Campos Magnéticos de Correntes
Uma carga elétrica em movimento cria um campo magnético ao seu redor, então qualquer fio que carrega corrente é cercado por linhas de campo magnético circulares. Se você dobrar esse fio em uma bobina, as linhas de campo de cada volta se somam dentro para criar um campo forte e uniforme ao longo do comprimento da bobina. Enrole mais voltas de fio ou empurre mais corrente através dele, e o campo interno fica mais forte.
A fórmula
B = μ₀ · N · I / L
- B — campo magnético (T): a força do campo magnético dentro da bobina
- μ₀ — permeabilidade do vácuo (T·m/A): uma constante fixa que define quão fortemente uma corrente produz um campo magnético
- N — número de voltas (turns): quantas voltas de fio formam a bobina
- I — corrente (A): quanta carga flui pelo fio a cada segundo
- L — comprimento (m): o comprimento da bobina sobre o qual as voltas estão enroladas
Exemplo resolvido
Uma bobina (solenoide) tem 500 voltas de fio enroladas sobre um comprimento de 0.5 metro, conduzindo uma corrente de 2 amperes. Qual é a força do campo magnético dentro?
- N = 500 espiras
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
Teste-se
O solenoide agora tem 1000 voltas em vez de 500, com a mesma corrente e comprimento. O que acontece com o campo magnético dentro?
- Resposta correta: Dobra para 16π × 10⁻⁴ T
- É cortada pela metade para 4π × 10⁻⁴ T
- Permanece a mesma em 8π × 10⁻⁴ T
Certo! B é proporcional a N, então dobrar as voltas dobra o campo: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Ao redor de um único fio reto conduzindo corrente, sem bobina envolvida, que forma as linhas do campo magnético fazem?
- Um campo uniforme como dentro de uma bobina
- Linhas retas correndo ao longo do fio
- Resposta correta: Círculos enrolados ao redor do fio
Exatamente — um fio reto conduzindo corrente é cercado por laços magnéticos circulares, seguindo a regra da mão direita.
Onde você vê isso
Um guindaste de ferro-velho desce uma bobina de fio, liga a corrente e ergue um carro — desligue a corrente e o carro cai. Sem corrente não há magnetismo; com ela, magnetismo total sob demanda: campainhas, aparelhos de ressonância magnética e guindastes de sucata são todos o mesmo dispositivo, um solenoide cujo campo você comanda com um interruptor.
Erros comuns
Primeiro, a forma do campo: ao redor de um fio reto as linhas de campo formam círculos envolvendo o fio — não linhas retas, não um campo uniforme; o campo forte e uniforme aparece apenas dentro de uma bobina. Segundo, a escala: B = μ₀ · N · I / L cresce com o número de voltas e a corrente, então passar de 500 para 1000 voltas com a mesma corrente dobra exatamente o campo interno. A corrente cria o campo — um núcleo de ferro apenas o concentra.
Como se conecta
Este é o ponto de virada do módulo de eletromagnetismo, da eletricidade para o magnetismo: a lei de Coulomb e a capacitância tratavam de cargas em repouso, e aqui a carga em movimento — a corrente — agita um campo ao seu redor. A força de Lorentz, a seguir, fecha o ciclo: esses campos empurram de volta qualquer outra carga em movimento que passe por ali.