Eletromagnetismo: campos e forças magnéticas

Orientações aos alunos:
* A atividade dessa semana será através do caderno do aluno 2° bimestre.
* Fazer a leitura das páginas 23 à 26 do caderno do aluno 2° bimestre.
* Responder às questões do caderno do aluno contidas nas páginas 23 à 26.
* Assistir às aulas pelo CMSP, TV, vídeo aulas na plataforma Stoodi sobre magnetismo e campo magnético.
* Enviar as atividades para o E-mail: josecorrei@prof.educacao.sp.gov.br
* Data de entrega das atividades: até 08/07.
* Façam o cadastro gratuito na plataforma Stoodi. No google digitem stoodi, cadastro gratuito, selecione a disciplina (Física), selecionem o conteúdo ( energia cinética, energia potencial gravitacional e energia potencial elástica) e assistam às vídeo aulas.

Resumo.

Campo magnético é a região em torno de um imã onde um outro imã ou materiais ferromagnéticos sofrem a ação da força magnética.

O campo magnético é representado por linhas de força, que são linhas imaginárias e possuem as seguintes características:

1) As linhas de força não se cruzam.

2) As linhas de força saem do polo norte e vão para o polo sul magnético dos imãs.

3) O campo magnético é mais intenso nas regiões onde as linhas de força estão mais próximas umas das outras e, menos intenso nas regiões onde as linhas de força estão mais afastadas umas das outras.

4) O vetor campo magnético é tangente à linha de força num ponto e com o mesmo sentido da linha.

Observe as figuras:

A Terra também possui um campo magnético orientado, aproximadamente na direção norte e sul do planeta. Mas cuidado! O polo norte geográfico é o polo sul magnético do planeta, e o polo sul geográfico é o polo norte magnético do planeta. Assim se amarrarmos um imã num barbante e pendura-lo, ele se orienta na direção norte-sul, seguindo a orientação das linhas de força do campo magnético ( observe a figura a cima ).

As auroras são fruto da interação dos ventos solares, do campo magnético da Terra e da atmosfera terrestre. À medida que o vento solar se aproxima, ele distorce o campo magnético da Terra, permitindo que partículas carregadas (elétrons e prótons) vindas do Sol entrem na atmosfera nos polos norte e sul magnéticos. Quando essas partículas atingem os altos níveis da atmosfera elas colidem com átomos neutros de oxigênio e nitrogênio. Nessas colisões as partículas carregadas transferem energia para os átomos, excitando os elétrons para níveis mais altos de energia. Ao retornarem para seu nível inicial de energia, os elétrons liberam a energia excedente em forma de luz.

As auroras podem aparecer como grandes cortinas de luzes, mas também aparecem na forma de arcos, fitas ou espirais, geralmente seguindo as linhas de força do campo magnético da Terra. A cor depende do tipo dos átomos e da altura da atmosfera onde ocorre a interação com as partículas solares. Geralmente a cor predominante é a verde, por causa da grande quantidade de átomos de oxigênio na alta atmosfera, onde geralmente essa interação ocorre, mas também se observam colorações azuis e vermelhas, resultantes da interação com o nitrogênio.

As partículas são constantemente enviadas pelo Sol através dos ventos solares, porém, as vezes ocorrem explosões repentinas na superfície do Sol, as chamadas tempestades solares ou erupções solares, que fazem com que uma grande quantidade de partículas sejam emitidas e alcancem a atmosfera. Quando fortes tempestades solares ocorrem as auroras podem ocorrer em latitudes mais baixas, em regiões mais afastadas dos polos.
A única diferença entre aurora boreal e aurora austral é o hemisfério em que elas ocorrem. Quando ocorrem no Hemisfério Norte são chamadas de aurora boreal e quando ocorrem no Sul são chamadas de aurora austral. O nome “aurora boreal” foi dado pelo astrônomo Galileu Galilei em 1619, em homenagem a deusa romana do amanhecer, Aurora, e Bóreas, deus grego representante dos ventos de norte. E o “aurora austral” foi o nome dado por James Cook, uma referência direta ao fato de estar localizada a Sul.As auroras geralmente ocorrem nos círculos polares Ártico e Antártico. 

As auroras boreais são mais fáceis de ver pois temos uma maior quantidade de países no Hemisfério Norte situados ao redor do círculo polar ártico, principalmente entre os meses de agosto a abril, quando o fenômeno é mais frequente. Já no Hemisfério Sul, as auroras ficam mais restritas ao continente Antártico, que é pouco habitado e de difícil acesso. Na América do Sul, Ushuaia, na Argentina, é um dos lugares onde raramente podemos observar a ocorrência de auroras austrais durante o inverno.

Como os pássaros se orientam?

Algumas hipóteses são estudadas pelos cientistas, entre elas, temos:

*Uma das teorias levantadas pela ciência, é de que isso acontece porque eles possuem certa quantidade de partículas de ferro no bico, o que funciona como uma bússola natural, sempre indicando-o para o Norte.

*É provável que as aves conheçam a física quântica melhor do que muitos humanos, por ser algo que lhes é inato. As aves podem sentir o campo magnético da Terra, e essa habilidade pode ajudá-las a voar a partir de lugares desconhecidos ou navegar em migrações que se estendem por dezenas de milhares de quilômetros.

*Cientistas acreditam que as aves possuam proteínas nos seus olhos que lhes permitam ver o campo magnético da Terra. Por sua vez, essas proteínas ajudam as aves a percorrer longas distâncias em todo o mundo.

Bactérias magnéticas.

Talvez você nunca tenha ouvido falar neles, mas micro-organismos vivos podem fazer parte do futuro da computação: são as chamadas bactérias magnéticas. Elas utilizam o campo magnético da Terra para se orientar e usam para tal cristais nanométricos que desempenham função semelhante à de ímãs comuns de magnetita.

Essas bactérias, que são encontradas na natureza em diversas partes do mundo, preferem águas calmas e despertam bastante interesse de pesquisadores da área da biomedicina e também da computação.

Em maio deste ano, um grupo que reunia cientistas britânicos e japoneses estudou o funcionamento dessas bactérias, desenvolvendo um método para recriar o ímã natural delas fora do micro-organismo. Isso seria aplicado na criação de “biocomputadores”, mais rápidos do que os existentes hoje.

Vale lembrar ainda que os ímãs existentes dentro das bactérias magnéticas são eternos, ou seja, nunca se desmagnetizam, outra grande vantagem para sua aplicação na biotecnologia.

Exercícios.

1) Um ímã em forma de barra, com seus polos Norte e Sul, é colocado sob uma superfície coberta com partículas de limalha de ferro, fazendo com que elas se alinhem segundo seu campo magnético. Se quatro pequenas bússolas, 1, 2, 3 e 4, forem colocadas em repouso nas posições indicadas na figura, no mesmo plano que contém a limalha, suas agulhas magnéticas orientam-se segundo as linhas do campo magnético criado pelo ímã.

Desconsiderando o campo magnético terrestre e considerando que a agulha magnética de cada bússola seja representada por uma seta que se orienta na mesma direção e no mesmo sentido do vetor campo magnético associado ao ponto em que ela foi colocada, assinale a alternativa que indica, correta e respectivamente, as configurações das agulhas das bússolas 1, 2, 3 e 4 na situação descrita.

a)

b)

c)

d)

e)

2) Dois magnetos longos em forma de barra e idênticos são colocados sob um pedaço de papel horizontal, como mostrado na seguinte figura. O papel é coberto com limalha de ferro. Quando os dois pólos SUL estão a uma pequena distância e encostam no papel, as limalhas de ferro se movem em um padrão que mostra as linhas do campo magnético. Qual das alternativas a seguir ilustra melhor o padrão resultante? (S = Sul; N = Norte) 

• A
  
• B
  
• C
  
• D
  
• E
  

3) O belo fenômeno ótico da Aurora boreal é comum no céu noturno das latitudes polares da Terra. Tal fenômeno, de grande apelo visual, é causado por contato: 

a) dos ventos solares com o campo magnético do planeta. 

b) da gravidade da Lua com a estação inverno no polo Norte. 

c) dos raios solares com as águas congeladas das montanhas. 

d) das massas de ar polares com os raios do sol da meia- noite. 

e) das massas oceânicas frias com a radiação solar no inverno.

4) Uma das hipóteses, ainda não comprovada, sobre os modos como se orientam os animais migratórios durante suas longas viagens é a de que esses animais se guiam pelo campo magnético terrestre. Segundo essa hipótese, para que ocorra essa orientação, esses animais devem possuir, no corpo, uma espécie de ímã que, como na bússola, indica os polos magnéticos da Terra.

De acordo com a Física, se houvesse esse ímã que pudesse se movimentar como a agulha de uma bússola, orientando uma ave que migrasse para o hemisfério sul do planeta, local em que se encontra o polo norte magnético da Terra, esse ímã deveria

a) possuir apenas um polo, o sul.

b) possuir apenas um polo, o norte.
c) apontar seu polo sul para o destino.
d) apontar seu polo norte para o destino.
e) orientar-se segundo a linha do Equador.

5) As bactérias magnéticas são seres uni ou pluricelulares que usam o campo magnético da Terra pera se orientar, por que elas produzem e mantém dentro de si, cristais manométricos chamados de magnetossomos, que funcionam como imãs comuns do mineral magnetita. Essas bactérias não crescem em ambientes com muito oxigênio e consomem carbono e nitrogênio; preferem as águas calmas de baías e lagoas. Esses micro-organismos têm despertado o interesse dos pesquisadores, principalmente da área da biomedicina. No genoma dessas bactérias, existe a informação para a produção de proteínas que interferem na síntese dos magnetossomos. Tendo como referência o texto acima, assinale a opção correta.
a) Essas bactérias são autótrofas, ou seja, não sintetizam seus próprios alimentos.
b) O norte magnético dessas bactérias apontam para o norte geográfico da Terra , pois se comportam como imãs.
c) O norte magnético dessas bactérias apontam para o sul geográfico da Terra , pois se comportam como imãs.
d) Essas bactérias crescem em ambientes de pouca profundidade.
e) A interação do campo magnético dessas bactérias com o campo magnético terrestre não interfere no movimento celular com relação às linhas de força do campo magnético, como ocorre nas bússolas.