
- Altifalantes e auscultadores: um íman interage com uma bobina percorrida por corrente para produzir som.
- Motores elétricos e geradores: funcionam com ímanes ou eletroímanes.
- Guindastes com eletroíman em recicladoras de sucata, que levantam peças de ferro e aço.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Atração ou repulsão
Enunciado: Dois ímanes, A e B, estão em cima de uma mesa. Aproxima-se o polo norte de A do polo norte de B e, depois, o polo norte de A do polo sul de B. Em cada caso, diga o que se observa.
Resolução:
- Na primeira situação, os polos são iguais (N e N).
- Polos iguais repelem-se, logo os ímanes afastam-se.
- Na segunda, os polos são diferentes (N e S) e atraem-se.
Resposta: primeiro repulsão, depois atração. Verificação: a regra «iguais repelem, diferentes atraem» aplica-se a qualquer par de polos.
Exemplo 2 — Partir um íman
Enunciado: Um íman em barra, com o polo norte à esquerda e o sul à direita, é cortado ao meio. Quantos polos tem cada metade e como estão orientados?
Resolução:
- Cada metade fica com um novo par de polos, porque os polos não se separam.
- A orientação mantém-se: em cada metade o norte fica à esquerda e o sul à direita.
- Total: dois ímanes, cada um com um polo norte e um polo sul.
Resposta: cada metade é um íman completo, com dois polos. Verificação: se continuar a cortar, obtém sempre ímanes com os dois polos.
Exemplo 3 — A agulha da bússola perto de um íman
Enunciado: Colocou-se uma bússola perto do polo norte de um íman em barra. Para onde aponta o polo norte da agulha?
Resolução:
- O polo norte da agulha é atraído por polos de tipo oposto, isto é, por um polo sul.
- É repelido por polos norte.
- Logo, o polo norte da agulha afasta-se do polo norte do íman, e o polo sul da agulha aproxima-se dele.
Resposta: o polo norte da agulha aponta para longe do polo norte do íman (o polo sul da agulha aponta para ele). Verificação: a agulha alinha-se com as linhas de campo, que saem do polo norte do íman.
Exemplo 4 — Nível de exame: que objetos são atraídos
Enunciado: Um aluno aproxima um íman de cinco objetos: um prego de ferro, um clipe de aço, um fio de cobre, uma lata de refrigerante de alumínio e uma régua de plástico. Quais são atraídos? Explique.
Resolução:
- O ferro é ferromagnético: o prego é atraído.
- O aço é uma liga de ferro: o clipe é atraído.
- O cobre, o alumínio e o plástico não são ferromagnéticos: não são atraídos de forma apreciável.
Resposta: são atraídos o prego e o clipe. Verificação: o critério é o material, e não o facto de ser metal; nem todos os metais são atraídos.
Exemplo 5 — Unidades do campo magnético
Enunciado: Exprima em tesla o campo de um íman, B = 2,0 mT, e o campo terrestre, B = 45 μT.
Resolução:
- 1 mT = 10-3 T: 2,0 mT = 2,0 × 10-3 T.
- 1 μT = 10-6 T: 45 μT = 45 × 10-6 T = 4,5 × 10-5 T.
- Razão: 2,0 × 10-3 ÷ 4,5 × 10-5 ≈ 44.
Resposta: 2,0 × 10-3 T e 4,5 × 10-5 T; o campo do íman é cerca de 44 vezes maior. Verificação: 4,5 × 10-5 × 44 ≈ 2,0 × 10-3.
Erros frequentes
- Dizer que polos iguais se atraem. É o contrário: iguais repelem-se, diferentes atraem-se.
- Pensar que se pode isolar um polo. Ao partir um íman obtêm-se mais ímanes com dois polos; os monopolos magnéticos não foram observados.
- Dizer que o íman atrai todos os metais. Só atrai os ferromagnéticos (ferro, níquel, cobalto e algumas ligas).
- Desenhar linhas de campo que se cruzam ou que acabam nos polos. São fechadas e nunca se cruzam.
- Confundir o sentido das linhas: fora do íman vão do norte para o sul.
- Achar que o polo norte geográfico é um polo magnético norte. Do ponto de vista da polaridade, é do tipo sul, porque atrai o polo norte da agulha.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Dois ímanes têm as extremidades marcadas N e S. Se aproximar S de S, os ímanes atraem-se ou repelem-se? E se aproximar N de S?
Ver solução
S e S são polos iguais: repelem-se. N e S são polos diferentes: atraem-se.
2Exercício 2
Parte-se um íman em três pedaços. Quantos polos norte e quantos polos sul existem no total?
Ver dica
Cada pedaço é um íman completo.
Ver solução
Cada pedaço tem 1 polo norte e 1 polo sul. No total há 3 polos norte e 3 polos sul.
3Exercício 3
Num íman em barra, em que zonas o campo magnético é mais intenso: junto aos polos ou a meio da barra, fora dela? Justifique.
Ver solução
É mais intenso junto aos polos, onde as linhas de campo estão mais próximas umas das outras. A meio da barra, fora dela, as linhas estão mais afastadas e o campo é mais fraco.
4Exercício 4
Exprima em tesla: (a) 0,50 mT; (b) 20 μT.
Ver solução
(a) 0,50 mT = 0,50 × 10-3 T = 5,0 × 10-4 T. (b) 20 μT = 20 × 10-6 T = 2,0 × 10-5 T.
5Exercício 5
Uma bússola é colocada perto do polo sul de um íman em barra. Para onde aponta o polo norte da agulha? Explique também por que razão uma bússola aponta para o norte geográfico.
Ver solução
O polo norte da agulha é atraído pelo polo sul do íman, logo aponta para o polo sul do íman. Quanto à Terra, a agulha alinha-se com o campo magnético terrestre; o seu polo norte é atraído pelo polo magnético do tipo sul, situado perto do norte geográfico, e por isso aponta aproximadamente para o norte geográfico.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre íman e campo magnético?
O íman é o objeto; o campo magnético é o efeito que ele produz no espaço à volta. Podemos ter campo magnético sem íman, por exemplo à volta de um fio com corrente.
Onde se aplica o íman e o campo magnético na prática?
Em bússolas, altifalantes, motores, geradores, fechos magnéticos e guindastes de sucata. Todos aproveitam forças que o campo magnético exerce sobre ímanes, correntes ou materiais ferromagnéticos.
Que erros os estudantes cometem sobre ímanes e campo magnético?
Dizer que polos iguais se atraem, achar que se pode isolar um polo e pensar que o íman atrai todos os metais. Veja a secção «Erros frequentes».
Um fio com corrente elétrica também cria campo magnético?
Sim. Uma corrente elétrica produz um campo magnético à sua volta, e é este facto que permite fabricar eletroímanes e motores. O estudo desse campo faz parte do eletromagnetismo.
Resumo
- Um íman tem dois polos, norte e sul, que não se podem separar.
- Polos iguais repelem-se; polos diferentes atraem-se.
- O campo magnético B mede-se em tesla (T) e representa-se por linhas de campo.
- As linhas saem do norte e entram no sul (fora do íman), são fechadas e nunca se cruzam; mais juntas, campo mais intenso.
- Os ímanes atraem materiais ferromagnéticos (ferro, níquel, cobalto e ligas).
- A Terra comporta-se como um grande íman, o que explica a bússola.
Onde aprofundar
- O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola), na secção de Magnetismo e eletromagnetismo; confirme a edição em vigor.
- O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulo sobre magnetismo.
- O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo BIPM.
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