Eletromagnetismo - Material do Educador by Mentes Brilhantes Brinquedos Inteligentes

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mentes brilhantes brinquedos científicos inteligentes Desenvolvido por: Mentes Brilhantes - Brinquedos Inteligentes LTDA Edição de texto: Thiago Farias e Vilmar Minella Junior Revisão: Djali Avelino Valois e Luciana Schmidt Projeto Gráfico: Emily Biasi Julho de 2011

Índice:

Para ter em mente

Primeiramente Problematização inicial

Introdução à fenomenologia que será explorada

Ativamente

Propostas de atividades de exploração

Inquietamente Textos de apoio pedagógico

32 Cientificamente

Terminologia principal

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Para ter em mente A interação entre cargas elétricas é tão importante nas nossas vidas que até mesmo o teto não cai sobre nossa cabeça pela existência disso. Um campo de estudo mais abrangente e muito influente em nossas atividades cotidianas, chamado de eletromagnetismo, compõe-se da interação elétrica e da magnética e suas influências mútuas. Com este brinquedo, que envolve assuntos relacionados a essa área da Física, é possível discutir, por exemplo, sobre circuitos elétricos básicos, campo magnético e até eletroímã.

Principais termos a serem usados: • • • • •

Carga elétrica Corrente elétrica Energia elétrica Potência Resistência

• • • •

Polos magnéticos Campo magnético Indutores Eletromagnetismo

Primeiramente Apesar de serem citados juntos no termo eletromagnetismo é preciso deixar claro que fenômenos elétricos podem ocorrer independente de fenômenos magnéticos. Senão, pode haver confusão ao se pensar que cargas elétricas naturalmente produzem campo magnético; ainda mais, por exemplo, se percebermos que um ímã atrai uma pilha, que é uma fonte de cargas elétricas. Mas, sobretudo, assim que houver a diferenciação entre a origem de cada propriedade, é preciso mostrar o vínculo entre ambas. Como o caráter social dessa temática é um tanto óbvio, é um bom ponto de partida conversar sobre o uso / consumo de energia elétrica em casa.

mentes brilhantes brinquedos científicos inteligentes O brinquedo de hoje tem umas peças já conhecidas de vocês.

É uma lampada de lanterna! Ah, eu já vi isso em algum lugar.

O que é isso que estou segurando?

Isso, essa é uma lâmpada do tipo incandescente.

Como assim “fraca”?

Mas ela é meio fraca, não é?

E precisa mesmo usar esses termos? Ela ...como se diz... ilumina mal. Na linguagem da Física devemos dizer algo como: emite luz de baixa intensidade ou que a lâmpada é de baixa potência.

Isso é importante para manter a coerência na Física. Mas como que a lâmpada da lanterna funciona? Usa com pilha, oras.

Ah, tem que passar energia elétrica.

Ótimo. Mas conseguem ser mais específicos? Por exemplo, o que a pilha fornece?

mentes brilhantes brinquedos científicos inteligentes Mas a pilha precisa estar carregada.

Carregada de quê? De energia elétrica. Tá certo, e quem armazena essa energia elétrica?

Ixe... sei não.

São as cargas elétricas, elas armazenam e podem inclusive conduzir a energia elétrica.

Acabaram? Daí não tem como a pilha armazenar mais a energia elétrica.

Então, se a pilha está fraca ou descarregada o que aconteceu com as cargas dela?

Boa resposta, mas não é isso que ocorre, elas continuam lá. Farei outra pergunta: será que podemos controlar a intensidade do brilho emitido pela lâmpada trocando de pilha? Sim, quanto mais nova a pilha, mais brilho. Isso porque quanto mais usada for a pilha, as cargas da pilha ficam com menos mobilidade para conduzirem a energia elétrica. Então as cargas continuam lá, mas não conseguem se mexer, é isso? Exatamente, pois aumentou a resistência elétrica!

mentes brilhantes brinquedos científicos inteligentes O que é esse negócio verde?

Isso é um interruptor como o da parede. E essa peça vermelha é semelhante àquela extensão ou ao “benjamin” (T).

Mudando um pouco de assunto, olhem ess e objeto aqui! Com o que se parece? Um ímã. Como você descobriu?

Ah é? E ímã de geladeira ou mural possui uma parte pintada de vermelho?

Ora, porque ele está pintado de vermelho pela metade.

Hum... põe na geladeira?

Não... Existe alguma maneira de saber se algo é um ímã?

Ah, não sei. Boa! E por que tem que ser na geladeira e não no sofá?

Tem que ser metal, não é?

mentes brilhantes brinquedos científicos inteligentes Temos uma hipótese melhor, mais específica. Nós podemos testar isso.

Que tal conhecermos um pouco mais sobre essas “coisas” elétricas e magnéticas?

Ativamente Proposta de atividades de exploração dos fenômenos naturais, apropriação de linguagem, fixação e reforço, por meio de diálogo do mediador com os estudantes.

1. A fonte de tensão Objetivo: Notar o aumento de energia elétrica fornecida a uma lâmpada, com a adição de uma pilha, ao associar 2 pilhas em série e a “indiferença” quando estão em paralelo.

Vocabulário: • • • •

energia elétrica tensão corrente elétrica resistência elétrica

Quais modelos posso usar? Modelos do conjunto Electro Magnetism: todos os modelos.

O que fazer? O efeito que se pretende alcançar é que associação em série de pilhas provoca um aumento da energia elétrica fornecida a lâmpadas ou motor do que se houvesse apenas uma pilha. Além disso, que geradores em paralelo fornecem juntos ao dispositivo uma mesma quantidade de energia elétrica, mas que é consumida em um tempo bem maior. Essa atividade pode ser feita usando tanto os modelos propostos quanto ser montada independente em u ma grade; sendo necessários dois suportes de pilhas e uma lâmpada ou motor.

O primeiro passo é utilizar apenas

uma pilha e notar como os dispositivos funcionam, como as lâmpadas e sua intensidade de luz. Depois, pedir para que coloquem duas pilhas em série e comparem se há diferença ou não; engate os suportes em série e aponte os contatos de cobre dos suportes que possibilitam tal conexão.

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Converse sobre as pilhas provocarem uma tensão elétrica de cerca de 1,5 V quando novas, e que nesta configuração estão provocando uma tensão de 3 V, por isso a lâmpada brilha mais. Questione se juntas as pilhas fornecem mais

energia elétrica que separadas. Peça para que se construa um circuito em que as pilhas fiquem em paralelo. Converse antes sobre as expectativas de mudança do brilho da lâmpada (por exemplo) e, depois, peça para verificarem o que acontece. Questione sobre qual deve ser a vantagem de usar duas pilhas em paralelo ao invés de uma só, já que o brilho é o mesmo. Esse efeito observado indica que as pilhas em paralelo dividem a energia elétrica equivalente a uma única. Portanto, duas pilhas em paralelo manterão a lâmpada

acesa – teoricamente – pelo dobro de tempo. Alerte o uso correto dos contatos dos suportes de pilhas de acordo com a polaridade das pilhas. Essa atividade pode ser tratada baseada na transmissão de cargas elétricas por segundo, tudo depende das conversas anteriores ao momento de utilização do brinquedo. Pode ser mais fácil a compreensão dos fenômenos acima fazendo uso da noção de cargas e corrente elétrica.

O que pode dar errado? Problemas na montagem do circuito, tais como: curtos e mau contato. Reveja as dicas do manual de montagem. Desengate e engate os contatos elétricos. Má visualização do efeito devido a pi-

lhas usadas, cujas resistências internas estejam elevadas (pilhas fracas).Troque por pilhas novas. Uma leve mudança na intensidade da luz pode ser percebida e isso ocorre devido à resistência interna das pilhas.

O que acontece? As pilhas são consideradas geradores, pois podem provocar uma diferença de potencial elétrico (tensão) em um circuito, assim permitem o deslocamento de cargas no circuito e a transferência de energia elétrica ao longo do mesmo. Mas para poder fornecer cargas que promovam o campo elétrico resultante, ocorrem reações químicas de oxidação e redução de seus componentes, pois íons em uma solução transmitem as cargas de um componente para outro e assim se depositam em um e corroem o outro. Essa reação também faz com que a pilha aumente ao longo do tempo a sua resistência à passagem de corrente elétrica. As pilhas possuem dois componentes que determinam seus polos elétricos,

já que em um há o depósito de cargas negativas e no outro há o de cargas positivas. A diferença de potencial elétrico (tensão elétrica) entre esses componentes de uma pilha dá 1,5 V. Quando em série, conecta-se um cátodo com dois ânodos (um polo negativo a dois positivos), o que aumenta a diferença de potencial elétrico, assim aumenta-se a quantidade de reações químicas e distribuição de cargas. Desse modo, ao associar pilhas em série, a tensão total é a soma das tensões parciais. Com uma tensão de 3V, a corrente elétrica no circuito é aumentada e o brilho da lâmpada (ou a frequência do motor) é mais intenso. Em paralelo, como os ânodos estão conectados entre si – o mesmo ocorre

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para cátodos –, não se aumenta a diferença de potencial elétrico, porém mais cargas estão disponíveis para o circuito, já que cada polo do circuito está conectado com dois cátodos ou ânodos disponibilizando tais cargas. Desse modo, a diferença de potencial elétrico se mantém a de uma única pilha, porém a quantidade de carga exigida pelo

circuito é dividida pelas duas pilhas, que acabam durando mais do que se estivessem sozinhas, uma vez que as reações químicas em cada uma ocorrem a uma taxa inferior; como se estivessem sozinhas enviando a metade de cargas por unidade de tempo para a acender a lâmpada.

2. Interruptores interrompem o quê? Objetivo: Discutir circuito aberto e fechado e que materiais são bons ou maus condutores.

Vocabulário:

• circuito aberto e fechado • condutor elétrico • isolante elétrico

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: Especialmente modelo 3. Pode ser usado em todos os modelos, porém com adaptações.

O que fazer?

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O que se deseja é montar um circuito que possa ficar aberto ou fechado. O primeiro passo é fazer uso do interruptor verde e discutir o que ele faz; se o circuito fica aberto ou fechado. Os contatos elétricos no interruptor não são fáceis de notar, peça para observarem com cuidado a estrutura dele. Discuta por que que em dada condição o motor ou as lâmpadas são ativadas. O interruptor é importante para apontar a condutividade de metais e o isolamento do plástico.

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No lugar do interruptor substitua por outros mat eriais e sempre procure respostas antes de testá-los. Por exemplo, utilize: chaves, pedaços de grafites e borracha. Assim é possível caracterizar materiais que conduzem ou não corrente elétrica. Vale lembrar que também é possível falar de resistência elétrica.

O que pode dar errado? Pode ter ocorrido mau contato.

O que acontece? O que difere um material condutor de um isolante é a disponibilidade de cargas livres no material. No caso de sólidos, as cargas que podem conduzir corrente elétrica são os elétrons livres, cuja energia é a do nível de condução, ou seja, possuem energia mecânica suficiente para se desvincular de seu átomo, embora ainda pertençam ao

material como um todo, e podem perambular pelos átomos vizinhos quando uma tensão elétrica é aplicada no material. No caso de fluidos pode haver tanto cargas positivas quanto negativas (íons) em movimento, caracterizando a corrente elétrica, como ocorre em solução salinas e em alguns tipos de pilhas.

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3. Circuito de corrida, de elétrons!

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Objetivo: Perceber a diferença no brilho quando as lâmpadas estão em paralelo e em série. Caracterizar benefícios do sistema em paralelo em relação ao em série.

Vocabulário: • • • • •

corrente elétrica diferença de potencial elétrico resistência elétrica circuito de lâmpadas em paralelo circuito de lâmpadas em série

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: Modelos 1 e 3, com algumas limitações.

O que fazer? Essa atividade tem duas finalidades que podem ser testadas simultaneamente. Primeiro, peça para que se monte um circuito com duas lâmpadas em série e que se preste atenção no brilho das lâmpadas. Questione se houvesse somente uma lâmpada no circuito e o que ocorreria, mais brilho ou menos brilho? Retire uma das lâmpadas e compare.

Sobre a intensidade luminosa, vale relembrar da resistência elétrica – explorada na atividade anterior – e como duas lâmpadas conectadas dessa forma aumentam a resistência do circuito, causando a queda da corrente elétrica e uma queda ainda maior da potência e da intensidade luminosa das lâmpadas. Portanto, uma lâmpada sozinha ilumina mais que duas em série. Ainda utilizando o circuito de duas lâmpadas em série, proponha um teste: é possível utilizar um interruptor para acender somente uma lâmpada e deixar a outra apagada? Diante do resultado de negativa, pode-se questionar sobre o impacto disso em casa, por exemplo: o que ocorre se uma lâmpada é da sala e outra é do seu quarto, e a lâmpada da sala queimar ou ser retirada? Com a última pergunta é provável que alguns apontem que em várias situações o fato de uma lâmpada estar queimada não afeta outros aparelhos e o funcionamento desses. Além disso, é comum vivenciarem em casa que,

ao pressionarem interruptores, dispositivos eletrônicos diferentes não são ligados / desligados juntos (geladeira e televisão, por exemplo); como esse efeito não é o observado no circuito em série deve ser explorado para a elaboração de outro circuito. Converse sobre o fato que, em casa, imensa parte dos circuitos – para não dizer a totalidade – não funcionam desse modo recém experimentado, há outro tipo de montagem, que é o circuito paralelo. Aponte que a maneira d e montá-lo está em as duas lâmpadas ficarem isoladas entre si, porém conectadas aos mesmos terminais das pilhas; submetidas a mesma tensão elétrica.

Questione sobre o brilho de ambas e compare com o circuito anterior. Ressalte também o fato de que ambas as lâmpadas agora estão submetidas à mesma tensão que quando sozinhas. Pergunte e peça que testem se é possível montar interruptores independentes e controlar individualmente as lâmpadas. Se julgar interessante, troque uma das pilhas por pilhas mais velhas, para aumentar a resistência interna das fontes geradores, diminuindo a corrente total no circuito e alterando os efeitos. Você também pode adicionar outra lâmpada ao sistema, totalizando 3. Para mais detalhes, veja a próxima atividade.

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Lembre aos alunos que em alguns casos é preciso conectar dispositivos elétricos (resistores, por exemplo) em série justamente para controlar a cor-

rente elétrica para permitir o uso (e não danificar) algum dispositivo importante.

O que pode dar errado? Uma pequena mudança na intensidade da luz da lâmpada pode ser percebida quando se adiciona outra em paralelo e isso ocorre devido à resistên-

cia interna das pilhas. Ou seja quanto maior a resistência interna das pilhas (mais “gasta”), mais visível se torna esse efeito.

O que acontece? A corrente elétrica em um circuito depende da resistência elétrica do mesmo e da tensão elétrica aplicada pela fonte. Duas lâmpadas em série implicam que um mesmo conjunto de cargas passe por ambas ao longo do tempo. Porém, como as lâmpadas são resistores, significa que a resistência à passagem de cargas elétricas aumenta (comparando a uma única lâmpada) quando há duas lâmpadas em série. Portanto, a quantidade de cargas que circulam é menor. Por fim, nota-se que o brilho das duas lâmpadas em série juntas é bem inferior que somente uma conectada à mesma fonte e tensão elétrica. A intensidade luminosa de uma lâmpada depende da quantidade de energia elétrica transformada em luz, ao longo do tempo; a da potência de funcionamento dos dispositivos. A potência elétrica fornecida por uma fonte é proporcional à tensão elétrica e à corrente

elétrica no circuito. Só que a corrente elétrica em um circuito depende inversamente da resistência elétrica equivalente, ou seja, para saber a potência gasta por uma lâmpada deve-se saber a sua resistência e a corrente elétrica. Porém, a potência depende linearmente da resistência mas do quadrado da corrente elétrica, em outras palavras, se a resistência aumenta, a corrente elétrica irá cair junto, mas a potência acabará diminuindo porque depende do quadrado da corrente. Assim, quanto maior a resistência, menor a corrente e o brilho emitido pelo LED. Sendo assim, o fato de adicionar uma resistência ao circuito (nova lâmpada) implica em uma corrente inferior. A corrente sendo inferior implica que a potência cai, já que esta dependência é quadrática. Portanto, a intensidade luminosa é bem menor quando há associação de lâmpadas em série.

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4. Onde se corre mais? Objetivo: Verificar a diferença de corrente elétrica (e resistência) entre diversos esquemas de circuitos.

Vocabulário: • • • • •

tensão corrente elétrica resistência circuitos em paralelo circuito em série

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

O que fazer? Associe em paralelo uma lâmpada sozinha a duas em série. A partir disso, questione em que parte do circuito há mais brilho e, consequentemente, mais corrente elétrica; peça, também, que justifiquem porque mais cargas preferem passar pela parte do circuito com uma única lâmpada.

que está em série àquela outra.

Com este esquema montado com

duas pilhas, provavelmente só a lâmpada sozinha que irá acender. Mas como o circuito como um todo está em série, deve haver corrente elétrica passando obrigatoriamente pelas duas lâmpadas em paralelo. Se passasse só em uma delas (das lâmpadas em paralelo) o sistema seria equivalente a 2 lâmpadas em série. Evidencia-se nessa última atividade, pela mudança no brilho da lâmpada que ficou sozinha após a mudança, que em um circuito com duas lâmpadas em série a resistência elétrica é maior que quando se associa uma terceira lâmpada em paralelo a uma das anteriores. Isso significa dizer que duas lâmpadas em paralelo provocam uma resistência menor que uma única lâmpada! Porém, não se esqueça que se estas duas não

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Associe em série uma lâmpada sozinha a duas em paralelo. Antes de montar esse circuito, é melhor associar somente duas em série e pedir que os estudantes se atentem ao brilho de ambas e, então, antes de associar outra lâmpada a uma delas busque pelas expectativas dos estudantes. Questione porque a lâmpada, que não está em paralelo a outra, brilha bem mais que as duas que estão em paralelo e, também, em relação quando só havia duas (no total) em série. Note que agora as duas lâmpadas em paralelo são uma parte

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acendem é porque elas estão dividindo a corrente elétrica do circuito; que é

a mesma que passa integralmente pela lâmpada sozinha.

O que pode dar errado? Pouca corrente elétrica no sistema pode confundir a compreensão dos fenômenos, pela ausência do brilho das lâmpadas. Use pilhas novas e, se puder, adicione um suporte e uma pilha ao

sistema. Mau contato entre dispositivos e conectores. Refaça as conexões, gire / movimente os conectores suavemente.

O que acontece? No primeiro circuito fica evidente

que a associação em série provoca um aumento de resistência, já que as lâmpadas em série estão com brilho inferior. Vale lembrar que, ao conectar uma nova lâmpada em paralelo a uma anterior, há uma associação em paralelo conectada em série a uma lâmpada. Com esse efeito fica claro que lâmpadas em paralelo oferecem menos resistência que duas em série. Ao associar duas lâmpadas (resistências) em série, as cargas têm que passar pelas duas resistências, o que implica na redução de cargas que passam pelas lâmpadas por unidade de tempo. Obviamente, o que determina a quantidade de cargas disponíveis é a fonte de tensão sobre os terminais da associação. E a lâmpada em paralelo está submetida à mesma tensão que as outras duas em série, só que é uma parte do circuito onde a resistência é a metade e por isso a corrente elétrica é maior. Na segunda configuração de circuito, a adição de uma terceira lâmpada, por meio de uma conexão paralela a outra, reduziu a resistência elétrica total do circuito, pois, conforme se nota, uma das lâmpadas aumentou relativamente bastante seu brilho, acusando que

a corrente elétrica total do circuito se elevou. Ou seja, mais uma maneira de perceber que a associação em paralelo permite que mais cargas se desloquem pelo circuito ao longo do tempo. O fato específico de não se notar brilho algum nas duas lâmpadas em paralelo, enquanto a outra brilha intensamente, deve-se à divisão (em duas) da corrente que sai das pilhas, passa pela lâmpada acesa e encontra o engate das paralelas. Se as duas lâmpadas não acenderam, significa que a corrente não foi capaz de fornecer a potência necessária a ponto de aumentar a temperatura do filamento e de emitir luz visível; há emissão, contudo, de infravermelho. Medidas com multímetro acusaram as seguintes correntes elétricas – indicadas pela letra “i” – , sob tensão de 2,5V, para as seguintes configurações de circuito:

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• 3 lâmpadas, sendo uma em série a duas em paralelo: itotal=0,20A iparalelo = 0,10A • 2 lâmpadas em série: itotal=0,18A • 3 lâmpadas em série: itotal=0,15A Com esses valores, do primeiro item,

fica claro que realmente passa corrente elétrica na parte em paralelo (iparalelo) dessa última configuração proposta na atividade. Note que a corrente “total” se refere aquela que sai da fonte e passa pela “primeira” lâmpada e depois se divide em duas correntes (iparalelo), as medidas de corrente nas duas lâmpadas paralelas ficaram bem próximas de 100 mA. Os valores dos outros dois itens servem, além de tudo, para nos indicar que a corrente necessária para que uma lâmpada emita luz é um valor entre 100 e 150 mA, uma vez que com 3 lâmpadas em série – a 150 mA – era visível

uma cor vermelha no fio e pouquíssimo intensa. Outro ponto relevante é que adicionar uma lâmpada em paralelo a uma lâmpada, que já estava em série a outra, provoca uma aumento da corrente elétrica que sai da fonte. emita luz é um valor entre 100 e 150 mA, uma vez que com 3 lâmpadas em série – a 150 mA – era visível uma cor vermelha no fio e pouquíssimo intensa. Outro ponto relevante é que adicionar uma lâmpada em paralelo a uma lâmpada, que já estava em série a outra, provoca uma aumento da corrente elétrica que sai da fonte.

5. Te orienta! Objetivo: Mapear e identificar os polos de ímãs.

Vocabulário:

• ímãs • polos Norte e Sul • força magnética

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: modelos 4 e 5.

O que fazer?

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Utilize a bússola para detectar os polos dos ímãs e perceber como se dá a interação entre polos. Para começar, comente sobre o uso de uma bússola o que ela é (uma agulha feita de ímã natural) e que, sendo um ímã, interage com outros. Pergunte aos estudantes se eles sabem a função principal de uma bússola. Facilmente responderão que serve para localizar-se. Questione, então: como que algo que interage com ímãs é capaz de apontar uma direção que indica dois pontos da Terra (Sul e Norte)? Pode ocorrer de alguns estu-

dantes já saberem a resposta. Entregue as bússolas e peça que observem a posição em que a agulha irá parar e, depois, agitem levemente a bússola para ver se ela aponta a mesma direção. Depois, com os ímãs (em forma de barras) peça para que testem como ele interage com a bússola, por exemplo: qua l parte do ímã atrai que ponta vermelha da agulha. Assim, você pode introduzir que se a direção da bússola é determinada pela proximidade de um ímã, é um indicativode que a Terra se comporta como um ímã.

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Chame a atenção que o ímã é aparentemente composto por duas partes, pois a parte vermelha da agulha é atraída por um lado do ímã mas repelida pelo outro. Então, pelo fato de se alinhar com a direção Sul-Norte, a parte da agulha que aponta para o Norte geográfico terrestre ficou chamada de polo magnético norte do ímã, o polo magnético sul do ímã é aquela parte que aponta para o Sul geográfico. Ressalte que isso é apenas um “apelido”, que ajuda a identificar as propriedades magnéticas. Então, peça que analisem se o polo norte da bússola é atraído pelo polo sul ou norte do ímã. Assim, será possível acrescentar que polos iguais se repelem e os opostos se atraem. Note que o polo sul do ímã atrai o polo norte da bússola. Provavelmente haverá confusão sobre o fato de o polo magnético norte da bússola sempre apontar para o Norte geográfico da Terra e, esse mesmo polo da bússola, apontar para o polo sul do outro ímã; cabe ao mediador esclarecer que no Norte geográfico terrestre há um polo magnético sul e, portanto, o polo magnético norte da bússola é atraído por ele e indica o Norte geográfico. A fim de reforçar o fato de polos opostos se atraírem, indique que refaçam a experimentação, desta vez, com os ímãs anelares; note que há uma indicação “N” nos anéis vermelhos. Peça que explorem a atração e repulsão dos

polos. Como extra, com os 4 ímãs anelares unidos, peça para apontarem onde são os polos do conjunto (usar a bússola) e pergunte se é possível separar / dividir ímãs e obter somente um polo. A separação pode ser indicada pela divisão ao meio: primeiro, tira-se dois (equivalente a uma “quebra” ao meio) e se verifica a existência de polos norte e sul, e depois se “quebra” novamente ao meio retirando um anel. Esse modelo – de dividir um ímã em menores partes e, mesmo assim, sempre haver dois polos magnéticos – é uma boa maneira de introduzir a real magnetização de materiais, que tem origem atômica (dipolo magnético de elétrons e nuclear), e sempre estão aos pares.

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O que pode dar errado? A bússola pode estar magnetizada inversamente, verifique se ela realmente aponta a seta vermelha para o Norte geográfico. Um ímã próximo pode afetar a bússo-

la. Afaste o ímã até que a bússola não aparente mais ser defletida. Componentes metálicos próximos, compostos de níquel, ferro ou cobalto, podem defletir a bússola.

O que acontece? Polos magnéticos norte e sul são apenas uma convenção de nomenclatura, poderiam ser + e -; vai e vem; sobe e desce; etc. A justificativa desses nomes, sul e norte, reside no uso secular da bússola como ferramenta de orientação geográfica. Mas, como se sabe atualmente, os polos magnéticos terrestres não coincidem com os polos geográficos Norte e Sul; estão relativamente próximos. A bússola, cuja agulha é imantada, alinha seus polos na direção que liga os polos magnéticos terrestres, e o polo do ímã (agulha) que “acusa” o Norte (geográfico) ficou chamado de polo magnético norte do ímã; o outro lado, obviamente, é chamado de polo sul do ímã. Mas como se verifica no experimento, polos opostos se atraem e, portanto, próximo ao Norte geográfico existe um polo magnético sul. A repulsão entre polos magnéticos ocorre caso

ambos sejam “iguais”: sul e sul; norte e norte. Essa aparente divisão entre polo sul e polo norte é um tanto “estranha” visto que nunca se pode encontrar um monopolo magnético; um polo isolado do outro. A razão de porque isso ocorre, por mais que se quebre um ímã, é que a origem de propriedades magnéticas está na escala atômica, nos “momentos magnéticos” de órbita de elétrons e no spin (propriedade magnética intrínseca) de elétrons e de nucleons (prótons e nêutrons), esses momentos magnéticos sempre criam um dipolo magnético (norte e sul). Grande parte das discussões acima podem ser esclarecidas e aprofundadas com a noção de campo magnético, veja a atividade seguinte. Para conhecer mais sobre o assunto, leia os textos em “inquietamente”.

6. O campo magnético não tem flores! Objetivo: Visualizar as linhas de campo (tridimensional) de ímãs.

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Vocabulário:

• ímã • campo magnético • linhas de campo magnético

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

O que fazer? A noção de campo teve uma importância imensa na interpretação humana dos fenômenos físicos, e, portanto,

esta atividade sobre o campo magnético dos ímãs deve ser trabalhada com bastante atenção.

Para começar, comente que o recipiente transparente possui limalha de ferro (como se fosse uma esponja de aço triturada) e que ela é uma ferramenta para se acusar a presença de um ímã, já que o ferro é atraído por esse material (veja detalhes na próxima atividade). Já se viu que ímãs interagem entre si e podem se repelir ou atrair. Mas como que um ímã sente a presença de outro mesmo distante? Partindo dessa pergunta, peça que agitem a limalha para que ela fique distribuída homogeneamente e, depois, coloquem o ímã (barra deitada) abaixo do recipiente transparente para visualizar a interação do ímã com a limalha. Peça para baterem no recipiente de leve, cerca de dez vezes e que prestem atenção no que ocorre com o movimento do pó, que contém ferro. Peça para que desenhem o que aconteceu, o alinhamento da limalha e a posição do ímã. Lembre que não há a necessidade de haver dezenas de linhas. Converse sobre esse padrão de linhas, que é chamado de linhas de campo magnético. Aponte, conforme já devem ter descrito no desenho, que as linhas se encerram nos polos. Questione sobre os pontos onde a atração é mais intensa. Peça para que reparem nos pontos de mais densidade de limalha de ferro e se elas estão levantadas.

ímã circular somente, no momento. A restrição quanto à concentração de limalha de ferro deve ser lembrada no começo. Depois diga para repetirem com a limalha bem junta, a fim de visualizar efeitos mais impactantes. Distribua mais ímãs circulares, com a intensão de notar que as linhas de campo interagem entre si. Coloque um ímã circular na parte inferior do recipiente e outro na parte superior, diga para que atraiam polos opostos reparando no que ocorre a linhas de campo entre os ímãs (convergência das linhas). Repitam depois aproximando os polos iguais. Para facilitar a visualização, indique que façam movimentos periódicos (vai e vem) com um dos ímãs em direção ao outro. Quando atraindo, indique também que juntem boa parte da limalha entre os ímãs. Para falar da convergência e da divergência entre as linhas de campo, uma boa opção é desenhar, em cima das linhas de campo, pequenas bússolas. Represente ímãs isolados e a atração e

repulsão entre polos. Não esqueça de comentar que é atribuído um sentido (arbitrária) a essas linhas de campo, que no fundo seria a direção e sentido apontados por uma bússola: do polo magnético norte para o sul.

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A seguir, questione se o ímã só atrai por uma face ou se consegue fazer isso por todas. Indique, então, que façam o teste sob diversas posições do ímã. Repita a análise e o desenho usando um

Conclua então que a interação de ímãs se dá pela interação entre os chamados campos magnéticos, ou seja, a repulsão ou atração de polos ocorre devido à repulsão ou à atração dos campos magnéticos. E, analogamente,

a interação entre cargas elétricas se dá através da interação entre campos elétricos. Outro ponto curioso é que esses campos não são algo no ar, e sim independentes de matéria.

O que pode dar errado? A visualização das linhas de campo pode ser afetada diante da claridade e cor do plano fundo. Recomendamos um fundo branco, como folha de papel. Se a distribuição de pó não for ho-

mogênea, poderá causar uma impressão equivocada da real intensidade de campo magnético nas proximidades do ímã. Sacuda o pó sempre que for refazer ou fazer uma nova observação.

O que acontece? Apesar de nossos sentidos não detectarem, um ímã produz naturalmente um campo magnético no seu entorno, cuja intensidade é determinada pela densidade de suas linhas. No experimento, a intensidade do campo magnético é visível pela densidade de limalha de ferro. O magnetismo é uma característica intrínseca de inúmeras partículas elementares (veja mais sobre spin), assim como a carga elétrica também é. As linhas de campo são normalmente representadas com setas, que indicam um sentido. Estas setas dão a entender que as linhas de campo “saem” do polo magnético norte e “entram” no polo

magnético sul. Isso na verdade é uma convenção para facilitar o entendimento de atração dos polos. O fato de um ímã “sentir” outro, mesmo distante, deve-se ao “contato” entre seus respectivos campos magnéticos. Se a orientação de cada campo (desses dois ímãs) for a mesma, há a convergência / sobreposição de suas linhas de campo e a atração; caso contrário, há deformação dos campos – sem haver sobreposição – e ocorre repulsão dos ímãs. OBS.:A magnetização da limalha é tratada mais abaixo.

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7. Namoro a distância é menos intenso.

Objetivo: Verificar a relação entre distância e intensidade da força de atração / repulsão.

Vocabulário: • Força • Distância

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: Modelo 4.

O que fazer? Esta dependência abordada na atividade, da força de atração / repulsão, talvez já tenha sido conversada em algum momento das atividade anteriores, se algum estudante percebeu. Normalmente se percebe isso com os ímãs em mãos logo no primeiro contato. Esta atividade pode ser dividida em duas etapas, uma delas – mais simples – consiste em utilizar a limalha de ferro novamente. Mas, agora, presta-se atenção no alinhamento das limalhas enquanto se varia a distância do ímã ao recipiente: mova o ímã aproximando e afastando-o repetidamente, a fim de perceber a mudança de densidade de linhas de campo (de limalhas de ferro) imediatamente abaixo do ímã. Movimentar o ímã para os lados enquanto este estiver acima do recipiente também causa um efeito interessante. É possível evidenciar a diminuição da densidade das linhas de campo, ao longo da distância, ao colocar um ímã parado sobre o recipiente e bater poucas vezes neste; isto evidencia a diminuição da intensidade do campo ao longo da distância. Outra parte da atividade baseia-se em usar dois ímãs. Segurar levemente com os dedos, um em cada mão, e tentar aproximá-los aos poucos reparando na força de interação entre os ímãs que, a partir de 2 cm, cresce muito rapidamente com a distância. Ou-

tra possibilidade é deixar um ímã em pé, sobre uma superfície reta e lisa, e aproximar outro por cima, de modo que os estudantes poderão fazer o primeiro ímã rolar pela superfície; com um dos ímãs em pé, facilita-se a percepção da interação a distâncias maiores. Enfatize o fato de a força de atração / repulsão aumentar à medida que se diminui a distância e de forma não-linear, ou seja, aproximar os ímãs em 1 cm mudará muito a força de interação se estivessem antes a 2 cm, mas quase não há mudança se estivessem a 1 m.

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O que pode dar errado? Pode haver dificuldade para perceber a mudança de força a distâncias próxi-

mas entre os ímãs. Peça para os aproximarem devagar.

O que acontece? A interação entre dois ímãs separados a uma certa distância não é considerada na Física uma interação instantânea à distância, sem o intermédio de nenhum outro agente. Existe um agente, que é chamado de campo. A força de atração / repulsão entre ímãs (ou com materiais ferromagnéticos) depende da distância de modo inverso, ou seja, quanto maior a dis-

tância menor será a intensidade da interação. Também se pode perceber que a densidade de linhas de campo ao redor do ímã diminui ao longo da distância de um modo não-linear, como se pode inferir pelas atividades. Note que as linhas de campo “ligam” os polos magnéticos e são mais intensas nas suas proximidades.

8. Criando ímãs. Objetivo: Verificar a imantação de objetos, se são ferromagnéticos ou não.

Vocabulário:

• ferromagnetismo • paramagnetismo • diamagnetismo

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: Modelo 5.

O que fazer?

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Escolha um grande número de materiais, especialmente metálicos, para esta atividade. É comum que as pessoas já estejam acostumadas a lidar com ímãs em seu cotidiano e, especialmente, que percebam o seu uso atrelado a materiais metálicos. Porém, cabe ressaltar, talvez nunca tenham testado com outros materiais ou metais diferentes. Antes de entregar os diversos materiais, para notar se são atraídos ou não pelo ímã (eletroímã), mostre-os e busque pelas expectativas dos estudantes sobre quais materiais serão atraídos. No mínimo, tenha alumínio como material

de teste, já que não é ferromagnético. Moedas nacionais, dependendo do ano de fabricação, são ferromagnéticas ou paramagnéticas, senão, diamagnéticas. Questione, em busca por hipóteses sobre como um material, que não é um ímã, é atraído por um. E como exemplo, lembre que a agulha da bússola é um ímã que se orienta de acordo o campo magnético vizinho e, dependendo de como se aproxima ímãs, pode haver repulsão ou atração. Mas por que o “clip” sempre (não importa o polo com que se aproxima) é atraído por um ímã? Então ele não possui polos, comuns a todos ímãs?

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Como não possui polos magnéticos permanentes, não é um ímã; porém, enquanto estiver em contato com algum ímã, pode atrair outros metais semelhantes, ou seja, existe uma polaridade magnética. Essa indução magnética pode ser explorada: mas se ele não é um ímã, como que ele consegue atrair outro “clip”? e se eu usar sem o ímã, o “clip” atrai? O melhor é tentar atrair dois clipes entre si, antes mesmo de entrarem em contato com o ímã, pois os clipes podem ficar fracamente imantados após o contato com o campo magnético. Proponha um teste: atrair um material ferromagnético através de outro objeto que já estiver em contato com um ímã. Discuta sobre “o título” dado a esses materiais: ferromagnéticos ou paramagnéticos, que são aqueles cujas estruturas moleculares e atômicas alinham seus dipolos magnéticos, ao cam-

po magnético externo, com relativa facilidade. Converse sobre o fato de que materiais compostos por cobalto, níquel e ferro são atraídos por campos magnéticos, ao orientarem os seus domínios magnéticos e, até mesmo, manter resquícios da orientação após contato com um campo magnético; que pode ocorrer com os clipes usados na atividade. Então, peça para que descubram algum material que tenha ficado imantado e proponha que se descubra maneiras de que ele perca a orientação magnética. Uma maneira mais simples é o choque mecânico, a outra é por meio de aquecimento; a temperatura a que ocorre a transição do material entre o ferro e paramagnetismo é chamada de Temperatura de Curie e varia a cada composto (cerca de 860°C para a magnetita).

O que pode dar errado? Materiais grandes (peso relativamente grande) diminuem o impacto visual.

O que acontece?

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Qualquer material, por ser composto por átomos, possui campo magnético em seu interior. Porém, como se percebe, o campo magnético total pode ser resultante ou nulo; no próprio átomo pode haver cancelamento dos momentos magnéticos particulares de cada spin dos nucleons, de spin de elétrons ou de orbitais. Em materiais não-magnetizados podem haver grupos de moléculas e átomos com mesma orientação magnética (domínios magnéticos), mas que ao todo, esses domínios se cancelam. Algumas estruturas cristalinas também favorecem a orientação de do-

mínios perante um campo magnético externo. Materiais ferromagnéticos são aqueles cujos domínios magnéticos se orientam com facilidade ao campo magnético externo – inclusive mantêm parte da orientação após o contato – e, como ocorre nos eletroímãs, multiplicam a intensidade do campo aplicado por inúmeras vezes. Já os paramagnéticos, a orientação magnética é também induzida na mesma direção / orientação, mas o campo magnético do material fica próximo do valor do externo (ou mais fraco). Os materiais diamagnéticos são aqueles em que a orientação dos domínios magnéticos se opõem

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ao campo magnético externo / aplicado, como o cobre, com a tendência de serem repelidos por ímas; na verdade todos os átomos possuem um pouco de diamagnetismo mas os efeitos são pouco intensos a ponto de passarem desapercebidos. Diante disso, é mais preciso classifi-

car os “clips” de material paramagnético. Até, como se pode notar pelo acréscimo de clips – um atrás do outro, em fileira – que não é preciso de mais de 3 para que o campo magnético “se enfraqueça” a ponto de não segurar mais outro “clip”.

9. Uma forma misteriosa... nem tanto. Objetivo: Deduzir o formato de ímãs através da observação das linhas de campo.

Vocabulário:

• linhas de campo magnético • polos magnéticos • densidade de linhas de campo

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

O que fazer? Utilizando a limalha de ferro e uma folha de papel (branca, de preferência, para visualizar as linhas de campo), coloque ímãs abaixo da folha e coloque o recipiente com limalha acima da folha. Diante disso, proponha um desafio que é o de determinar qual é o formato do ímã, sendo somente possível bater levemente sobre o recipiente tal que se oriente a limalha de ferro. Com materiais ferro ou paramagnéticos, monte estruturas diversas e escon-

da sob a folha, por exemplo: colocar 2 “clips” associados a um ímã. Essa atividade serve tanto para reforçar a conversa sobre campo magnético quanto para mostrar que o campo magnético realmente é induzido no material ferro ou paramagnético e, assim, é possível notar a diminuição da intensidade do campo (esse último é melhor percebido somente com 1 “clip” e este apenas “grudado” pela ponta ao ímã).

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O que pode dar errado? Se os ímãs e demais objetos imantados não estiverem no mesmo nível (altura) a visualização pode ser preju-

dicada. Como já se viu, a distância influencia na intensidade do campo.

O que acontece? A imantação de objetos consiste no alinhamento dos domínios magnéticos dos objetos, preferencialmente, em uma direção, que é a orientação do campo magnético externo. Desse modo, macroscopicamente haverá um campo magnético resultante que é acusado pela limalha de ferro.

Pode-se notar que, ao longo e ao redor do material imantado – se ele for comprido –, o campo é menos intenso que nas proximidades do ímã. Para ver isso, basta olhar a densidade das linhas nos arredores do ímã e do objeto imantado.

10. A bússola com medo de corrente elétrica. Objetivo: Verificar a deflexão de uma bússola através de corrente elétrica em um fio.

Vocabulário:

• corrente elétrica • campo magnético resultante • eletromagnetismo

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

O que fazer? Diga que esta atividade envolve eletromagnetismo. E então, busque por respostas sobre qual será o significado de “eletromagnetismo”, partindo da própria palavra. Cite alguns exemplos do uso dessa palavra no cotidiano, por exemplo, em filmes ou meios de comunicação; deve-se alertar que “eletromagnetismo” e relacionados (ondas eletromagnéticas, por exemplo) tem um significado na física que provavelmente não coincide com alguns usos do senso comum e meios de comunicação. Lembre-se que são raros os aparelhos eletrônicos que não funcionariam sem fenômenos eletromagnéticos.

Peça para que se monte um circuito simples, uma lâmpada e um interruptor, com apenas 1 pilha; a lâmpada será um indicador da passagem de corrente elétrica no circuito. Enquanto o circuito estiver aberto, peça para que coloquem a bússola abaixo de um dos fios de modo que o fio – pedaço acima da bússola – fique na mesma direção da agulha (Norte-Sul). Antes de pedir que fechem o circuito, mostre que o fio de cobre não é atraído por ímãs, logo não interage com a agulha da bússola; tome cuidado para não haver confusão, pois o pino interage. Ainda antes, instigue os estudantes para responderem o que vai ocorrer

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com o circuito caso ele seja fechado; lembre que a lâmpada é um indicador da passagem de corrente elétrica. Peça que fechem o circuito e pres tem atenção na bússola. Questione sobre o efeito: para que lado a agulha se movimentou (peça para que esperem ela parar). Imediatamente depois, in-

dique que coloquem a bússola abaixo do outro fio, que está conectado ao outro polo e testem de novo. Construa um diálogo ressaltando a geração de campo magnético através de corrente elétrica, com atenção sobre o sentido da corrente com o sentido do desvio.

Diga que esta atividade envolve eletromagnetismo. E então, busque por respostas sobre qual será o significado de “eletromagnetismo”, partindo da própria palavra. Cite alguns exemplos do uso dessa palavra no cotidiano, por exemplo, em filmes ou meios de comunicação; deve-se alertar que “eletromagnetismo” e relacionados (ondas eletromagnéticas, por exemplo) tem um significado na física que provavelmente não coincide com alguns usos do senso comum e meios de comunicação. Lembre-se que são raros os aparelhos eletrônicos que não funcionariam sem fenômenos eletromagnéticos. Peça para que se monte um circuito simples, uma lâmpada e um interruptor, com apenas 1 pilha; a lâmpada será um indicador da passagem de corrente elétrica no circuito. Enquanto o circuito estiver aberto, peça para que coloquem a bússola abaixo de um dos fios de modo que o fio – pedaço acima da bússola – fique na mesma direção da agulha (Norte-Sul). Antes de pedir que fechem o circuito, mostre que o fio de cobre não é atraído por ímãs, logo não interage com a agulha da bússola; tome cuidado para não haver confusão, pois o pino interage. Ainda antes, instigue os estudan-

tes para responderem o que vai ocorrer com o circuito caso ele seja fechado; lembre que a lâmpada é um indicador da passagem de corrente elétrica. Peça que fechem o circuito e pres tem atenção na bússola. Questione sobre o efeito: para que lado a agulha se movimentou (peça para que esperem ela parar). Imediatamente depois, indique que coloquem a bússola abaixo do outro fio, que está conectado ao outro polo e testem de novo. Construa um diálogo ressaltando a geração de campo magnético através de corrente elétrica, com atenção sobre o sentido da corrente com o sentido do desvio. E se deixarmos o fio ortogonal à bússola, o que ocorrerá? Assim não haverá a deflexão da bússola, ou seja, é possível verificar que o campo gerado pela corrente elétrica não é paralelo ao sentido da corrente. Portanto, os sentidos do campo e da corrente são ortogonais. Talvez seja importante neste momento explicar que a direção da agulha não é a direção do campo magnético gerado pela corrente elétrica, é a resultante entre os campos magnéticos da bússola e da Terra. A bússola indicará a direção do campo resultante na região em que está, pois o campo terrestre não deixa de existir enquanto o experimento ocorre.

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Questione, busque por hipóteses, sobre como defletir mais ainda a agulha da bússola, usando apenas dispositivos elétricos, propomos adicionar uma pilha. Para aumentar o ângulo será preciso aumentar o campo magnético, cuja intensidade depende da corrente elétrica. Antes de adicionarem uma nova pilha, peça que verifiquem o brilho da lâmpada (corrente elétrica) e marquem o ângulo de deflexão que uma única pilha consegue causar. E peça que repitam o procedimento ao adicionar a nova pilha sendo que comparem o ângulo e a corrente elétrica com o momento anterior. Preste atenção ao fato que somente se a pilha estiver em série à anterior para que aja um aumento na corrente elétrica. A adição de uma lâmpada em paralelo a anterior e com duas pilhas, pelo o que se testou, provocou somente mais 5° de desvio; o que é um pouco ruim de se verificar. Outro problema é que se deve analisar a deflexão devido, neste caso, somente ao fio entre um polo da pilha e o interruptor (ou junção / cubo vermelho), já que nessa parte (nesse fio) do circuito a corrente será maior do que no caso com só uma lâmpada.

ângulo muda. Note que é preciso bastante atenção para verificar a taxa, por exemplo, em um teste feito: se estiver a 1 centímetro da bússola, o ângulo é cerca de 5°; a 0,5cm, cerca de 8°; e encostado, 12°. Ou seja, quanto mais perto, mais cresce. Como o campo gerado é sempre ortogonal ao terrestre nessa configuração, note que a relação entre o ângulo de deflexão e o campo magnético criado pela corrente é uma função “arco-cotangente”, o que implica que a pequenos valores de campo magnético gerado (menor que o valor do campo terrestre) a taxa de variação do ângulo é maior que quando o valor já for grande (maior que o terrestre); se o desvio for de 45° o campo produzido sobre agulha terá a mesma intensidade do terrestre. Vale a pena produzir um desenho das linhas de campo geradas por uma corrente elétrica em um fio reto, detalhando orientação e intensidade. Isso pode ser feito ao colocar a bússola por cima e por baixo, por exemplo, para dar a noção de sentido da linha de campo, cujo “formato” são linhas circulares concêntricas ao fio. Nesse momento é interessante uma revisão dos fenômenos ocorridos e suas dependências com as variáveis testadas. A última parte da atividade se baseia em descobrir como é o aspecto do campo magnético gerado por um enrolamento de fios. Para isso, usar-se-á o próprio enrolamento do fio com conexões como conjunto de espiras. Peça que selecionem um dos enrolamentos do circuito e, com o circuito fechado, encostem o enrolamento na bússola de modo que o eixo do enrolamento esteja posicionado verticalmente: aproximar uma extremidade do enrolamento aos polos da agulha (um por vez), reparando em a qual há atração ou repulsão, para determinar qual polo magnético – gerado pela corrente elétrica – há naquela abertura do enrolamento e, depois, repetir o procedimento para a outra abertura.

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Lembre-lhes que em experimentos anteriores verificou-se que campos magnéticos perdem intensidade ao longo da distância, de modo não-linear; e, pergunte, o que acontece quando se muda a distância entre o fio e a bússola? Para a verificação da relação entre distância e intensidade do campo, indique que aproximem o fio (paralelamente) por cima e desçam devagar, tentando prestar atenção à taxa com que o

Com o procedimento acima é possível relacionar o sentido da corrente em uma espira ou bobina e a orientação do campo magnético gerado. Para melhores resultados, segure o enrolamento de modo que fique mais compacto. Para outro ângulo de visão, aproxime a abertura das bobinas pela lateral da bússola, isso facilitará a visualização do efeito.

O que pode dar errado? Instabilidade da agulha da bússola; use-a quando estiver parada! Ímãs ou materiais ferro ou paramagnéticos perto da bússola. Verifique se na mesa há componentes desse tipo, mova a bússola ao longo dela para ver se há influência de algo. Celulares e pilhas costumam defletir a bússola.

O fio ficar distante da agulha. Aproxime os componentes para notar os efeitos. Corrente elétrica pouco intensa, verifique o brilho da lâmpada. Use pilhas novas e em série para gerar corrente elétrica suficiente para observar o efeito.

O que acontece? Cargas elétricas produzem um campo elétrico naturalmente; porém, quando em movimento, geram um campo magnético. Portanto, quanto mais cargas atravessam uma unidade de área por unidade de tempo, maior será a intensidade do campo magnético em um determinado ponto do espaço. Porém, se considerarmos o caso de um fio reto, o campo magnético que aparece nesse ponto é ortogonal ao deslocamento da carga (cargas) e fica menos intenso à medida que se afasta da corrente elétrica. Outra relevante observação do fenômeno é que a orientação do campo magnético depende da direção da corrente elétrica; o que é representado pelas “regra da mão direita” (ver figura na próxima página).

Já no caso de uma espira de fio fechada (como um anel), o campo magnético produzido no centro da espira possui uma orientação paralela ao eixo da espira. Isso pode ser representado supondo um fio moldado a uma forma quadrada, como se fossem 4 fios menores unidos, e somar o campo gerado separadamente pelos 4 pedaços. Como ocorreu no experimento, havia mais de uma espira. Colocar várias voltas / espiras juntas é uma maneira de se aumentar o campo magnético sem ter que aumentar a corrente elétrica de uma única volta. O número de voltas do enrolamento do cabo conector não é eficiente para o aumento do campo magnético devido à distância de afastamento entre cada volta.

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de uma espira. Colocar várias voltas / espiras juntas é uma maneira de se aumentar o campo magnético sem ter que aumentar a corrente elétrica de uma única volta. O número de voltas do enrolamento do cabo conector não é eficiente para o aumento do campo magnético devido à distância de afastamento entre cada volta.

11. Ligando e desligando um ímã. Objetivo: Montar um eletroímã e verificar a relação entre número de voltas com a intensidade do campo magnético. Vocabulário: • • • • • •

eletroímãs bobina Indutores núcleo ferromagnético corrente elétrica número de voltas

mentes brilhantes? Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: modelo 5

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O que fazer?

Para começar, comente que eletroímãs são dispositivos que podem ser usados em aparelhos básicos como fones, microfones, relés ou disjuntores. Em sistemas eletrônicos mais complexos ou “grandiosos” é peça-chave, como

em: “trem bala”, geradores de usinas de energia elétrica e aceleradores de partículas. Tente sondar (busque por opiniões) com os estudantes, quais devem ser os componentes de um dispositivo chama-

do de eletroímã. Lembre das atividades anteriores, em que se relaciona corrente elétrica a campo magnético que seja capaz de erguer um “clip” a partir da corrente elétrica gerada por duas pilhas, por exemplo. Dois procedimentos básicos devem ser feitos com o uso deste brinquedo que possui o eletroímã. Primeiro, para analisar o campo gerado por ele, proponha que testem se a bússola acusa campo magnético ao fechar / abrir o circuito e descubram onde são os polos magnéticos do enrolamento. Com o sentido da corrente invertido, testem novamente e verifiquem que muda a polaridade. Por fim, indique que retirem o núcleo e comparem se o campo magnético é mais intenso. Para isso, use a bússola ou um objeto ferro ou paramagnético para levantar com o eletroímã. Lembre para verificarem que o núcleo é um material ferromagnético, use um ímã para mostrar que o campo magnético do ímã é induzido no metal. Questione sobre os fenômenos que podem ser observados, por exemplo: • A inversão do sentido da corrente modifica o campo produzido? Sua in-

tensidade ou orientação? Por que o eletroímã é, de certo modo, um ímã que pode ser ligado e desligado? • Um núcleo ferromagnético, no interior da bobina, muda o campo magnético da bobina? e pode ser outro material / metal? O segundo momento será comparar o efeito das voltas e da corrente sobre o campo magnético resultante. Primeiro, peça que usem um número diferente de pilhas, aumentando e diminuindo a corrente no circuito e comparem o efeito sobre a bússola; mantenha uma distância fixa entre eletroímã e bússola. Finalmente, desenrolem o eletroímã até que metade do fio fique solto e testem o campo produzido pelo enrolamento restante em comparação a quando todo o fio estava enrolado. Para reforçar a fenomenologia que está envolvida no eletroímã, pergunte sobre quais variáveis / parâmetros devem ser modificados (e como devem ser) para aumentar a intensidade do campo magnético resultante. Lembre que eletroímãs são considerados indutores, já que armazenam energia magnética no circuito. •

O que pode dar errado?

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As pontas do fio não estarem lixadas. O campo magnético terrestre pode estar alinhado ao campo aplicado sobre

a bússola, desse modo não se notará a deflexão. Deixe a agulha sempre ortogonal ao eixo da bobina.

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O que acontece? Uma corrente elétrica em uma espira produz um campo magnético no seu centro cuja intensidade é proporcional à corrente mas depende inversamente do raio da espira; quanto maior a espira ou menor a corrente, menor será

a intensidade do campo no seu centro. A orientação do campo é perpendicular ao plano da espira e a polaridade depende do sentido da corrente. Portanto, a maneira mais direta de se intensificar o campo magnético produzido é

aumentar a corrente, que poderia ser feito ao acrescentar pilhas novas em série. Contudo, uma solução mais viável é juntar enrolar diversas espiras seguidamente, formando uma bobina, de modo que o campo no centro dessa bobina é multiplicado pelo número de espiras / voltas. Como os materiais ferromagnéticos são capazes de ampliar a intensidade do campo de um ímã, a junção de uma bobina com um núcleo ferromagnético multiplica o campo magnético do interior da bobina, que pode ser alterado pela corrente ou número de voltas. Em outras palavras, os materiais ferromagnéticos tem a capacidade de multiplicar o campo magnético a que estão submetidos e, por isso, são usados em

eletroímãs. enrolar diversas espiras seguidamente, formando uma bobina, de modo que o campo no centro dessa bobina é multiplicado pelo número de espiras / voltas. Como os materiais ferromagnéticos são capazes de ampliar a intensidade do campo de um ímã, a junção de uma bobina com um núcleo ferromagnético multiplica o campo magnético do interior da bobina, que pode ser alterado pela corrente ou número de voltas. Em outras palavras, os materiais ferromagnéticos tem a capacidade de multiplicar o campo magnético a que estão submetidos e, por isso, são usados em eletroímãs.

12. Ímã levitando! Objetivo: Fazer um ímã levitar e verificar que a força magnética é muito mais intensa que a gravitacional.

Vocabulário:

• Força magnética • Peso

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

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O que fazer?

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Diga para que se coloque verticalmente um eixo grande sobre uma base e insira um ímã circular e, após isso, inserir outro ímã para que ele levite; deixe o “como fazer” para os estudantes, colocar os ímãs circulares no eixo, de modo que as faces de polos iguais fiquem de frente uma para a outra. Se quiser, use um ímã por baixo da base e outro por cima, obstrua a visualização do ímã que está abaixo do modo

que achar mais conveniente. Assim será possível desenvolver uma pequena mágica. Coloque o segundo ímã de modo que ele seja atraído pelo primeiro (de baixo), desse modo ele será atraído e cairá em direção à base. Depois – fale qualquer expressão, como se fosse um ilusionista – e coloque esse segundo ímã para ser repelido; desafie-os para que respondam como você consegue fazer isso.

Com o esquema montado por eles, com os dois ímãs acima da base, peça que adicionem os outros dois restantes. A ad ição de outros pode ser feita através da repulsão de todos ou, por exemplo, que 3 ímãs fiquem unidos e flutuando sobre o primeiro. Na configuração em que todos os 4 se repelem, antes da adição do terceiro ímã questione sobre a distância entre cada um dos três, se será igual ou diferente, por quê? Peça para que testem e depois, mesmo que ninguém ainda tenha relevado o peso dos ímãs, adicionem o quarto. Adicione peças extras para aumentar o peso e verificar o que ocorre.

Para reforçar que os ímãs se repelem com a mesma intensidade, monte uma estrutura que permita deixar o eixo na horizontal, por exemplo: colocar duas estruturas quadradas nos extremos de uma grade cinza e o eixo atravessando as duas estruturas quadradas. Coloque os ímãs no eixo, repelindo-se, e gire-o algumas vezes até que os ímãs parem de se deslocar lateralmente, verifique a distância de afastamento entre cada um. Outro ponto para explorar é deixar os 4 ímãs repelindo-se e aplicar uma força sobre o superior para que se juntem e largar imediatamente; para mais efeito, espalhe os dedos para fora no momento de soltar, mas mantenha uma força para baixo enquanto houver contato com o ímã. Discuta sobre a questão entre o peso, a distância de separação dos ímãs e a força de repulsão. Ressalte o fato que um ímã, pelo o que se experimentou, foi capaz de suportar 3 vezes seu próprio peso e que pode mais ainda, pois a interação magnética, assim como a elétrica, é inúmeras vezes superior à interação gravitacional.

O que pode dar errado?

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Usar um eixo curto ou o eixo pender para os lados devido à base usada. Tome precaução para que o eixo fique firme na vertical.

Pouca percepção da mudança no afastamento dos ímãs: use outro objeto para comparar as distâncias, como uma régua.

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O que acontece? Basicamente, o que ocorre nessa brincadeira é o mesmo da primeira atividade sobre ímãs (nº 5) sobre a atração e repulsão de polos. Mas, o passo além dessa atividade está em comparar a força gravitacional com a magnética.

Com dois ímãs, em que o superior está flutuando, a distância entre ambos é determinada pela força peso do superior. À medida que se aumenta o peso, para manter o equilíbrio, a força magnética de repulsão deve aumentar

e, para isso, a distância entre os ímãs diminui. Adicionar um terceiro ímã repelindo o já flutuante, acima deste, fará com que o primeiro ímã tenha que repelir o dobro de peso de antes e o segun-

do ímã repila somente o peso que foi adicionado. Portanto, a distância entre o primeiro e o segundo é menor que a distância entre o segundo e o terceiro. A adição de um quarto ímã provoca um efeito análogo e as distâncias relativas diminuem.

13. Labirinto Objetivo: Montar um labirinto por onde se move um ímã devido a outro ímã. E propor uma competição.

Vocabulário:

• Força • Aceleração • Direção

Quais modelos posso usar? Electro Magnetism: não é utilizado um modelo específico para essa atividade.

O que fazer? Montar um circuito usando várias grades cinzas e inúmeros pinos / cavilhas vermelhas. A distribuição de cavilhas ao longo das grades – para formar o desenho da pista – deve ficar a cargo dos estudantes. Com a pista pronta, a proposta é promover a brincadeira de deslocar ímã que está na pista, fazendo uso de um outro ímã por baixo da grade. Para a primeira vez, deve-se indicar o uso da atração entre os ímãs para deslocar o superior ao longo da pista.

Depois, indique que se use a repulsão. Os ímãs podem ser usados deitados ou em pé (como uma roda), mas neste caso devem ser usados mais ímãs para aumentar a estabilidade. Para ficar mais divertido proponha o uso da repulsão e, por exemplo, que: a saída da pista tem como penalidade o retorno ao ponto de largada; e escolha 5 pistas e promova uma disputa de quem consegue finalizar os 5 percursos no menor tempo total.

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O que pode dar errado? O ímãs se encaixarem na grade; use a repulsão para destrancá-los.

O que acontece? A diferença básica entre brincar com a repulsão ou atração está no controle da direção de deslocamento do outro ímã. Note que com a atração a direção do movimento do ímã superior depende da direção de deslocamento do ímã in-

ferior e o ímã superior sempre procura ficar perto do inferior. Na repulsão, a direção de deslocamento depende de como o ímã inferior se aproxima e a dificuldade acaba residindo na falta de controle.

Inquietamente Textos de apoio pedagógico (aprofundamento teórico geral, discutindo conceitos, fenômenos naturais e questões tecnológicas)

Qual a importância das cargas no mundo macroscópico?

Apesar de serem facilmente reconhecidas por muitos como componentes que formam os átomos e moléculas, as consequências de sua existência são inúmeras no mundo macroscópico. As cargas elétricas são tão importantes na vida humana que as mais simples tecnologias – como a construção de uma casa e o fato de o teto sobre nossas cabeças não cair – e objetos desenvolvidos dependem da interação entre cargas; embora muitas vezes não se para para pensar sobre. Sentir objetos através do “toque” só é possível devido à repulsão coulombiana, que ocorre entre os orbitais eletrônicos da nossa pele com os orbitais de átomos dos objetos que tocamos. A expressão “interação coulombia-

na” advém do nome de Coulomb, físico francês estudioso da interação elétrica, cujo principal reconhecimento está em um experimento com uma balança de torção em que os pêndulos estavam eletricamente carregados: com a interação entre as cargas pôde apontar uma relação inversa entre a intensidade da força e o quadrado da distância de separação entre as cargas. A interação entre cargas é mediada pelos campos elétricos produzido por cada carga, em que a intensidade de cada campo cai ao quadrado da distância. Porém, entre dois pontos diferentes do campo elétrico pode ser que a intensidade seja igual ou diferente, já que o campo elétrico é produzido tridimensionalmente. Se colocarmos duas

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cargas diferentes mas a uma mesma distância em relação à carga geradora do campo, diz-se que essas duas cargas estão sob mesmo potencial elétrico, e a energia potencial elétrica de cada uma é diferente por causa dos seus respectivos valores de carga; representando, através do sinal, a repulsão ou a atração entre as cargas, já que o produto entre o potencial elétrico e o valor da carga de prova é a sua energia potencial elétrica.

A diferença de potencial elétrico – razão da diferença de energia potencial pela carga – entre dois pontos é chamada de tensão elétrica. A tensão é coloquialmente chamada de “voltagem”, a que constantemente as pessoas se referem aos 110/220V da tomada. A tensão da rede elétrica no Brasil muda dependendo da cidade (ou estado), por exemplo: Curitiba e as cidade de São Paulo e do Rio de Janeiro usam 110V; Florianópolis, Recife e Balneário Camboriú usam 220V. Os aparelhos eletrodomésticos, devidamente ajustados à tensão elétrica da tomada, irão funcionar sem problemas assim que os circuitos internos estiverem fechados e a tensão elétrica dos terminais da tomada promover o movimento dos elétrons. O movimento dos elétrons irá carregar / descarregar capacitores e indutores e aquecer os materiais condutores. Em outras palavras, a energia elétrica provida pela tensão elétrica é transformada em energia

cinética de elétrons que, por sua vez, transformam sua energia cinética em energia magnética e elétrica. A energia magnética e a elétrica são então transformadas novamente: a geração de campo magnético através de corrente elétrica é o princípio básico de funcionamento de motores (energia cinética). Nas lâmpadas fluorescentes, o pó de fósforo (que cobre o vidro internamente) emite luz visível ao absorver o ultravioleta emitido pelos gases da lâmpada. Para isso, estes precisam que seus átomos componentes sejam primeiramente excitados a partir de colisões com elétrons ou íons, que, por sua vez, adquiriram energia cinética pela tensão elétrica nos terminais da lâmpada. Devido ao processo de geração de energia elétrica em usinas, a tensão elétrica da rede oscila entre um valor máximo e um mínimo, normalmente a 60 Hz; e o movimento de elétrons, consequentemente, também é oscilatório em aparelhos conectados a rede elétrica. Mas como alguns aparelhos precisam de uma corrente contínua para funcionar – uma direção preferencial para o movimento das cargas –, usa-se um retificador, que normalmente também é transformador de tensão, para conectar o aparelho à tomada. Em algumas linhas de transmissão de altíssima tensão pode haver transmissão por corrente contínua. Resumindo, o movimento de inúmeras minúsculas cargas sob uma tensão elétrica são capazes de fornecer o conforto de um banho “quente”, de reduzir o tempo gasto nos afazeres domésticos, de produzir produtos em larga escala, de melhorar nossa saúde, de aumentar a chance de salvar nossas vidas (com o uso de equipamentos médicos, por exemplo), etc. O controle sobre a produção e uso de energia elétrica resultou em uma sociedade extremamente diferente da do início do século XX. Vale lembrar que para tudo há uma consequência.

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Como a Terra possui magnetismo e para que serve?

Essa pergunta deve ser respondida em duas partes, mas a uma delas não há resposta consolidada. A origem do geomagnetismo tem intrigado um grande número de cientistas e, durante o século XX, a discussão culminou na teoria / no modelo atual, que ainda sofre com a explicação de algumas anomalias e características do campo magnético terrestre. Todavia, a importância deste campo magnético para a Terra e para a biodiversidade se mostra uma unanimidade entre os cientistas. Antes de conversar sobre a origem, vale a pena lembrar que existem polos magnéticos próximos aos Polos Norte e Sul geográficos terrestres. Nessas regiões, o campo magnético é perpendicular à superfície terrestre, caracterizando o polo magnético. É historicamente comum que, até mesmo pesquisadores da área, chamem o polo magnético que há no Norte terrestre como Polo Magnético Norte, porém, usando a classificação da Física, é um polo sul magnético. Então, no Sul terrestre há um polo norte magnético. Mas como esses polos surgiram? Através dos estudos sísmicos deduz-se que no interior do planeta há um núcleo sólido, supostamente composto por uma liga de ferro-níquel e chamado de núcleo interno. Portanto, muitos apontaram a possibilidade de que o magnetismo terrestre provenha da orientação dos metais do núcleo interno; um ímã permanente. Contudo, um dos problemas dessa hipótese está na temperatura do núcleo, que pode passar dos 5000 K, que está muito acima do Ponto de Curie do Ferro; vale lembrar que a condição de pressão não é o suficiente para aumentar a temperatura (ponto) de Curie, dependendo da mistura entre ferro e níquel o efeito da

pressão pode até ser contrário, de diminuir esse temperatura limite.

O segundo problema desta hipótese – magnetismo permanente – surgiu com o estudo paleontológico de materiais imantados. Dependendo da época da rocha – quando houve a erupção que as projetou para a superfície em forma de lava, por exemplo – , pode-se verificar que existem orientações magnéticas diferentes; cabe lembrar que quando um material ferromagnético superaquecido é resfriado ele volta a ter propriedades magnéticas e, portanto, seus domínios magnéticos orientam-se com o campo externo. Além disso, comparando dados de quase dois séculos, percebe-se que o polo sul Magnético terrestre mudou bastante de posição: de 1904 a 2001 deslocou-se cerca de 1100km e, acelerado desde o quarto final do século passado, está se deslocando cerca de 40km por ano com a previsão de estar na Sibéria em menos de 50 anos. Ou seja, os polos não são permanentes.

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res fornecem energia cinética ao sistema e forçam a convecção (de modo que, no mínimo, compense as resistências à corrente elétrica) e a rotação do astro promove o movimento dessas cargas de modo que produzam o campo magnético. As complexidades desse modelo e dos seus aperfeiçoamentos extrapolam os objetivos deste texto e, portanto, não serão abordadas. Mas esse modelo do dínamo se aplica à Terra? Em um dínamo o que importa é que haja uma material condutor em movimento e um campo magnético. A Terra não possui gás ionizado em seu interior como o Sol, mas a rotação existe. Só que onde há fluido na Terra? E mais: existe um fluido condutor elétrico no interior do planeta? Há fluido no manto e no núcleo externo, só que no manto a viscosidade é alta e o material é considerado uma pasta devido a componentes sólidos. Só restou o núcleo externo, que “felizmente” satisfaz o fato de ser um fluido em convecção e que chega a se mover quilômetros por ano, enquanto o manto e a crosta se movem a centímetros por ano. Vale lembrar que os decaimentos radioativos de tório, urânio e potássio são importantíssimos para a manter a temperatura do núcleo terrestre a ponto de provocar o fluxo do fluido condutor. Isso é fundamental, pois em qualquer material condutor, que se move em um campo magnético, aparece uma diferença de potencial elétrico (e uma corrente elétrica). Também há uma certa importância da solidificação de componentes do núcleo externo, transformando-se em componentes do interno, para aumentar a energia cinética das moléculas vizinhas no fluido. Institutos no Canadá verificam que o polo magnético oscila diariamente dezenas de quilômetros; uma explicação para esse efeito vem das partículas dos ventos solares. O campo magnético solar possui um ciclo de alta atividade a cada 11 anos, quando regiões de intensos campos magnéticos fazem com que

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Há uma segunda teoria que, no entanto, é bem aceita para a explicação de como o Sol produz seu campo magnético ativo e foi proposta para explicar o magnetismo estelar, não o terrestre. As características básicas da teoria envolvem o astro possuir um fluido eletrizado (o Sol é composto por gases ionizados), possuir rotação e promover a convecção do fluido devido à diferença de temperatura das suas camadas. A “Teoria do Dínamo”, como é chamada, sofre com a reprodução / simulação devido à complexidade da mecânica de fluidos. Mas basicamente compara a geração do campo magnético solar com o mesmo processo em um dínamo. Sendo mais específico, o tipo de dínamo a que se refere é o chamado auto-excitado; como os usados para ativar geradores de energia elétrica em usinas. Nesse tipo de dispositivo um campo magnético residual (por mais fraco que seja) induz uma diferença de potencial elétrico e, consequentemente, uma corrente elétrica no material condutor que se desloca relativamente ao campo magnético. Essa corrente gera um campo magnético mais intenso, reforçando o anterior; para mais detalhe pesquise por “dínamo de disco” e dinamo hidromagnetico. No Sol, os gases ionizados são as cargas elétricas, as reações termonucleares fornecem energia cinética ao sistema e forçam a convecção (de modo que, no mínimo, compense as resistências à corrente elétrica) e a rotação do astro promove o movimento dessas cargas de modo que produzam o campo magnético. As complexidades desse modelo e dos seus aperfeiçoamentos extrapolam os objetivos deste texto e, portanto, não serão abordadas. Mas esse modelo do dínamo se aplica à Terra? Em um dínamo o que importa é que haja uma material condutor em movimento e um campo magnético. A Terra não possui gás ionizado em seu interior como o Sol, mas a rotação

existe. Só que onde há fluido na Terra? E mais: existe um fluido condutor elétrico no interior do planeta? Há fluido no manto e no núcleo externo, só que no manto a viscosidade é alta e o material é considerado uma pasta devido a componentes sólidos. Só restou o núcleo externo, que “felizmente” satisfaz o fato de ser um fluido em convecção e que chega a se mover quilômetros por ano, enquanto o manto e a crosta se movem a centímetros por ano. Vale lembrar que os decaimentos radioativos de tório, urânio e potássio são importantíssimos para a manter a temperatura do núcleo terrestre a ponto de provocar o fluxo do fluido condutor. Isso é fundamental, pois em qualquer material condutor, que se move em um campo magnético, aparece uma diferença de potencial elétrico (e uma corrente elétrica). Também há uma certa importância da solidificação de componentes do núcleo externo, transformando-se em componentes do interno, para aumentar a energia cinética das moléculas vizinhas no fluido. Institutos no Canadá verificam que o polo magnético oscila diariamente dezenas de quilômetros; uma explicação para esse efeito vem das partículas dos ventos solares. O campo magnético solar possui um ciclo de alta atividade a cada 11 anos, quando regiões de intensos campos magnéticos fazem com que uma imensa quantidade de partículas sejam ejetadas da superfície estelar e se propaguem pelo espaço. Claro que durante esse ciclo há picos secundários na atividade solar e as partículas ejetadas constantemente mantém a orientação magnética solar. Essa colisão entre a Terra e essas partículas orientadas magneticamente e eletricamente carregadas distorcem o campo magnético terrestre. Sobretudo, o campo magnético terrestre tende a desviar essas partículas, normalmente elétrons e prótons, evitando que alcancem a superfície terres-

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tre. As partículas carregadas que atingem a ionos fera provocam as auroras. Em casos extremos a distorção do campo magnético é tanta que as partículas atingem as camadas da atmosfera terrestre e podem causar danos a satélites, telecomunicação e redes elétricas, nessas condições o vento solar é chamado de tempestade solar. Como são partículas carregadas com energia da ordem de MeV, comportam-se como radiação; por exemplo, radiação beta é um elétron ou um pósitron. Os danos à vida terrestre podem seriam imensos, caso o campo magnético não existisse. Porém, mais do que proteger a vida terrestre, o campo magnético é usado por pássaros e animais aquáticos como guia durante longas travessias. Alguns desses animais são: pombos, tubarões e tartarugas. Em um caso específico, sobre as moscas-das-frutas (Drosophyla melanogaster), aponta-se que elas têm maior sensibilidade a campo

magnético quando sob iluminação de luz ultravioleta, que supostamente interage com uma proteína (Cryptochrome) que, por sua vez, produziria uma reação química cujos produtos seriam capazes de detectar o campo magnético terrestre. O estudo do efeito do magnetismo sobre os animais ainda é uma área imatura.

Quais são as aplicações tecnológicas dos ímãs

A aplicação mais lembrada é em guindastes com eletroímãs. O uso desses guindastes é feito, por exemplo, em ferro-velho e usinas de reciclagem, com o intuito de deslocar material para ou ferromagnético com mais facilidade que um guindaste com garras. Mas o problema é que materiais ferromagnéticos são normalmente pesados, ainda mais se considerar grandes pedaços de vigas, por exemplo. Portanto, o campo magnético necessário para erguer toneladas desse tipo de metal precisa ser muito intenso. Se naturalmente não se encontra ímãs com esse potencial, a maneira é recorrer ao eletromagnetismo. Entretanto, sabe-se que enrolamentos de fios são capazes de produzir campo magnético intenso, que depen-

de da quantidade de voltas e da corrente, e que pode ser multiplicado se o núcleo for ferromagnético.

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Com menos potência, eletroímãs foram a fonte do barulho de campainhas elétricas. São dois modelos básicos, em um deles a corrente do circuito passa pelo eletroímã que atrai um pedaço de metal que bate em uma sineta, nessa configuração a corrente cessa (circuito aberto) e o metal retorna – devido a uma mola - fechando o circuito novamente e atraindo o pedaço de metal, que bate novamente na sineta e mantém o ciclo. O segundo circuito é conhecido por “din-don”, em que ao fechar o circuito o eletroímã (ou só o núcleo) se desloca e atinge uma lâmina metálica (“ding”) e, ao abrir o circuito, uma mola faz o sistema retornar ao início e bater na segunda lâmina (“don”).

elétrica nas espiras determina o campo magnético e assim surge uma repulsão na interação com um ímã permanente, com uma corrente variável é possível produzir o ciclo de uma onda mecânica, que é o som.

Geradores e motores elétricos são se melhantes estruturalmente, ambos possuem e dependem de eletroímãs. No caso de motores, como o do brinquedo, ímãs permanentes nas paredes produzem um campo magnético no interior do motor. No eixo do motor e imerso no campo magnético, há um conjunto de enrolamento de fios (normalmente se usa um material ferromagnético como núcleo). Quando a corrente elétrica passa pelos eletroímãs, a repulsão entre os ímãs produz um torque sobre o eixo. Note que nesse tipo de motor, girar o eixo significa mover um material condutor em um campo magnético, de modo que se produzirá a corrente elétrica nos eletroímãs, como em um dínamo; um pequeno gerador.

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Do mesmo modo que campainhas de eletroímãs não foram totalmente substituídas por novas tecnologias, o mesmo ocorreu para micr ofones, auto-falantes fones; pois a simplicidade (e baixo custo) dos fones com bobinas ainda conquista a indústria. O uso de eletroímãs, nesse caso, fundamenta-se no movimento oscilatório de uma bobina para que uma membrana provoque ondas sonoras. A intensidade da corrente

Em grandes geradores como os de usinas, não há um ímã permanente. O sistema é baseado apenas em eletroímãs: a corrente elétrica surge nos eletroímãs do rotor, devido ao campo magnético produzido por correntes elétricas nos eletroímãs externos. Essa corrente inicial provém de um mini-gerador auto-excitado, que tem o princípio de

funcionamento de um dínamo auto-excitado: usar um campo magnético residual para alcançar valores elevados de campo e corrente elétrica. Os eletroímãs podem ser chamados de indutores, uma vez que são capazes de armazenar energia magnética em um circuito elétrico em que haja a passagem de corrente elétrica.

Cientificamente Terminologia principal

Corrente elétrica: é a quanti-

dade de cargas que atravessa a secção de um material por unidade de tempo.

Carga elétrica:

Característica intrínseca de partículas elementares e constituintes da matéria. Átomos e moléculas são naturalmente eletricamente neutros, devido ao equilíbrio do número de cargas positivas e negativas.

Campo elétrico:

Região do espaço que pode ser considerada uma “esfera de influência” de cargas elétricas e pode ser visualizada através das linhas de campo. Cargas elétricas produzem um campo ao seu redor, cuja intensidade e direção varia a cada ponto do espaço.

produzido por cargas em movimento oscilatório. Por exemplo, o movimento orbital de elétrons produz momentos magnéticos que são perpendiculares ao plano de movimento.

Spin:

característica magnética intrínseca de partículas; possuem valores padrões que dependem da partícula em questão. Obs.: o spin de um elétron não pode ser atribuído a um movimento rotacional, é uma característica intrínseca.

Campo magnético: Região do

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espaço em que um ímã sente a presença de outro, pode ser visualizado através de linhas de campo. A intensidade do campo cai com o quadrado da distância e a direção também muda a cada ponto do espaço.

brinquedos científicos inteligentes Tensão elétrica: É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos do campo elétrico de uma carga; independe das cargas de prova.

Momento magnético: entidade vetorial que indica a orientação e intensidade do campo magnético 39

Ponto de curie ou Temperatura de Curie: Temperatura

que delimita se um determinado material apresentará propriedades magnéticas.

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