Força magnética – O que é? Características, Fórmulas, Aplicações e Exemplos

A força magnética é a força que faz a interação entre dois objetos com propriedades magnéticas. Ou seja, se colocarmos um corpo de prova feito de material com propriedades magnéticas em uma região onde existe campo magnético, o corpo fica sujeito a uma força de origem magnética.

A denominação força magnética é muitas vezes substituída por força de Lorentz, em homenagem ao físico holandês Hendrik Antoon Lorentz.

O mistério de uma força atuando à distância é uma grande surpresa quando observado pela primeira vez. Inicialmente, o magnetismo foi considerado uma das forças da natureza, manifestada no ferro e em outras substâncias mais raras que eram chamadas de substâncias ferromáticas.

Experimentos realizados por Christian Oersted (1777-1951) contribuíram para o conhecimento da natureza do magnetismo e provaram a relação entre magnetismo e eletricidade. Abriu-se, então, o caminho para o estudo do eletromagnetismo, que propiciou o desenvolvimento de, por exemplo, geradores de eletricidade e motores elétricos.

O que é força magnética?

Vamos analisar o efeito de um campo magnético sobre uma carga elétrica móvel. Para isso, consideramos uma carga elétrica q deslocando-se com velocidade v em relação às linhas de um campo magnético uniforme B.

A força magnética F_m que age sobre a carga móvel (q) apresenta as seguintes características:

Ou seja, a força magnética é perpendicular ao plano formado pelos vetores v e B.

Conhecendo as direções e os sentidos dos vetores v e B podemos determinar a direção do vetor força magnética F_m pela chamada regra da mão esquerda.

Essa configuração muda de acordo com o sinal que a carga assume.

Desse modo, a intensidade da força magnética é dada por:

Sendo:

Como é usado o módulo da carga elétrica, a intensidade força não irá depender do sinal da carga.

Movimento de cargas em um campo magnético uniforme

A trajetória de uma carga elétrica sob a ação exclusiva de um campo magnético uniforme depende de como ela é lançada dentro do campo, ou seja, depende do angulo θ determinado pelos vetores v e B.

Vamos analisar três casos de lançamento: paralelo, perpendicular e oblíquo ao campo magnético.

Lançamento paralelo ao campo magnético (θ = 0° ou θ = 180°)

Nesse caso, a força magnética é nula. Como, por hipótese, a força magnética é a única força que atua sobre a carga, então, por inércia, o movimento dentro do campo é retilíneo e uniforme.

Lançamento perpendicular ao campo magnético (θ = 90°)

Nesse caso, a força magnética que atua sobre a carga elétrica tem módulo constante, e sua direção é sempre perpendicular à direção do vetor campo magnético. Então, o movimento da carga elétrica é circular e uniforme.

Nesse caso, como sen 90° = 1, a força magnética é dada por: F_m = |q|vB. E o raio da curva é dado por: R = mv/ |q| B.

Isso mostra que partículas de mesma carga e mesma velocidade, mas de massas (m) diferentes, descrevem diferentes arcos de circunferência em um mesmo campo magnético.

Podemos também calcular o período, ou seja, o tempo em que a partícula leva para dar uma volta completa em sua trajetória circular.

Lançamento Oblíquo ao campo magnético (θ ≠ 90° e 0° < θ < 180°)

A partícula executa um movimento circular uniforme enquanto também executa movimento retilíneo e uniforme. Compondo os dois movimentos, obtemos uma trajetória que acompanha a superfície de um cilindro. É uma curva tridimensional chamada hélice cilíndrica.

Força magnética atuando sobre um condutor retilíneo

Trabalharemos agora não com uma, mas com várias cargas em movimento sob a ação de um campo magnético uniforme. Essas várias cargas estão confinadas em um fio e constituem uma corrente elétrica (i).

Sendo L o comprimento do fio e v a velocidade dos portadores de carga, escrevemos em módulo, a força magnética como:

A direção da força magnética é perpendicular ao plano determinado pela reta que contém o fio e pela reta que contém o vetor campo magnético. O sentido pode ser obtido pela regra da mão esquerda, na qual o vetor velocidade é substituído pelo sentido da corrente elétrica.

Força magnética entre fios paralelos

Sabemos que toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético. Vamos considerar dois fios longos e paralelos, 1 e 2, percorridos pelas correntes elétricas i₁ e i₂.

Devido à corrente elétrica no fio 1, é gerado um campo magnético B₁ na região que se encontra o fio 2. Como os fios são paralelos, todos os pontos do fio 2 estão a uma mesma distância do fio 1 e, portanto, sujeitos a um campo magnético de mesma intensidade. Como resultado, o fio 2 fica sujeito a uma força magnética.

Considerando um trecho de fio de comprimento L, a intensidade da força magnética é:

Sendo:

Reciprocamente, o fio 1 também fica sujeito a uma força magnética.

Quando os fios têm correntes de mesmo sentido, a força magnética entre os fios é de atração. Em correntes de sentidos contrários, a força é de repulsão.