A Lei de Biot-Savart e a origem do campo magnético

muitos dos que fracassam e entenderam eletromagnetismo falha ao incompreender a origem do campo magnético nessa série eu já discuti o comportamento dos Campos magnéticos e da força que eles podem exercer sobre objetos por perto mas eu não discutir ainda o que é que causa o campo magnético e é aqui que as coisas começam a ficar sérias [Música] Olá bem-vindo a ver científica antes de seguir considera a possibilidade de se inscrever no canal aqui você vai encontrar conteúdo científicos explicados de forma simples e rigorosa por um especialista no assunto [Música] durante o século 18 muitos cientistas

procuraram encontrar uma conexão entre a eletricidade e o magnetismo e essa conexão foi descoberta por acaso pelos cientistas dinamarquês hansstead durante uma demonstração em uma sala de aula em 1820 esse cara tava usando uma bateria que naquela época era uma invenção bastante recente aliás falamos de bateria e sua descoberta nesse vídeo aqui a ideia de orstete era apenas produzir uma grande corrente em um fio mas ali por perto havia uma bússola do lado do Fio Foi então que Oster notou que a corrente fazia a agulha da bússola girar no momento em que ele ligava ou

desligava a corrente no fio esse efeito era como se ele estivesse aproximando um imã perto da bússola força dá muito tempo já havia interessado em descobrir uma possível conexão entre a eletricidade e o magnetismo Então essa observação fortuita foi imediatamente Clara para ele o convencendo de que os campos magnéticos região nas proximidades de fios conduzindo corrente elétrica O que poderia ter passado despercebido para muitos não passou para hortas em resumo ele descobriu a causa do magnetismo A corrente elétrica e mais do que isso hostel de estabelecer uma conexão entre a eletricidade e o magnetismo então

nascia naquele instante o eletromagnetismo [Música] é possível observar a existência de um campo magnético em torno de um fio conduzindo uma corrente elétrica quando colocamos em malhas de Ferro nas suas proximidades esse pode ferro vai ser redistribuir e se posicionar de acordo com as linhas de Campo essas linhas de Campo São círculos fechados concêntrico com o fio condutor e contidos no plano ortogonal ao fio uma forma de ver esse efeito é distribuir uma variedade de bússolas ao redor do fio de corrente a agulha das bússolas se alinham com o campo magnético produzido pela corrente e

também revelam o campo como um padrão de círculos concêntricos ao redor do Fio a agulha das bússolas giram mostrando que a direção do campo magnético também muda se o fio de corrente for dobrado formando uma inspira as linhas de Campo vão se concentrar mais Na parte central da espira intensificando o campo magnético no seu interior e vai se dispersar mais na parte exterior enfraquecendo o campo fora da espira se você um grande número de espiras de corrente você vai obter uma bobina e o campo magnético produzido será ainda maior proporcional ao número de voltas da

bobina obtida [Música] pouco depois da descoberta dested os dois colegas João Batista Bion e Félix savar ambos físicos franceses realizaram experimentos minuciosos sobre a força exercida por uma corrente elétrica em um imã próximo essas pesquisas de bioexavá levaram a expressão matemática para o campo magnético em algum ponto do espaço em termos da corrente que produz o campo essa expressão é hoje conhecida como a lei de bioexavá e está por magnetismo assim como a lei de Collor está para eletrostática mas eu vou mostrar aqui que além de bioexavá é um pouco mais complicada do que a

lei de Coulomb isso porque como nós já discutimos aqui em vídeos anteriores o comportamento do campo magnético é muito mais complicado do que o comportamento do campo elétrico em particular o campo magnético apresenta as seguintes propriedades primeiro que a intensidade do campo é inversamente proporcional a r ao quadrado onde R é a distância até o fio segundo que o campo vai ser proporcional tanto a corrente quanto ao comprimento do Fio Além disso o vetor campo magnético vai ser perpendicular tanto ao vetor comprimento por onde passa corrente quanto ao vetor posição onde o campo é determinado

finalmente é importante mencionar aqui que Campos magnéticos gerados por correntes estacionárias ou seja correntes que não variam com o tempo como supusemos até agora são Campos estáticos e são objetos de estudo de um ramo da física chamado magnetostática uma boa analogia para se ter em mente é que as correntes estacionárias estão para magnetostática Assim como as cargas em repouso estão para eletrostática além de bioexavier tem um mérito de reunir todas essas propriedades do campo numa única expressão matemática essa expressão o mizero é a permeabilidade do Espaço Livre uma constante que desempenha um papel no magnetismo

que é semelhante ao da permissividade na eletricidade é essa constante que determina como que será a resposta de material a um campo magnético aplicado [Música] existem semelhanças e diferenças interessantes entre a lei de bioessavar para o campo magnético devido a um elemento de corrente e a lei de Coulomb para o campo elétrico devido a uma carga pontual a magnitude do campo magnético também é dada em função do Inverso do quadrado da distância da fonte assim como no campo elétrico devido a uma carga pontual mas aqui o campo magnético também é proporcional ao comprimento L do

Fio então com isso você pode notar que ao cancelamento de uma dimensão de comprimento Na expressão e experimentalmente o que se observa que a intensidade do campo magnético produzido por um fio reto e longo é inversamente proporcional à distância Radial do fio e não ao quadrado da distância e para esse caso específico além de bioexavar se reduz a uma proporcionalidade direta entre o campo e a corrente e uma proporcionalidade inversa entre o campo e a distância ao fio de corrente dessa forma você pode observar que o campo magnético será mais forte quanto mais próximo estivermos

do filme por isso que as linhas de Campo próximas ao fio estão mais próximas entre si do que aquelas que estão mais distante onde o campo é mais fraco uma outra diferença notável entre as leis de Coulomb e de bioexavar se refere às direções dos dois Campos o campo elétrico criado por uma carga pontual é Radial mas o campo magnético criado por um elemento de corrente é perpendicular tanto ao comprimento do Fio quanto ao vetor posição essa direção é dada pelo produto vetorial que aparece na lei entre comprimento do fio e a posição Então se

o condutor estiver no plano da tela por exemplo o campo magnético vai apontar para fora da tela nos pontos P1 e para dentro da tela nos pontos P2 uma regra conveniente para se determinar o sentido do campo é segurar o fio com a mão direita posicionando polegar na direção da corrente os quatro dedos vão se enrolar automaticamente na direção do campo magnético com a lei de bioessava podemos calcular o campo magnético de um elemento de corrente isolado em qualquer ponto desejado mas Note que tal elemento de corrente não pode existir isoladamente da mesma forma que

uma carga elétrica isolada um elemento de corrente deve fazer parte de uma distribuição de corrente estendida Porque é necessário um circuito completo para que as cargas fluam então a lei de bioessavar é apenas o primeiro passo no cálculo de um campo magnético a distribuição de corrente deve ser submetida ao cálculo integral para obtenção do campo magnético Total assim como a lei de Coulomb no caso eletrostático além de bioessa vara é a base da estratégia para se calcular o campo magnético de um fio condutor de corrente no caso do magnetismo e assim como a lei de

Coulomb foi base para a Lady Gauss a lei de bioessavar vai ser a base para a lei de Ampére que nós vamos discutir mas adiante [Música] se você enrola um fio longo com muitas voltas você obtém um solenoide como nós vimos antes a corrente em cada espira do solenoide vai produzir o seu próprio campo magnético com isso o campo magnético dentro de um solenoide vai ser muito maior simplesmente porque ele é a soma dos Campos de todas as espiras um solenoide age como imã com extremidade considerado Polo Norte e a outra o Polo Sul dependendo

do sentido da corrente nas espiras o campo magnético dentro de um solenoide de n espiras de fio é proporcional a corrente no fio e inversamente proporcional ao seu comprimento se um pedaço de Ferro for colocado dentro de um solenoide o campo magnético aumenta mais ainda porque o ferro vai magnetizar se tornando também um imã daí o campo resultante será a soma dos Campos da espira e do ferro magnetizado o qual pode ser centenas ou milhares de vezes maior do que o campo das espiras um solenoide com o núcleo de ferro é chamado de eletroimã ou

eletromagneto esses eletroímãs diferem dos imãs permanentes basicamente pelo fato de que as suas propriedades magnéticas dependem crucialmente de uma corrente externa sem corrente essas propriedades não se manifestam já um imã permanente tem todo magnetismo inerente ao seu material basta que ele seja magnetizado nós veremos mais sobre o magnetismo nos materiais no vídeo futuro os eletroímãs tem diversas aplicações práticas desde o uso em motores e geradores até a produção de grandes Campos magnéticos em laboratórios [Música] nesse ponto você pode se perguntar se Existe dois tipos de magnetismo um gerado por imãs e outro por correntes não

não existe mas também não é óbvio que esses dois Campos sejam do mesmo tipo então nos próximos vídeos eu vou mostrar que essas duas formas bem diferentes de produzir efeitos magnéticos são Na verdade dois aspectos diferentes de uma única força magnética Mas aqui é interessante adiantar a conexão que existe entre corrente elétrica e Os imãs permanentes é a perguntas fazer é o seguinte se o movimento de cargas elétricas é o que produz o magnetismo Então o que é que gera o campo magnético de um imã permanente a resposta para isso está nos elétrons dos átomos

que compõem um ímã esses elétrons estão em constante movimento e apresentam dois tipos de movimento que contribuem para o magnetismo o giro do elétron em torno do seu próprio eixo que é o famoso spin e a revolução do elétron em torno do seu núcleo esses dois movimentos dos e podem ser vistos como um tipo de corrente elétrica e ao mesmo tempo os próprios elétrons podem ser vistos como minúsculos imãs Essas são as características fundamentais para a geração do campo magnético assim um elétron girando produz um campo magnético um par de elétron girando no mesmo sentido

produz um campo ainda mais forte por outro lado um par de elétron girando em sentidos opostos trabalham um contra o outro e os seus Campos magnéticos se cancelam é por isso que a maioria das substâncias não são imãs de fato na maioria dos átomos os vários Campos se cancelam porque os elétrons giram em direções Opostas agora em certos materiais Como Ferro o níquel e o Cobalto os campos não se cancelam completamente tanto é que Os imãs mais comuns são feitos justamente de ligas contendo esses elementos nesse vídeo eu discutir a origem do campo magnético e

expliquei a lei básica que nos permite determinar a intensidade do campo em função da corrente que o Jesus no próximo vídeo eu vou apresentar e discutir além de Gauss do eletromagnetismo outra das equações básicas do eletromagnetismo continue aprendendo cada vez mais sobre os princípios que governam o mundo se inscreva no canal e dê um like agora no vídeo tem aberto científica abraço e até a próxima