UMA ANÁLISE DO CAMPO MAGNÉTICO EM FUNÇÃO DO TEMPO PARA O ALINHAMENTO DE UMA BÚSSOLA EXPLORANDO DISPOSITIVOS MÓVEIS

## UMA ANÁLISE DO CAMPO MAGNÉTICO EM FUNÇÃO DO TEMPO PARA O ALINHAMENTO DE UMA BÚSSOLA EXPLORANDO DISPOSITIVOS MÓVEIS

## Thulio Alves de Sá Muniz Sampaio 1 , Renêr Pereira de Souza , Wellington dos 2 Santos Souza 3

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão Pernambucano/Campus Salgueiro, thulio.alves.muniz@gmail.com
- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão Pernambucano/Campus Salgueiro, rener.pereira@aluno.ifsertao-pe.edu.br
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão Pernambucano/Campus Salgueiro, wellington.souza@ifsertao-pe.edu.br

Palavras-chave : Experimento de Ørsted; smartphones ; Ensino de Física.

## Resumo expandido

Essa análise foi realizada com o uso do aplicativo Phyphox instalado em um smartphone , aparelho cujo emprego em sala de aula e em ambientes educacionais é cada vez mais presente e necessário, pois o seu uso e sua exposição podem promover novas alternativas para o ensino de ciências (SAMPAIO et al ., 2022).

Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento - em função do tempo - do campo magnético gerado pelo alinhamento da agulha de uma bússola próxima a um fio de cobre sujeito à passagem de uma corrente estacionária, de modo a possibilitar uma melhor compreensão dos conceitos magnéticos envolvidos. Para isso, foi feita uma réplica de baixo custo do experimento de Ørsted com duas pilhas de 1,5 V.

De maneira geral, ímãs permanentes e correntes elétricas, sendo este último caso proposto por André-Marie Ampère (HEWITT, 2015), são fontes de campos magnéticos. Uma forma de determinar uma expressão para o campo magnético gerado por qualquer distribuição de cargas elétricas em movimento se dá através do uso da Lei de Ampère:

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A relação acima associa a circulação do campo magnético em torno de uma curva fechada chamada de amperiana (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012), dada pela integral de linha do lado esquerdo, com a corrente elétrica contida no interior da amperiana, situada no lado direito da equação.

Para o caso de um fio retilíneo transportando corrente, o campo será tangente à amperiana e terá o mesmo módulo em todos os pontos situados à mesma distância do fio, exibindo, portanto, uma simetria cilíndrica. Dessa forma, 𝑩 é constante na equação (1) e a integral de linha de d 𝒍 resulta em 2πr , onde r é a distância do fio a um ponto da amperiana. Logo, isso nos dá

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A equação acima demonstra que o campo magnético gerado pela corrente ao longo do fio retilíneo decai radialmente, e o experimento realizado consistiu em elaborar uma réplica da experiência de Ørsted através do corte do pedaço de um fio de cobre de 2 m, o qual foi retirado de um aparelho telefônico antigo. Dobrando-o de modo que dois trechos pudessem ser fixados em uma mesa e sua parte central ficasse levemente acima da base, adquirimos a configuração exibida na Figura 01:

Figura 01: Montagem experimental.

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A bússola foi colocada logo abaixo da parte superior do fio, que teve suas extremidades conectadas através de dois cabos garra jacaré a duas pilhas AA de 1,5 V ligadas em série por meio de um suporte de pilhas. Inicialmente, a agulha magnética foi posicionada paralelamente ao seu comprimento. Contudo, quando este circuito era ligado ao se fechar a chave de ativação do suporte de pilhas, ela sofria uma deflexão e oscilava até se alinhar ao campo magnético resultante da soma vetorial do campo terrestre com o campo induzido pela corrente. Posicionando próximo ao fio um smartphone com o aplicativo Phyphox aberto na função 'Magnetômetro', foi possível medir o módulo desse campo e analisar o seu comportamento através do gráfico de sua intensidade em função do tempo:

Figura 02: Função 'Magnetômetro' do aplicativo Phyphox, exibindo a variação em função do tempo do valor absoluto do campo magnético e das suas coordenadas.

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Na imagem acima, vemos que o módulo ou valor absoluto do campo magnético inicial - dado pela curva na cor branca - era aproximadamente constante

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e possuía uma intensidade média em torno de (25,00 ± 0,05) µT, correspondendo ao campo magnético terrestre. Por outro lado, ao se fechar a chave do circuito, o campo magnético resultante passou a ser dado pela soma vetorial do campo terrestre com o campo gerado pela corrente estacionária ao longo do fio. Devido a isso, a agulha magnética da bússola passa a se alinhar com este novo campo. Entretanto, ela não faz isso de imediato: em razão da sua inércia, há uma força restauradora que tenta fazê-la retornar para sua posição de equilíbrio inicial. É o movimento oscilatório resultante deste efeito que está descrito no gráfico, e o decréscimo da sua amplitude a cada oscilação completa é consequência do amortecimento gerado pelo atrito, mesmo que pequeno, da agulha com seu suporte.

Os resultados obtidos permitiram o estudo de diversas características dos campos magnéticos, tais como o seu caráter vetorial -formado por três componentes, cuja superposição segue as regras da geometria analítica -, a sua relação de causa e efeito com a corrente e o seu pouco abordado comportamento em função do tempo. Também associou-se esses temas com as oscilações.

Quando a agulha estava prestes a completar sete oscilações, abriu-se a chave do circuito. Isto inverteu o seu sentido de oscilação e a fez se alinhar novamente ao campo terrestre com módulo de (25,00 ± 0,05) µT, o que ocorre após cerca de oito oscilações. Complementarmente, selecionamos a opção 'gráfico' no lado direito da imagem, o que possibilitou visualizar a variação de cada componente separadamente. As curvas verde, azul e amarela correspondem, respectivamente, ao módulo do campo em função do tempo ao longo dos eixos x , y e z . De maneira análoga ao valor absoluto, vemos que as componentes do plano xy oscilam ao longo do tempo quando se fecha a chave do suporte de pilhas. Por outro lado, a componente z somente aumenta de intensidade nesse instante: a bússola estava posicionada no plano da mesa, e os campos simplesmente se somam nesse eixo.

Espera-se que as atividades desenvolvidas e apresentadas neste trabalho possam ser aplicadas em turmas do 3º ano do Ensino Médio, motivando uma oportunidade para que os estudantes entrem em uma situação inicial de conflito com os gráficos e desenvolvam sua capacidade de raciocínio crítico e de interpretação física ao proporem hipóteses para o porquê de os gráficos obtidos se apresentarem dessa maneira, havendo a posterior acomodação desse conhecimento em sua estrutura cognitiva (BOCK; FURTADO; TEIXEIRA, 2016). A criação deste ambiente de discussão e contato entre pares contribui para uma visão menos abstrata do conceito e da entidade de campo magnético.

## Referências

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. 9. ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012. v. 3.

BOCK, A. M. B.; FURTADO, O.; TEIXEIRA, M. L. T. Psicologias: uma introdução ao estudo da psicologia. 15. ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2018.

HEWITT, P. Física Conceitual . 12. ed. Porto Alegre: Editora Bookman, 2015.

SAMPAIO, T. A. S. M. et al . Atividades práticas de baixo custo para o estudo de ondas estacionárias em cordas vibrantes usando smartphones . A Física na Escola , v. 20, n. 1, p. 1-5, 2022.

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