Campo magnético: do fenômeno à fórmula, sem decorar.

O que é campo magnético?

Campo magnético é uma grandeza vetorial: a região do espaço onde uma carga em movimento ou um ímã sente força, e essa região tem direção, sentido e intensidade. Não é um número solto, é uma seta em cada ponto, e a gente representa essa seta entrando ou saindo do plano da tela.

Imagina que eu estou numa região com um campo magnético entrando no plano. O sentido da força que ele faz vai depender do ângulo entre o campo e a velocidade da carga que passa por ali.

Antes de qualquer fórmula, a gente precisa enxergar isso: o campo é a coisa que está no espaço esperando uma carga passar para empurrá-la. É essa imagem que destrava todo o resto.

Por que corrente ou ímã criam campo?

Existem duas formas de criar campo magnético, e no fundo elas são a mesma coisa: uma corrente elétrica (que é carga em movimento) ou um ímã permanente.

Imagina um imãzinho. Ele cria um campo magnético, linhas que saem do polo norte e entram lá no polo sul. Agora pega uma espira de corrente: na verdade uma espira se comporta exatamente como um dipolo magnético, igual ao ímã.

E é aí que mora a sacada. O ímã e a corrente geram campo pela mesma razão física, porque carga em movimento é a origem de todo magnetismo. A gente não decora "corrente gera campo", a gente entende por quê: não existe ímã sem carga se mexendo lá dentro.

Como são as linhas de campo?

As linhas de campo magnético são o jeito de desenhar o invisível. Imagina um imãzinho desse aqui, né? Ele cria um campo magnético, como você bem sabe, né? Linhas que saem do polo norte e entram lá no polo sul. Sempre fechadas, nunca começam nem terminam no vácuo.

É por isso que a limalha de ferro, jogada perto de um ímã, desenha essas linhas. Cada graozinho de ferro vira uma bússola minúscula e se alinha ao campo.

E tem um fato que assusta o aluno na primeira vez: a gente não tem monopolos magnéticos, não tem como você isolar só um polo norte ou só um polo sul, tipo uma carga magnética. Se eu quebrar o ímã no meio querendo separar os polos, cada pedaço vira um ímã novo, completo, com polo norte e polo sul.

Como achar o sentido de B?

Para achar o sentido do campo e da força sem decorar nada, a gente usa a regra do tapa. Eu vou desenhar aqui o meu dedão para onde aponta a velocidade e os demais dedos da minha mão vão apontar na direção do campo, a força sai pela palma, como um tapa.

O dedão vem aqui, num sentido, o da velocidade. Os demais dedos no sentido do campo. Pronto: a direção do tapa é a direção da força.

Esse método é construído na hora, não memorizado. Você posiciona a mão, lê o resultado e entende por que a força é perpendicular tanto ao campo quanto à velocidade.

É exatamente aqui que o aluno mais trava, para onde aponta B?, e é o que nenhum site resolve direito com uma figura passo a passo. Aqui a regra vem com o diagrama de cada dedo, para você aplicar sozinho na prova.

Qual é a unidade do campo?

A intensidade do campo magnético se mede em Tesla (T), a unidade do Sistema Internacional. Quando uma questão diz "um campo magnético de módulo 1 Tesla constante", é dessa grandeza que ela está falando.

O Tesla é uma unidade grande. Dá uma olhada nas ordens de grandeza de campos reais:

Ter essas ordens de grandeza na cabeça é o que te salva de aceitar um resultado absurdo na prova. Se a sua conta de campo de um fio der 200 Tesla, pode parar: tem erro no caminho.

Quais são as fórmulas do campo?

Aqui estão as fórmulas que a prova cobra, mas cada uma vem com a pergunta "de onde ela vem?", porque decorar fórmula um primata faz.

O campo de um fio retilíneo longo cai com a distância ao fio. No centro de uma espira circular, o campo depende do raio. Dentro de um solenoide, ele nem depende do raio, é uniforme lá dentro. E ainda tem a força sobre a carga e o fluxo que atravessa uma área. A tabela junta as cinco com o significado de cada grandeza:

Repara que a permeabilidade magnética do vácuo, o $\mu_0$, aparece em todas: é a constante que diz o quanto o vácuo "deixa passar" de campo.

Como calcular o campo passo a passo?

Vamos calcular o campo de verdade, com número na frente. Pega um fio retilíneo longo percorrido por uma corrente de 2 amperes, e a gente quer o campo a 10 centímetros dele, ou seja, 0,1 metro.

Como o campo cai na prova?

Agora a questão difícil. Vamos fazer a questãozinha do Enem de 2019, como eu disse, uma das questões mais difíceis desse Enem, se não a mais difícil da prova de Física: o espectrômetro de massa, em que uma carga entra num campo magnético e descreve uma trajetória curva.

O pulo do gato não é a fórmula, é a leitura. O campo magnético faz a força ser sempre perpendicular à velocidade, então a carga descreve um círculo, e o raio desse círculo depende da massa do íon.

Resolver assim, interpretando o enunciado e mostrando mais de um caminho, é o que prepara para AFA, EsPCEx e ITA/IME, e é o que os portais não fazem, porque aplicam a fórmula no automático sem ensinar a ler a prova. Eu abro a resolução completa dessa questão no vídeo Força Magnética: Regra do TAPA no ENEM.

O campo da Terra e a aurora?

A Terra inteira é um ímã gigante, e é por isso que a bússola funciona. O campo magnético terrestre nasce do movimento do ferro e do níquel líquidos no núcleo do planeta, formando um dipolo cujas linhas saem perto do polo sul geográfico e entram perto do norte.

Esse campo cria a magnetosfera, um escudo que desvia as partículas carregadas que vêm do Sol. E quando essas partículas vazam perto dos polos e batem na atmosfera, acende a aurora boreal.

Partir do fenômeno que te encantou, a aurora, a bússola, e chegar na física por trás é o caminho que nenhum portal percorre direito.

Campo, força ou fluxo magnético?

Campo, força e fluxo magnético são três coisas diferentes que o aluno mistura, e separá-las resolve metade dos erros de prova.

• Campo magnético (B): o agente. A grandeza vetorial que existe na região do espaço, medida em Tesla.
• Força magnética (F): o efeito. O empurrão que esse campo dá numa carga em movimento, $F = \lvert q \rvert \cdot v \cdot B \cdot \operatorname{sen}\theta$, medida em Newtons.
• Fluxo magnético (φ): o quanto de campo atravessa uma superfície, $\phi = B \cdot A \cdot \cos\theta$, medido em Weber, e é ele que importa na indução.

Lembra que corrente é carga em movimento. Então, se carga em movimento sente força magnética, um fio percorrido por uma corrente também sente. A força no fio nasce da força na carga, sem fórmula nova pra decorar.

Perguntas frequentes sobre campo magnético