Aula 146 — Campo Magnético gerado por Fio Retilíneo Longo
50 minObjetivo 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 subsunçoresO 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 antecipadoPerguntar: 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 dialogadaApresentação 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 ProximalResolução 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 independenteAplicação 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.