Eletromagnetismo no Ensino Médio

Introdução

Até o final do século XVI os cientistas pensavam que os fenômenos elétricos e magnéticos eram totalmente independentes. Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Oersted demonstrava em aula o aquecimento de um fio devido à passagem de corrente elétrica. Esse fio estando por acaso junto a uma bússola, paralelamente à sua agulha fez a agulha da bússola girar. Oersted aprofundou-se nas pesquisas sobre esse fenômeno e concluiu que o sentido de rotação da agulha dependia do sentido da corrente elétrica que atravessava o fio. Então, só após a invenção da pilha de Volta com geração de corrente elétrica contínua é que Oersted descobriu a relação entre eletricidade e magnetismo. Uma bobina percorrida por uma corrente elétrica tem um comportamento semelhante a um ímã, constituindo um eletroímã, ou seja, um ímã obtido por meio da corrente elétrica. Uma bobina ou solenóide é constituída por um fio enrolado várias vezes, em forma helicoidal. Cada uma das voltas do fio da bobina é denominada uma espira.

Ver experimento anterior a este no planejamento...

Conteúdo geral - Eletromagnetismo

Conteúdo específico

campo magnético de um solenóide
linhas de indução - regra da mão direita
o que é um eletroímã

Conhecimentos prévios
- Ter entendido o princípio de funcionamento da pilha de Volta ou de Daniell, evidenciando a necessidade de um circuito elétrico fechado, com movimento de elétrons através de um fio condutor externo da pilha e deslocamentos de cátions e ânions, que resultam da dissociação iônica, em sentidos opostos, na parte interna da pilha.
- Ter percebido a movimentação de cargas elétricas (elétrons e íons)

Posição no planejamento
A atividade se enquadra após os alunos terem montado a pilha de Volta ou de Daniell. Ter entendido o que é corrente elétrica, como ela surge. Saber o que está acontecendo dentro de um fio e dentro da pilha. Ter comprovado a movimentação de cargas, elétrons e íons. No meu planejamento, para entrar no tema do eletromagnetismo, houve um experimento prévio a este, que intitulei "Bússola e Corrente Elétrica".

Cronograma - duas aulas

Objetivos
1. Analisar o campo magnético de um solenóide.
2. Aumentar o efeito da corrente elétrica sobre a agulha da bússola
3. Comprovar que o movimento é maior porque isto equivale a aumentar a intensidade da corrente elétrica
4. Entender que o sentido do campo magnético depende do sentido da corrente elétrica

O que se usa?
-1 bússola
-1 pilha grande
-1 lâmina de barbear
-1 folha de papel branco
- fita adesiva
- 40 cm de fio de cobre esmaltado nº 22
- 8 m de fio de cobre esmaltado nº 22

Como se faz?
Construa uma bobina com um diâmetro pouco maior que o da bússola. Para isso, enrole, em torno de seus dedos ou em um objeto cilíndrico, um fio de cobre que tenha aproximadamente 8m de comprimento. Deixe livre cerca de 15 cm de cada extremidade do fio.

Encaixe a bússola dentro da bobina e gire o conjunto de maneira que a agulha fique alinhada na direção do diâmetro da bobina.




Ligue as extremidades do fio aos pólos da pilha. Observe a agulha da bússola.

O que se observa?
1. O movimento da agulha da bússola é maior agora, do que na observação anterior?
R. Sim. Uma forma de aumentar o efeito da corrente elétrica sobre a agulha da bússola é passar em torno desta uma porção de voltas do fio, formando uma bobina.

2. Qual a direção e o sentido do campo magnético gerado?
R. Quando uma corrente elétrica percorre uma espira de corrente, gera um campo magnético cuja direção é perpendicular ao plano da espira e o sentido é dado pela regra da mão direita.

Como se explica? 1. O movimento é maior porque isto equivale a aumentar a intensidade da corrente elétrica. A corrente elétrica sempre gera campo magnético, por isso, formando uma bobina aumenta-se o efeito sobre a agulha da bússola.

2. O sentido do campo magnético depende do sentido da corrente elétrica. Podemos determinar o sentido do campo magnético pela regra da mão direita: colocando os demais dedos dobrados no sentido da corrente elétrica, o polegar esticado indica o sentido do campo magnético.

Conclusão
Ao ligar as extremidades da bobina a uma pilha, estabelece-se uma corrente em suas espiras e essa corrente cria um campo magnético no interior e exterior da bobina. A orientação das linhas de indução desse campo é indicada pela agulha magnética colocada nas proximidades da bobina. Quando o sentido da corrente nas espiras é invertido, observa-se que a orientação da agulha magnética também se inverte, indicando que as linhas do campo magnético mudam de sentido

Dica - Colocando-se um papel branco no interior da bobina e usando limalhas de ferro, podemos visualizar as linhas de indução do campo magnético. Observa-se com clareza que o campo no interior da bobina e em suas extremidades é muito mais forte que em suas partes laterais externas.

Ver avaliação desta seqüência...
Ver condução da aula a partir desse experimento...