Fio Cria Campo Magnético
Objetivo
Neste experimento vamos mostrar que é possível criar um campo
magnético com a eletricidade.
Contexto
Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno
dele um campo magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez
por Hans Christian Orsted em abril de 1820. Ele observou que a agulha
de uma bússola defletia de sua posição de equilíbrio quando havia
próximo a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente elétrica.
Idéia do Experimento
Se fizermos fluir num fio condutor de eletricidade uma corrente
elétrica, criaremos em torno deste fio um campo magnético. Para
verificarmos se o campo magnético foi criado, basta aproximarmos este
fio a uma bússola. O papel da bússola neste experimento é o de um
aparelho de teste, que vem confirmar a existência ou não do campo
magnético.
Como sabemos, a agulha de uma bússola é um pequeno ímã, e como
todo ímã é atraído ou repelido quando aproximado de outro ímã ou um
campo magnético.
Portanto, se o campo magnético foi criado no fio, ao aproximá-lo da
bússola, sua agulha defletirá da sua posição, sendo esta atraída ou
repelida por este fio.
Com as informações acima já é possível realizar este experimento e
verificar que todo fio condutor, quando atravessado por uma corrente
elétrica, cria em torno de si um campo magnético. Mas você perceberá
que dependendo da posição do fio em relação à agulha da bússola, ela
girará para um lado ou para outro; ou se invertermos o sentido da
corrente, ela inverterá o sentido da deflexão.
Caso as informações acima forem suficientes para você, passe para a
leitura das Seções Tabela de Materiais e Procedimento de Montagem.
Mas se você quer saber mais sobre este efeito magnético, e saber
porque ora a agulha deflete para um lado ora para outro, continue lendo
esta seção. Daqui por diante daremos uma explicação mais detalhada
do campo magnético gerado por um fio condutor.
Um ímã não interage com cargas elétricas estacionárias. Mas quando
estas cargas estão em movimento, surge uma interação entre o ímã e o
fio que as conduz. Isso se dá porque um fio condutor quando percorrido
por uma corrente elétrica, gera em torno de sí um campo magnético, de
mesma natureza que daquele de um ímã natural.
Um ímã, como a agulha da bússola, possui dois pólos magnéticos, norte
e sul. Quando o campo magnético de dois ímãs naturais interagem, o
pólo sul de um ímã é atraído pelo pólo norte do outro e vice e versa. Da
mesma forma, pólos iguais se repelem. Por isso, a agulha de uma
bússola possui uma orientação preferencial: seus pólos norte e sul estão
sendo atraídos pelos pólos sul e norte do campo magnético da Terra.
Por convenção as bússolas apontam para o pólo norte magnético da
Terra. Assim, uma marca é feita no pólo sul da agulha da bússola.
Quando outro campo magnético, além do da Terra, se aproxima da
agulha da bússola, este campo passa a interagir com esta, fazendo que
sua agulha seja atraída ou repelida por este segundo campo. Por isso
usamos a bússola como "verificador" da existência de um campo
magnético, quando desconfiamos que algum objeto está imantado.
Logo, se usarmos este raciocínio, podemos com a bússola verificar se
há um campo magnético em torno de um fio condutor, quando por este
passar uma corrente elétrica.
Mas antes de verificarmos experimentalmente, devemos atentar para
algumas informações importantes quanto às características do campo
magnético deste fio.
Pela convenção do eletromagnetismo, a orientação das linhas do campo
magnético é "saindo" do pólo norte e "entrando" no pólo sul. Veja a
figura abaixo.
o
o
O campo magnético que se forma em torno do fio é circular, ou
seja, podemos imaginar linhas de campo circulares concêntricas
que tem uma determinada orientação.
Existe uma regra para descobrirmos qual é o sentido do campo
magnético no fio condutor, ou seja, será possível descobrir para
onde apontam as linhas de campo. Com isso, é possível prever
para que lado irá girar a agulha da bússola quando interagir com
o campo. Esta regra é conhecida com regra da mão direita, e
funciona da seguinte forma: com o polegar apontando no sentido
da corrente, que flui do pólo positivo para o pólo negativo da
pilha, flexione os demais dedos fazendo um movimento circular
no sentido de fechar a mão. O sentido do campo terá o mesmo
sentido de rotação dos demais dedos. Ou seja, imagine que a
ponta dos seus dedos, excluindo -se o polegar são setas que
apontam para o norte. Então pode-se imaginar que a ponta de
seus dedos irá repelir o norte e atrair o sul da agulha da
bússola.como mostra a figura.
o
Agora, com estas informações, é possível entender o porquê que
a agulha da bússola gira para um lado ou para outro, dependendo
da forma como se aproxima o fio da agulha da bússola. E ainda
entender por que a agulha da bússola gira para o sentido oposto
quando inverte-se a polaridade da bateria (invertendo o sentido
da corrente). Se a agulha da bússola estiver em repouso, sem
interferência de um campo magnético próximo, ela estará
apontando no sentido norte-sul magnético da Terra, como já foi
dito. Então, se raciocinarmos em termos de linhas de campo, e se
a orientação das linhas de campo geradas pelo fio que atuam
sobre a agulha estiverem apontando para o pólo norte da agulha
da bússola (que por sua vez aponta para o pólo sul da Terra), esta
será repelida pela ação deste campo magnético. E se estiver
apontando para o sul da agulha, esta será atraída pela ação deste
campo. Veja a figura abaixo.
Para a verificação da deflexão da agulha da bússola, devido a influência
do campo magnético gerado pelo fio condutor, coloque a parte reta do
fio sobre a bússola no mesmo sentido da agulha, quando esta está em
repouso em relação à Terra, antes de ligar a corrente elétrica. Veja a
figura abaixo.
Ao ligar o fio a uma pilha, uma corrente elétrica será estabelecida.
Então a agulha da bússola vai tender a assumir uma direção ortogonal à
direção do fio, acompanhando o campo do fio. Esta deflexão pode ser
para um lado ou outro do fio, dependendo da direção em que está
fluindo a corrente elétrica (regra da mão direita). Veja figura abaixo.
O quanto a agulha vai defletir dependerá da intensidade do campo
magnético gerado pelo fio. Logo, se a intensidade do campo magnético
for pequena, a agulha fará uma pequena abertura e se a intensidade do
campo magnético for alta, a agulha tenderá a ficar com uma abertura
perpendicular ao fio. A intensidade do campo gerado pelo fio é
diretamente proporcional à corrente que passa por esse. Não se
recomenda trabalhar com correntes elétricas intensas, nem tampouco
com grandes tensões. A corrente elétrica de uma ou mais pilhas comuns
a uma voltagem de 1.5 volts cada são suficientes para a verificação
experimental.
Efeito similar se dá quando o fio ao invés de estar sobre a bússola no
sentido norte-sul, estiver perpendicular à bússola. Neste caso a agulha
permanece na mesma posição, ou a inverte completamente. E o
raciocínio para verificar se o sentido de rotação da agulha da bússola é
coerente, é aplicar a regra da mão direita.
Tabela do Material
Item
Observações
Um pedaço de
fio condutor
Aproximadamente 10 cm de fio elétrico comum. Pode ser encontrado em
casa de materiais elétricos ou eletrônicos ou então retirados de
enrolamentos elétricos velhos. Ou retirados de aparelhos elétricos ou
eletrônicos fora de uso.
Pilha
1 pilha comum de 1,5 volts será suficiente.
Bússola
Verifique o funcionamento da bússola antes de usá-la ou faça uma (veja
a seção de comentários).
Porta Pilhas e
Estes equipamentos são opcionais. O funcionamento do experimento não
Fios de Conexão
será prejudicado, na falta destes.
(jacaré)
Montagem
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Coloque a bússola sobre uma mesa plana e longe da influência de
campos magnéticos que não o terrestre, como o de alto-falantes, por
exemplo.
Coloque o fio sobre a bússola, no sentido de sua agulha.
Ligue o fio na pilha.
Comentários
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Tome cuidado com os alto-falantes, pois ele contém ímãs bastantes
fortes e o campo gerado por eles atrapalhará o experimento, caso haja
algum por perto.
Inverta a polaridade da pilha e veja a deflexão da agulha para o outro
lado.
O consumo de pilha é alto, pois, a corrente elétrica não tem resistência
no percurso, ou seja, o circuito está em curto. Por isso, é aconselhável
não deixar o circuito fechado por muito tempo desligando-o a cada
demonstração. Outra maneira de resolver este problema é colocar uma
resistência no circuito. Uma lâmpada de lanterna seria um bom resistor,
mas daí serão necessárias duas pilhas, visto que uma lâmpada necessita
de no mínimo 1,5 volts.
Caso você não consiga uma bússola para a realização do experimento, é
possível construir uma. Para isso você vai precisar de um copo comum
com água, uma agulha de costura fina, uma rolha e um ímã natural.
Siga os passos seguintes:
1-Primeiro deve-se imantar a agulha de costura, passando-se o ímã
natural várias vezes na agulha de costura, sempre na direção do seu
comprimento e no mesmo sentido. Para saber se agulha já está bem
imantada, aproxime-a de algum objeto metálico e verifique se há
atração ou repulsão.
2-Corte uma fatia circular bem fina da rolha. Esta fatia de rolha serve
para permitir que a agulha de costura possa flutuar sobre a água.
3-Atravesse ou cole no disco circular de rolha já cortado, a agulha.
4-Coloque o disco circular de rolha com agulha em um copo cheio de
água.
5-Verifique por algum método se sua bússola está funcionando,
comparando a direção para onde a agulha está apontando com alguma
referência. Sem outros campos magnéticos por perto, ela deve se
orientar na direção norte-sul.
6-Veja a figura de como fica a construção desta bússola.
Esquema Geral de Montagem: