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Aula 146 — Campo Magnético gerado por Fio Retilíneo Longo

50 min

Objetivo geral

Determinar o campo magnético gerado por um fio retilíneo longo percorrido por corrente elétrica, incluindo módulo, direção e sentido.

Objetivos específicos

  • Aplicar a expressão B = μ₀·i/(2·π·d) para calcular o campo magnético a uma distância d de um fio retilíneo longo.
  • Reconhecer que as linhas de campo magnético ao redor do fio são circunferências concêntricas ao fio.
  • Aplicar a regra da mão direita para determinar o sentido do campo magnético ao redor do fio.
  • Relacionar a intensidade do campo magnético com a corrente elétrica e a distância ao fio (proporcionalidade direta e inversa, respectivamente).

Conhecimentos prévios

  • Experimento de Oersted: corrente elétrica gera campo magnético ao seu redor, Módulo 10, Aula 145.
  • Notação científica e potências de 10, para uso da constante μ₀ (pré-requisito de Matemática).

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula146_Apresentacao.pptx.
  • Calculadora (ou celular) para os cálculos numéricos dos exercícios.
  • Quadro/lousa e material de escrita.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: "Oersted mostrou que existe campo magnético ao redor de um fio com corrente. Mas esse campo é igual em todo lugar ao redor do fio, ou muda?" Ouvir hipóteses.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Perguntar: se afastarmos a bússola do fio, o desvio da agulha aumenta, diminui ou continua igual? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que o campo magnético ao redor de um fio retilíneo tem a mesma forma do campo de um ímã em barra (linhas retas de um polo a outro), em vez de circular ao redor do fio.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: ao redor de um fio retilíneo longo percorrido por corrente i, o campo magnético forma linhas de campo circulares, concêntricas ao fio, em planos perpendiculares a ele — isso resolve o obstáculo do Momento 2. A intensidade do campo magnético a uma distância d do fio é dada por B = μ₀·i/(2·π·d), onde μ₀ = 4π×10-7 T·m/A é a permeabilidade magnética do vácuo. Da fórmula, conclui-se que B é diretamente proporcional à corrente i (mais corrente, mais campo) e inversamente proporcional à distância d (quanto mais longe do fio, mais fraco o campo) — o que responde à pergunta do Momento 1. O sentido do campo é dado pela regra da mão direita: com o polegar apontando no sentido da corrente, os demais dedos indicam o sentido de rotação das linhas de campo ao redor do fio.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: calcular coletivamente o campo magnético a 2 cm de um fio percorrido por uma corrente de 5 A (B = μ₀·i/(2·π·d) = (4π×10-7×5)/(2π×0,02) = 5×10-5 T). Em duplas: calcular o campo magnético no dobro dessa distância (4 cm) e verificar que o resultado é a metade do valor anterior, confirmando a proporcionalidade inversa com d.

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: o campo magnético ao redor do fio não é igual em todo lugar — ele é mais intenso perto do fio e diminui à medida que nos afastamos, seguindo a relação inversa com a distância d, além de formar linhas circulares (e não retas) ao redor do fio.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Escreva a expressão do campo magnético gerado por um fio retilíneo longo a uma distância d, identificando cada grandeza.

Gabarito: B = μ₀·i/(2·π·d), onde B é o campo magnético (em tesla), μ₀ é a permeabilidade magnética do vácuo (4π×10-7 T·m/A), i é a corrente elétrica no fio (em ampères) e d é a distância ao fio (em metros).

2. Um fio retilíneo é percorrido por uma corrente de 10 A. Calcule o campo magnético a 0,1 m (10 cm) de distância do fio.

Gabarito: B = μ₀·i/(2·π·d) = (4π×10-7×10)/(2π×0,1) = (4×10-7×10)/(2×0,1) = 2×10-5 T.

3. Se a distância a um fio retilíneo com corrente for triplicada, o que acontece com o campo magnético nesse novo ponto?

Gabarito: O campo magnético cai para um terço do valor original, já que B é inversamente proporcional à distância d.

4. Descreva como usar a regra da mão direita para determinar o sentido do campo magnético ao redor de um fio retilíneo com corrente.

Gabarito: Aponta-se o polegar da mão direita no sentido da corrente elétrica no fio; os demais dedos, curvados ao redor do fio, indicam o sentido de rotação das linhas de campo magnético.

5. Por que as linhas de campo magnético ao redor de um fio retilíneo são circunferências, e não linhas retas?

Gabarito: Porque o campo magnético gerado pela corrente no fio tem simetria circular ao redor dele: em qualquer ponto a uma mesma distância d do fio, o campo tem a mesma intensidade e é sempre perpendicular tanto ao fio quanto à linha que liga o fio ao ponto — o que só é consistente com linhas de campo em forma de circunferências concêntricas ao fio.

Observações e extensão

Próxima aula: Campo Magnético em Espiras e Solenóides. Nota para o professor: vale enfatizar que a fórmula B = μ₀·i/(2·π·d) vale só para fio RETILÍNEO — a próxima aula mostra que, ao dobrar o fio em espiras, o campo se intensifica e muda de forma.