Quando uma corrente elétrica circula por um fio condutor, algo acontece ao redor desse fio que não conseguimos enxergar diretamente:
surge um campo magnético.
Essa descoberta foi fundamental para o desenvolvimento da eletricidade e da eletrônica.
Ela ajuda a explicar o funcionamento de dispositivos que encontramos por toda parte, como:
eletroímãs, relés, motores, alto-falantes, transformadores e diversos outros equipamentos.
E existe uma experiência extremamente simples que permite observar esse fenômeno utilizando basicamente:
um fio, uma fonte de baixa tensão e uma bússola.
Foi justamente essa experiência que fiz no artigo original.
A experiência de Ørsted
Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Ørsted observou uma relação fundamental entre eletricidade e magnetismo.
Uma corrente elétrica circulando por um condutor era capaz de provocar o movimento da agulha de uma bússola próxima.
Isso demonstrava que:
a corrente elétrica estava produzindo um efeito magnético.
Hoje essa relação parece natural para quem estuda eletricidade.
Na época, porém, foi uma descoberta extraordinariamente importante.
Eletricidade e magnetismo começavam a revelar que não eram fenômenos completamente independentes.
Vamos observar esse fenômeno
A experiência é conceitualmente muito simples.
Precisamos fazer uma corrente circular por um fio e colocar próximo dele alguma coisa capaz de indicar a presença de um campo magnético.
Podemos utilizar:
uma bússola.
Quando não existe corrente no fio, a bússola tende a se orientar de acordo com o campo magnético terrestre.
Quando fazemos a corrente circular:
a agulha se movimenta.
Isso significa que apareceu outro campo magnético interferindo na orientação da bússola.
Esse campo foi produzido pela:
corrente elétrica no fio.
O que acontece quando o interruptor está aberto?
Com o interruptor aberto, não existe um circuito fechado.
Portanto:
não circula corrente pelo fio.
A bússola continua submetida principalmente ao campo magnético terrestre e permanece orientada aproximadamente na direção norte-sul magnética.
Agora fechamos o interruptor.
A corrente começa a circular.
E imediatamente aparece um:
campo magnético ao redor do condutor.
A agulha da bússola reage à combinação desse campo com o campo magnético terrestre e muda sua orientação.
Foi justamente esse movimento que observei na experiência original.
O que acontece se invertermos a pilha?
Aqui temos uma experiência complementar muito interessante.
Se invertermos os terminais da pilha, invertemos o sentido da corrente no fio.
Se:
a corrente muda de sentido,
então:
o campo magnético também muda de sentido.
Consequentemente, a bússola deverá responder de maneira diferente.
Isso permite demonstrar que o movimento da agulha não está acontecendo simplesmente porque existe uma pilha perto dela.
Ele depende do:
sentido da corrente que circula pelo condutor.
Quanto maior a corrente, maior o campo magnético?
Sim.
Para um fio retilíneo longo, podemos representar a intensidade do campo magnético a uma distância determinada pela relação:
B = μ₀I / (2πr)
onde:
B = intensidade do campo magnético
μ₀ = permeabilidade magnética do vácuo
I = corrente elétrica
r = distância até o fio
Essa expressão revela duas relações muito importantes.
Primeiro:
maior corrente → maior campo magnético.
Segundo:
maior distância do fio → menor campo magnético.
Isso também ajuda a compreender nossa experiência com a bússola.
A distância da bússola faz diferença
Se colocarmos a bússola muito distante do fio, o campo produzido pela corrente pode ser pequeno demais naquela posição para produzir uma deflexão facilmente observável.
Ao aproximarmos a bússola do condutor:
a influência do campo produzido pelo fio aumenta.
É por isso que a posição relativa entre:
fio e bússola
é importante para visualizar bem o fenômeno.
Mas cuidado: não faça um curto-circuito prolongado na pilha
Aqui eu mudaria uma coisa importante em relação ao artigo original.
Na legenda da imagem eu escrevi que estava “curto-circuitando” uma pilha para fazer a corrente circular pelo fio.
Hoje eu não recomendaria apresentar o experimento dessa maneira.
Ligar diretamente os terminais de uma pilha com um condutor de resistência muito baixa pode produzir:
corrente elevada;
aquecimento do fio;
aquecimento da pilha;
descarga rápida
e, dependendo da bateria utilizada, situações perigosas.
Para repetir o princípio experimental, é melhor utilizar uma montagem de baixa tensão com limitação adequada de corrente, dimensionada para o experimento.
A experiência histórica é simples.
Mas isso não significa que devemos manter uma bateria moderna em curto-circuito.
Por que um fio produz magnetismo?
A corrente elétrica está relacionada ao movimento ordenado de cargas elétricas.
Quando existe corrente no condutor, existe um campo magnético associado.
Podemos resumir:
cargas elétricas em movimento
↓
corrente elétrica
↓
campo magnético.
Essa ligação entre eletricidade e magnetismo é uma das bases do:
eletromagnetismo.
Mas o campo de um único fio é relativamente pequeno
Na nossa experiência, queremos apenas detectá-lo com a bússola.
Para muitas aplicações práticas, entretanto, precisamos de um campo magnético muito mais intenso.
Então podemos fazer algo extremamente simples:
enrolar o fio.
Em vez de um único condutor retilíneo, fazemos várias espiras.
Temos então uma:
bobina.
Por que uma bobina aumenta o efeito magnético?
Cada trecho do fio percorrido pela corrente produz seu próprio campo magnético.
Quando organizamos o fio em várias espiras, os campos produzidos podem se combinar de maneira útil.
Assim:
uma espira
outra espira
outra espira
muitas espiras
produzem um efeito magnético muito mais significativo do que simplesmente utilizar um único trecho de fio.
É assim que começamos a chegar a um componente extremamente importante:
o eletroímã.
O que é um eletroímã?
Um eletroímã é um dispositivo no qual utilizamos a corrente elétrica para produzir um campo magnético.
Uma configuração muito conhecida utiliza:
fio enrolado em forma de bobina + núcleo ferromagnético.
Quando a corrente circula pela bobina:
surge o campo magnético.
O núcleo pode intensificar e concentrar esse campo.
Quando interrompemos a corrente:
o campo produzido pela corrente desaparece, embora o material possa apresentar algum magnetismo residual dependendo de suas características.
Essa possibilidade de controlar o magnetismo através da corrente é extremamente útil.
É assim que chegamos ao relé
Um relé eletromecânico possui uma bobina.
Quando fazemos corrente circular por ela:
bobina energizada
↓
campo magnético
↓
atração de uma armadura
↓
movimentação dos contatos.
Assim, um pequeno circuito elétrico pode controlar a abertura ou fechamento de outro circuito.
Quando interrompemos a corrente da bobina, o mecanismo retorna à sua condição correspondente de repouso.
O relé é um ótimo exemplo de eletromagnetismo
Imagine que temos um pequeno sinal elétrico controlando a bobina.
A eletricidade produz:
magnetismo.
O magnetismo produz:
movimento mecânico.
O movimento altera:
contatos elétricos.
Portanto:
eletricidade → magnetismo → movimento → chaveamento elétrico.
É uma cadeia muito interessante.
E tudo começa com o mesmo fenômeno que observamos utilizando:
um fio e uma bússola.
E o motor elétrico?
Aqui damos outro passo.
Se uma corrente elétrica produz um campo magnético e campos magnéticos podem exercer forças, podemos utilizar essa interação para produzir:
movimento.
É justamente uma das ideias fundamentais por trás dos:
motores elétricos.
Naturalmente, um motor real envolve uma construção muito mais elaborada.
Mas conceitualmente estamos aproveitando a interação entre:
corrente elétrica e campos magnéticos
para produzir:
força e movimento.
O mesmo princípio aparece nos alto-falantes
Essa conexão é especialmente interessante para quem estuda eletrônica aplicada ao áudio.
Um alto-falante convencional possui uma:
bobina móvel.
Ela fica submetida ao campo de um ímã permanente.
Quando o sinal de áudio faz uma corrente variável circular pela bobina, temos uma interação entre os campos magnéticos.
Essa interação produz:
movimento.
A bobina está ligada ao cone do alto-falante.
Então:
sinal elétrico
↓
corrente variável na bobina
↓
interação magnética
↓
movimento da bobina e do cone
↓
movimento do ar
↓
som.
Ou seja, aquele movimento da bússola diante de um simples fio está relacionado a um princípio fundamental para entendermos também como um alto-falante produz som.
E o microfone dinâmico?
Aqui aparece uma relação ainda mais interessante.
No alto-falante transformamos aproximadamente:
energia elétrica → movimento → som.
Em determinados microfones dinâmicos fazemos o caminho inverso:
som → movimento → sinal elétrico.
Mas nesse segundo caso entra de maneira central outro fenômeno:
a indução eletromagnética.
E isso nos ajuda a separar duas ideias que às vezes são confundidas.
Campo magnético produzido pela corrente não é a mesma coisa que indução eletromagnética
Na experiência de Ørsted estamos observando:
corrente elétrica produzindo campo magnético.
Na indução eletromagnética estudada posteriormente por Faraday, estamos interessados em outro fenômeno:
uma variação do fluxo magnético pode produzir uma força eletromotriz.
São fenômenos relacionados dentro do eletromagnetismo, mas não são exatamente a mesma coisa.
Essa distinção é importante para compreender corretamente dispositivos como:
relés;
transformadores;
motores;
geradores.
Uma descoberta que mudou a tecnologia
É impressionante pensar na simplicidade da experiência:
uma corrente passa por um fio e uma bússola se movimenta.
Mas a consequência científica é enorme.
Ela mostrou experimentalmente uma conexão entre:
eletricidade e magnetismo.
A partir dessa relação, e das descobertas que vieram posteriormente, tornou-se possível desenvolver uma enorme quantidade de tecnologias.
Hoje encontramos fenômenos eletromagnéticos em:
motores;
geradores;
transformadores;
relés;
alto-falantes;
microfones;
solenoides;
sensores
e incontáveis outros dispositivos.
Veja a experiência na prática
No vídeo original deste artigo mostro justamente a experiência utilizando a bússola.
Primeiro podemos observar a bússola em sua posição normal.
Quando a corrente começa a circular pelo fio, a agulha responde ao campo magnético criado pelo condutor, exatamente como descrevi no artigo original.
Depois de entender o conceito, vale assistir novamente ao vídeo prestando atenção na sequência:
interruptor aberto → sem corrente → campo do fio ausente
interruptor fechado → corrente → campo magnético → movimento da bússola.
Uma experiência simples para compreender o eletromagnetismo
Podemos resumir tudo aquilo que observamos:
corrente elétrica circula pelo condutor
↓
surge um campo magnético ao redor do fio
↓
a bússola detecta esse campo
↓
a agulha muda sua orientação.
Se invertermos a corrente:
invertemos o sentido do campo.
Se aumentarmos a corrente:
aumentamos a intensidade do campo, nas mesmas condições geométricas.
Se nos afastarmos do condutor:
o campo fica mais fraco.
E se enrolarmos o condutor formando várias espiras:
podemos intensificar e aproveitar muito melhor esse efeito magnético.
É assim que uma experiência extremamente simples nos leva do:
fio e da bússola
até:
bobinas, eletroímãs, relés, motores e alto-falantes.
Quer aprender mais sobre eletrônica?
Entender eletromagnetismo ajuda muito quando começamos a estudar componentes e equipamentos que utilizam bobinas, motores, relés, transformadores e alto-falantes.
Mais importante do que decorar que:
“corrente elétrica gera campo magnético”
é conseguir compreender o que acontece quando alteramos:
a corrente, o sentido da corrente, a distância do condutor e a geometria do fio.
É justamente essa construção dos fundamentos que permite olhar para um circuito ou equipamento e começar a entender por que ele funciona.