Eletromagnetismo no Ensino Médio

Introdução:

A maioria das pessoas familiariza-se com o magnetismo, observando o comportamento curioso dos imãs permanentes. As forças que eles exercem uns sobre os outros e sobre substâncias ferromagnéticas, inicialmente com seus domínios magnéticos desorganizados, parecem advir de fonte não visível e assim são relacionadas a uma certa magia ou estado.
O magnetismo foi primeiramente descoberto em tempos antigos como resultado das propriedades magnéticas da pedra "imã" a qual é referida como "magnetita" ou óxido de ferro preto, Fe₃O₄. O magnetismo permanente foi utilizado em agulhas magnéticas por centenas de anos até a descoberta da conexão entre campos magnéticos e campos elétricos.
Todos os imãs têm uma propriedade importante: quando suspensos livremente, orientam-se, em cada lugar, sempre na mesma direção, próxima da direção Sul-Norte geográfica.
É por isso que as bússolas são instrumentos muito úteis para a navegação. Assim, conhecendo os ângulos entre a direção Sul-Norte geográfica e a magnética, é possível determinar os pontos cardeais nesse local.
O ângulo entre essas direções denomina-se declinação magnética e ela varia ligeiramente de local para local.
A ponta da agulha que aponta para o norte geográfico é o polo norte da bússola; analogamente, o polo sul da bússola aponta para o pólo sul geográfico.
Nesta atividade, os alunos deverão construir uma "bússola" rudimentar com o objetivo de termos um ponto de partida para o estudo do magnetismo e, ao mesmo tempo, eles poderão ter na prática noções sobre campo magnético, tema importante nesta área da física.

Expectativas de aprendizagem:

Oferecer a oportunidade do aluno perceber como se comportam os materiais magnetizados na presença de um campo magnético e também mostrar como uma bússola detecta o campo magnético terrestre.

Público Alvo:

Alunos do Ensino Médio

Parte da Física em que a atividade se situa:

Com essa atividade, o aluno terá a oportunidade de magnetizar um objeto metálico por aproximação com um imã permanente e perceber que uma ponta desse objeto metálico magnetizado se posiciona apontando para o norte geográfico da Terra.
O aluno terá condições de notar que existe um campo magnético que interfere no comportamento dos objetos magnetizados. A bússola é um instrumento detector de campo magnético e ela detecta o campo magnético gerado pela Terra.

Conhecimentos prévios:

Os alunos não precisão ter nenhum conhecimento prévio para a realização dessa atividade.

Materiais:

1 imã permanente
1 pote de vidro de conserva vazio
1 alfinete (agulha de costura) ou um prego fino
1 cartela de papelão ( 10cm x 10 cm)
Fios bem finos (linha) para prender o objeto à cartela de papelão
Cola ou fita adesiva

Conteúdos:

Campo magnético terrestre, magnetização por atrito, orientação de uma bússola.

Objetivo específico:

Espera-se que após esta atividade o aluno possa compreende o funcionamento de uma bússola e compreenda melhor as noções de campo magnético e a sua influência sobre as bússolas, que funcionam como detector de campo magnético.

Procedimento

Poderá ser uma atividade realizada por grupos de 4 alunos com materiais que podem ser trazidos por eles mesmos. A montagem inicial poderá ser feita com roteiros fornecidos aos alunos.

Etapas da montagem ou da construção

Estas etapas podem ser utilizadas para a orientação dos alunos.

1. Magnetiza-se um alfinete ou um prego de aço por fricção passando um imã permanente nesse objeto, sempre no mesmo sentido por umas 30 vezes.
2. Amarre esse alfinete ou prego em dois fios bem finos e pendure-o através desses fios na cartela de papelão.
3. Coloque o objeto magnetizado dentro do pote de forma que ele fique suspenso sem encostar em nenhuma parte do vidro.
4. Verificar que o alfinete ou prego se orienta em uma direção sul-norte.

Expectativas Conceituais do aluno

Os alunos normalmente já ouviram falar em bússola, porém poucos tiveram a oportunidade de manusear uma. Além disso, também sabem que ela aponta para o norte, e uma pergunta comum feita por eles é "e se eu não quiser ir para o norte, ir para o leste, por exemplo, como faço?"
Outra coisa que deixa os alunos intrigados é o fato da direção da agulha não coincidir com o norte gravado na bússola.

Questões que podem ser feitas aos alunos

a) Se aproximar um imã da bússola, o que acontece com ela? Que direção assumiria?

b) Se aproximar um lápis de madeira da bússola, o que acontece com ela?

c) E uma caneta plástica?

d) E um Prego?

e) Qual a direção da agulha da bússola sem a influência desses materiais?

Comentários finais

A Terra atua sobre a bússola como se fosse um grande ímã, porém sua influência sobre a bússola é muito menos intensa do que a exercida por um imã que esteja próximo. Também materiais ferrosos que estejam próximos podem influir na direção da bússola, por isso deve-se ter o cuidado de afastar da bússola ímãs e materiais ferromagnéticos.