Campo Magnético — Fontes, Propriedades e Regra da Mão Direita

Um campo magnético descreve como ímãs, cargas em movimento e correntes elétricas influenciam outras cargas em movimento e materiais magnéticos no espaço ao seu redor. Ele é representado por $B$ e medido em tesla $(\mathrm{T})$.

A ideia principal é direcional. Um campo magnético é um campo vetorial, então em cada ponto ele tem tanto módulo quanto direção. A regra da mão direita é o atalho mais comum para encontrar essa direção em casos simples.

O Que Significa Campo Magnético

Você pode pensar em um campo magnético como a parte do ambiente eletromagnético que indica como uma carga em movimento ou um fio percorrido por corrente seria empurrado.

Para uma carga $q$ movendo-se com velocidade $v$ em um ângulo $\theta$ em relação ao campo, o módulo da força magnética é

$$F = qvB\sin\theta$$

Essa condição é importante. Se a carga não estiver em movimento, a parte magnética da força é zero. Se ela se mover exatamente paralela ou antiparalela ao campo, então $\sin\theta = 0$ e a força magnética também será zero.

De Onde Vêm os Campos Magnéticos

Na física introdutória, as fontes mais comuns são correntes elétricas, cargas em movimento e ímãs permanentes. Uma espira ou bobina de fio com corrente cria um campo magnético, e um ímã de barra também.

No eletromagnetismo completo, um campo elétrico variável também pode produzir um campo magnético. Isso é importante em ondas eletromagnéticas, transformadores e nas equações de Maxwell, mas muitos primeiros exercícios se concentram em correntes e ímãs simples.

Propriedades Principais Para Lembrar

Campo magnético é uma grandeza vetorial, então a direção faz parte da resposta, não é um detalhe extra.

Campos magnéticos se somam por superposição. Se duas fontes criam campos no mesmo ponto, o campo resultante é a soma vetorial desses campos.

Linhas de campo são um recurso visual, não fios físicos. Em qualquer ponto, a direção do campo é tangente à linha de campo.

No tratamento introdutório padrão, as linhas de campo magnético formam laços fechados, em vez de começar e terminar como as linhas de campo elétrico fazem nas cargas.

A Regra da Mão Direita Para Uma Corrente Retilínea

Para um fio reto percorrido por corrente convencional, aponte o polegar da mão direita na direção da corrente. Os dedos curvados mostram a direção do campo magnético circulando o fio.

Essa é uma das versões mais úteis da regra da mão direita porque fornece a direção rapidamente, sem álgebra extra.

Tenha cuidado com a definição de corrente. A regra usa a corrente convencional, que aponta na direção em que uma carga positiva se moveria. Em um fio metálico, os elétrons se deslocam no sentido oposto.

Exemplo Resolvido: Campo Ao Redor de Um Fio Reto Longo

Suponha que um fio reto longo conduza uma corrente constante para cima. Você quer a direção do campo magnético em um ponto à direita do fio.

Use a regra da mão direita. Aponte o polegar da mão direita para cima, na direção da corrente. Seus dedos se curvam ao redor do fio. No ponto à direita do fio, o campo aponta para dentro da página.

Se você também precisar do módulo do campo, uma fórmula comum para esse caso especial é

$$B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$$

Essa fórmula vale para um fio reto longo percorrido por corrente constante, avaliado a uma distância $r$, no vácuo ou no ar com boa aproximação. Aqui, $\mu_0$ é a permeabilidade do espaço livre.

Por exemplo, se $I = 5.0\ \mathrm{A}$ e $r = 0.020\ \mathrm{m}$, então

$$B = \frac{(4\pi \times 10^{-7})(5.0)}{2\pi(0.020)}$$ $$B = 5.0 \times 10^{-5}\ \mathrm{T}$$

Então o campo nesse ponto tem módulo $5.0 \times 10^{-5}\ \mathrm{T}$ e direção para dentro da página.

Esse exemplo mostra as duas partes de uma resposta sobre campo magnético: módulo pela fórmula, direção pela regra da mão direita.

Erros Comuns

• Tratar o campo magnético como uma grandeza escalar e informar apenas o módulo.
• Esquecer que a regra da mão direita usa corrente convencional, não fluxo de elétrons.
• Usar $B = \mu_0 I / (2\pi r)$ para qualquer formato de fio, mesmo quando o fio não é aproximadamente longo e reto.
• Supor que um campo magnético sempre empurra uma carga. Uma carga em repouso não sente força magnética.
• Confundir a direção do campo com a direção da força sobre uma carga em movimento.

Onde Esse Conceito É Usado

Campos magnéticos são usados em motores, geradores, transformadores, sistemas de ressonância magnética, alto-falantes, bússolas e no movimento de partículas carregadas.

Eles também estão por trás de muitas ideias de circuitos e eletromagnetismo. Quando a corrente cria um campo magnético, você pode explicar indutores, eletroímãs e por que campos variáveis importam na indução eletromagnética.

Tente Um Caso Parecido

Tente sua própria versão com o mesmo fio, mas coloque o ponto à esquerda do fio em vez de à direita. Mantenha a mesma corrente e a mesma distância. Primeiro use a regra da mão direita para obter a direção, depois verifique se o módulo muda.