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22.3: Campos magnéticos e linhas de campo magnético

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    objetivos de aprendizagem

    Ao final desta seção, você poderá:

    • Defina o campo magnético e descreva as linhas do campo magnético de vários campos magnéticos.

    Diz-se que Einstein ficou fascinado por uma bússola quando criança, talvez refletindo sobre como a agulha sentiu uma força sem contato físico direto. Sua capacidade de pensar de forma profunda e clara sobre a ação à distância, particularmente para forças gravitacionais, elétricas e magnéticas, mais tarde lhe permitiu criar sua teoria revolucionária da relatividade. Como as forças magnéticas agem à distância, definimos um campo magnético para representar as forças magnéticas. A representação pictórica das linhas do campo magnético é muito útil para visualizar a intensidade e a direção do campo magnético. Conforme mostrado na Figura\(\PageIndex{1}\), a direção das linhas do campo magnético é definida como a direção na qual a extremidade norte da agulha de uma bússola aponta. O campo magnético é tradicionalmente chamado de campo B.

    Três diagramas ilustrando as linhas do campo magnético. A Figura a mostra uma barra magnética com várias bússolas dispostas ao longo do ímã em ambos os lados. As agulhas das bússolas no pólo norte do ímã apontam para longe do poste. As agulhas das bússolas no polo sul do ímã apontam para o poste. As agulhas das bússolas entre os dois pólos apontam paralelamente ao ímã, em direção ao pólo sul. A Figura b mostra linhas que vão do pólo norte para fora e ao redor até o pólo sul. A Figura c mostra as linhas como circuitos fechados que vão do pólo norte fora do ímã e ao redor do pólo sul, e depois sobem pelo ímã até o pólo norte.
    Figura\(\PageIndex{1}\): As linhas do campo magnético são definidas para ter a direção que uma pequena bússola aponta quando colocada em um local. (a) Se pequenas bússolas forem usadas para mapear o campo magnético em torno de uma barra magnética, elas apontarão nas direções mostradas: longe do pólo norte do ímã, em direção ao pólo sul do ímã. (Lembre-se de que o pólo magnético norte da Terra é na verdade um pólo sul em termos de definições de pólos em uma barra magnética.) (b) Conectar as setas fornece linhas de campo magnético contínuas. A intensidade do campo é proporcional à proximidade (ou densidade) das linhas. (c) Se o interior do ímã pudesse ser sondado, descobriu-se que as linhas de campo formam circuitos fechados contínuos.

    Pequenas bússolas usadas para testar um campo magnético não o perturbarão. (Isso é análogo à forma como testamos campos elétricos com uma pequena carga de teste. Em ambos os casos, os campos representam somente o objeto que os criou e não a sonda que os testa.) A figura\(\PageIndex{2}\) mostra como o campo magnético aparece para um loop de corrente e um longo fio reto, como poderia ser explorado com pequenas bússolas. Uma pequena bússola colocada nesses campos se alinhará paralelamente à linha de campo em sua localização, com seu pólo norte apontando na direção de B. Observe os símbolos usados no campo para dentro e para fora do papel.

    Figura a: campo magnético de um circuito de corrente circular com uma corrente se movendo no sentido anti-horário. As linhas de campo também são aproximadamente circulares, subindo pelo centro do circuito atual e voltando para fora do loop. Figura b: um fio reto com uma corrente em linha reta. As linhas do campo magnético circundam o fio no sentido anti-horário. Figura c: uma mão direita com o polegar apontado para cima, paralela a um fio com a corrente subindo. As figuras da mão se curvam ao redor do fio no sentido anti-horário para mostrar a direção do campo magnético quando a corrente está alta. O símbolo que representa as linhas do campo magnético saindo da superfície e em direção ao espectador - B para fora - é um círculo com um círculo vendido dentro. O símbolo para representar as linhas do campo magnético que entram na superfície e se afastam do espectador - B in - é representado por um círculo com um x dentro dele. Quando a corrente está subindo em linha reta, B out está para a esquerda e B in está para a direita.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Pequenas bússolas podem ser usadas para mapear os campos mostrados aqui. (a) O campo magnético de um circuito de corrente circular é semelhante ao de uma barra magnética. (b) Um fio longo e reto cria um campo com linhas de campo magnético formando laços circulares. (c) Quando o fio está no plano do papel, o campo é perpendicular ao papel. Observe que os símbolos usados para o campo apontando para dentro (como a ponta de uma seta) e o campo apontando para fora (como a ponta de uma seta).

    FAZENDO CONEXÕES: CONCEITO DE UM CAMPO

    Um campo é uma forma de mapear as forças ao redor de qualquer objeto que podem atuar sobre outro objeto à distância sem conexão física aparente. O campo representa o objeto que o gerou. Os campos gravitacionais mapeiam as forças gravitacionais, os campos elétricos mapeiam as forças elétricas e os campos magnéticos mapeiam as forças magnéticas.

    A exploração extensiva de campos magnéticos revelou uma série de regras rígidas e rápidas. Usamos linhas de campo magnético para representar o campo (as linhas são uma ferramenta pictórica, não uma entidade física em si mesmas). As propriedades das linhas do campo magnético podem ser resumidas por estas regras:

    1. A direção do campo magnético é tangente à linha do campo em qualquer ponto do espaço. Uma pequena bússola apontará na direção da linha do campo.
    2. A intensidade do campo é proporcional à proximidade das linhas. É exatamente proporcional ao número de linhas por unidade de área perpendicular às linhas (chamada densidade de área).
    3. As linhas do campo magnético nunca podem se cruzar, o que significa que o campo é único em qualquer ponto do espaço.
    4. As linhas do campo magnético são contínuas, formando ciclos fechados sem começo nem fim. Eles vão do pólo norte ao pólo sul.

    A última propriedade está relacionada ao fato de que os pólos norte e sul não podem ser separados. É uma diferença distinta das linhas de campo elétrico, que começam e terminam com cargas positivas e negativas. Se existissem monopolos magnéticos, as linhas do campo magnético começariam e terminariam neles.

    Resumo

    • Os campos magnéticos podem ser representados pictorialmente por linhas de campo magnético, cujas propriedades são as seguintes:
      • O campo é tangente à linha do campo magnético.
      • A intensidade do campo é proporcional à densidade da linha.
      • As linhas de campo não podem cruzar.
      • As linhas de campo são ciclos contínuos.

    Glossário

    campo magnético
    a representação das forças magnéticas
    Campo B
    outro termo para campo magnético
    linhas de campo magnético
    a representação pictórica da força e da direção de um campo magnético
    direção das linhas do campo magnético
    a direção que a extremidade norte da agulha de uma bússola aponta