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Magnetismo

Ímãs e seus polos, linhas de campo e bússolas, o campo magnético da Terra, eletroímãs e os motores e geradores construídos com eles. No laboratório de energia, você investiga linhas de campo com uma bússola e altera o número de espiras e a corrente de uma bobina.

Progresso

Sobre este curso

Em 1600, o médico inglês William Gilbert publicou De Magnete, um livro com seus próprios experimentos com ímãs. Ele esculpiu uma pedra-ímã em forma de bola, passou pequenas agulhas de bússola sobre a superfície e defendeu que a própria Terra se comporta como um grande ímã. Autores anteriores tinham desconfiado de alguma ligação entre a Terra e a bússola, mas o livro de Gilbert é o primeiro a dizê-lo com clareza. A ideia ainda explica por que uma bússola funciona: o polo magnético perto do Polo Norte geográfico é, em termos de ímã, um polo sul, e é por isso que a ponta norte da bússola aponta para ele.

As cinco unidades começam com ímãs e seus polos. Corte um ímã de barra ao meio e você terá dois ímãs, cada um com seu polo norte e seu polo sul. Campos magnéticos e linhas de campo vêm a seguir, com o campo da Terra na superfície entre 25 e 65 microtesla e o campo dentro do solenoide de uma ressonância magnética hospitalar dezenas de milhares de vezes mais forte. O campo da própria Terra tem uma unidade que segue Gilbert. Os eletroímãs mostram que uma bobina com 200 voltas em 10 cm percorrida por 2 A produz cerca de 5 mT no interior, cerca de 100 vezes o da Terra. A última unidade cobre motores e geradores: um fio de 5 cm com 20 A num campo de 1.5 T é empurrado com uma força de 1.5 N, e uma espira dessa ideia é um motor. O laboratório de energia desenha linhas de campo que você pode sondar com uma bússola e a Terra como um ímã inclinado. Você muda as voltas e a corrente de uma bobina de 10 cm, e inverter a corrente troca seus polos.

Antes de começar

As três primeiras unidades, sobre polos, linhas de campo e o campo da Terra, não exigem nada antes. Eletroímãs, motores e geradores dependem de corrente, então fazer antes Eletricidade deixa a segunda metade muito mais fácil de acompanhar.

Ao terminar

Ao terminar, você vai poder prever se dois polos se atraem ou se repelem, esboçar linhas de campo e explicar por que elas nunca se cruzam, e dizer por que a ponta norte de uma bússola aponta para o que, em termos de ímãs, é um polo sul. Vai estimar o campo dentro de uma bobina, calcular a força sobre um fio com corrente num campo e explicar como essa força move um motor.

  1. 1Ímãs e seus polosCorte um ímã de barra ao meio e você terá dois ímãs, cada um com seu próprio polo norte e polo sul.
  2. 2Campos magnéticos e linhas de campoO campo da Terra na superfície é de cerca de 25 a 65 microteslas; o campo dentro de um solenoide de ressonância magnética hospitalar é dezenas de milhares de vezes mais forte.
  3. 3O campo magnético da TerraO polo magnético perto do Polo Norte geográfico é, em termos magnéticos, um polo sul; por isso a ponta norte da bússola aponta para ele.
  4. 4EletroímãsUma bobina com 200 espiras em 10 cm e corrente de 2 A produz um campo interno de cerca de 5 mT, aproximadamente 100 vezes o da Terra.
  5. 5Motores e geradoresUm fio de 5 cm percorrido por 20 A perpendicular a um campo de 1.5 T sofre uma força de 1.5 N; aplique essa ideia a uma espira que gira e você terá um motor.

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Fontes deste curso (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
  • 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
  • 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
  • 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
  • 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
  • 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
  • NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
  • NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
  • 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
  • inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
  • north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
  • last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
  • NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
  • NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
  • USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
  • APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

Data de verificação: 2026-10-17