Eletroímãs
Uma 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.
Uma corrente produz um campo magnético
Em 1820, o cientista dinamarquês Hans Christian Oersted percebeu que a agulha de uma bússola se movia quando passava corrente em um fio próximo. Foi o primeiro sinal claro de que eletricidade e magnetismo estão ligados. Mapeie com bússolas o campo ao redor de um fio longo e reto: as linhas formam círculos ao redor do fio. Seu sentido segue o que a OpenStax chama de regra da mão direita 2: aponte o polegar direito no sentido da corrente; os outros dedos se curvam no sentido em que o campo circula.
A intensidade diminui com a distância: B = μ₀ I ÷ (2π r), em que r é a distância ao fio. A constante μ₀ é a permeabilidade do vácuo. Os livros a escrevem como 4π × 10⁻⁷ T·m/A; o valor atual do NIST é 1.25663706127 × 10⁻⁶ N/A², com uma diferença inferior a uma parte por bilhão. A OpenStax pergunta qual corrente produz o dobro do campo terrestre, 1.0 × 10⁻⁴ T, a 5.0 cm de um fio. A resposta é I = 2π r B ÷ μ₀ = 25 A. Os topógrafos conhecem bem esse efeito: linhas elétricas aéreas podem alterar as leituras das bússolas.
Bobinas produzem campos fortes e uniformes
Dobre o fio formando uma espira e os campos de todas as suas partes se somam no centro. Enrole muitas espiras em uma bobina longa, um solenoide, e o campo interno se torna forte e quase uniforme, enquanto o campo logo fora das espiras fica próximo de zero. Dentro de um solenoide longo, B = μ₀ n I, em que n é o número de espiras por metro, N ÷ L. Mais espiras no mesmo comprimento, ou mais corrente, produzem um campo mais forte. Por fora, o campo do solenoide tem o mesmo formato do campo de um ímã de barra, com uma ponta norte e outra sul.
Qual ponta é o norte? Curve os dedos da mão direita ao redor da bobina no sentido da corrente nas espiras; o polegar aponta para a ponta norte. Inverta a corrente e os polos se invertem. A bobina do laboratório tem 10 cm de comprimento. Com 200 espiras e 2 A, n = 2000 por metro e B = 1.2566 × 10⁻⁶ × 2000 × 2 = 5.03 × 10⁻³ T, cerca de 5 mT, aproximadamente 100 vezes os 50 μT usados para o campo terrestre. O exemplo grande da OpenStax é um solenoide de 2.00 m com 2000 espiras e corrente de 1600 A: n = 1000 por metro e B = 2.01 T, a intensidade de um ímã de ressonância magnética. Essa corrente superaqueceria o cobre comum, por isso os aparelhos de ressonância usam bobinas supercondutoras.
Arraste para girar. Use a rolagem ou afaste e aproxime dois dedos para ajustar o zoom.
Núcleos de ferro e usos dos eletroímãs
Coloque um núcleo de ferro dentro da bobina. O campo da corrente alinha os domínios do ferro, que também se torna um ímã e soma seu campo ao da bobina. Quando são necessários efeitos magnéticos fortes, os eletroímãs recebem núcleos ferromagnéticos. Diferentemente de um ímã permanente, um eletroímã pode ser desligado, intensificado ou invertido. Guindastes de ferro-velho levantam carros com eles e os soltam ao cortar a corrente. Aceleradores de partículas os usam para desviar feixes, e aparelhos de ressonância magnética mantêm os pacientes dentro de uma grande bobina supercondutora. A resistência da bobina impõe um limite: corrente demais superaquece o fio.
| Oersted, 1820 | Uma corrente move a agulha de uma bússola |
| Campo de um fio longo e reto | B = μ₀ I ÷ (2π r), círculos ao redor do fio |
| Campo dentro de um solenoide | B = μ₀ n I, n = espiras por metro |
| μ₀ | 4π × 10⁻⁷ T·m/A ≈ 1.2566 × 10⁻⁶ |
| Qual ponta da bobina é N? | Dedos da mão direita no sentido da corrente; polegar aponta para N |
- Uma corrente produz um campo magnético (Oersted, 1820).
- Ao redor de um fio longo e reto, as linhas de campo são círculos; B = μ₀ I ÷ (2π r).
- Dentro de um solenoide, B = μ₀ n I; mais espiras por metro ou mais corrente produzem um campo maior.
- A regra da mão direita indica a extremidade N; inverter a corrente troca os polos.
- Um núcleo de ferro torna um eletroímã muito mais forte.
- Quem observou pela primeira vez uma corrente desviar a agulha de uma bússola, em 1820?
- Hans Christian Oersted
- Michael Faraday
- William Gilbert
- Isaac Newton
- As linhas de campo ao redor de um fio retilíneo longo são:
- Círculos ao redor do fio
- Retas ao longo do fio
- Retas que se afastam do fio
- Não há campo
- Qual é o campo a 5.0 cm de um fio longo percorrido por 25 A, em unidades de 10⁻⁴ T? (μ₀ = 4π × 10⁻⁷)
- Bobina de laboratório: 200 espiras, 0.10 m de comprimento, 2 A. Qual é o campo interno em mT? (duas casas decimais)
- Quantas espiras por metro há em 2000 espiras distribuídas por 2.00 m?
- Esse solenoide é percorrido por 1600 A. Qual é o campo interno em teslas? (duas casas decimais)
- Você dobra o número de espiras e a corrente de um solenoide de comprimento fixo. O campo fica:
- 4 vezes mais intenso
- 2 vezes mais intenso
- Igual
- 8 vezes mais intenso
- Você inverte a corrente em um eletroímã. O que acontece?
- As extremidades N e S se trocam
- Ele deixa de ser um ímã
- Ele fica duas vezes mais forte
- Nada muda
- Por que os guindastes de ferros-velhos usam eletroímãs em vez de ímãs permanentes?
- Podem ser desligados para soltar a carga
- São mais leves que o ar
- Atraem alumínio
- Não precisam de eletricidade
- Adicionar um núcleo de ferro a uma bobina:
- Torna o campo muito mais intenso
- Anula o campo
- Inverte os polos
- Interrompe a corrente
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