Força sobre um fio com corrente em um campo magnético
Uma carga em movimento dentro de um campo magnético sofre uma força. A corrente é apenas muitas cargas em movimento, então um fio com corrente dentro de um campo magnético é empurrado. Esse empurrão é a força magnética sobre o condutor.
O que decide o tamanho da força?
- Corrente (I): mais corrente, mais força.
- Intensidade do campo (B): um ímã mais forte dá mais força.
- Comprimento do fio dentro do campo (L): fio mais longo, mais força.
- Ângulo θ entre o fio e o campo: a força é máxima a 90° (fio perpendicular) e vira zero quando o fio é paralelo ao campo (0° ou 180°).
Resumindo, F ∝ I · B · L · sen θ. (Neste nível você precisa das ideias; a fórmula F = BIL sen θ é usada em séries mais avançadas.)
Para onde vai o empurrão? Regra da mão esquerda de Fleming
Abra o polegar, o indicador e o dedo médio da mão esquerda em ângulos retos entre si. Aponte o indicador na direção do campo (de N para S) e o dedo médio na direção da corrente. O polegar mostra então a direção da força (movimento) sobre o condutor. Se você inverter a corrente ou o campo, a força inverte; se inverter os dois, ela continua igual.
Motor elétrico (só avaliação formativa em 2026-27)
Nota: no currículo do CBSE 2026-27, o motor, a indução eletromagnética e o gerador são avaliados apenas de forma formativa (testes de classe, atividades), e não na prova final. Estude mesmo assim: eles explicam todo ventilador e toda usina de energia.
Um motor elétrico transforma energia elétrica em energia mecânica. Suas partes:
- Bobina da armadura: uma bobina retangular de fio de cobre isolado, muitas vezes enrolada em um núcleo de ferro doce, colocada entre os polos de um ímã.
- Comutador de anel dividido: um anel cortado em duas metades ligadas às pontas da bobina. Ele gira junto com a bobina.
- Escovas: duas tiras de carvão ou metal que encostam no anel dividido e levam a corrente da bateria.
Como funciona
A corrente passa em um sentido em um dos lados longos da bobina e no sentido oposto no outro lado; pela regra da mão esquerda, um lado é empurrado para cima e o outro para baixo. A bobina gira. Depois de meia volta, as metades do anel dividido trocam de escova, a corrente na bobina inverte e as forças voltam a empurrar a bobina para o mesmo lado. Assim a bobina continua girando em um só sentido. Motores comerciais usam eletroímãs, muitas voltas de fio e um núcleo de ferro doce para ficarem mais fortes.
Indução eletromagnética e o gerador
Michael Faraday descobriu o efeito inverso: um campo magnético que muda dentro de uma bobina produz corrente nela. Isso é a indução eletromagnética, e a corrente se chama corrente induzida.
- Empurre um ímã para dentro de uma bobina ligada a um galvanômetro: o ponteiro desvia.
- Puxe o ímã para fora: o ponteiro desvia para o outro lado.
- Deixe o ímã parado: não há desvio, porque o campo não está mudando.
- Mova mais rápido, use um ímã mais forte ou mais voltas de fio: o desvio é maior.
Regra da mão direita de Fleming
Para um condutor que se move em um campo, abra o polegar, o indicador e o dedo médio da mão direita em ângulos retos. Indicador = campo, polegar = movimento do condutor, dedo médio = direção da corrente induzida.
Gerador elétrico
Um gerador transforma energia mecânica em energia elétrica. Uma bobina gira entre os polos de um ímã; cada lado corta o campo e uma corrente é induzida. Com anéis coletores a corrente inverte a cada meia volta, dando CA (gerador de CA). Com um comutador de anel dividido a saída sempre vai em um só sentido, dando CC (gerador de CC).
Corrente alternada (CA) x corrente contínua (CC)
Corrente contínua (CC) sempre flui em uma só direção. Pilhas, baterias e painéis solares dão CC.
Corrente alternada (CA) inverte a direção várias vezes, em intervalos regulares. Na Índia, a rede elétrica das casas é CA de cerca de 220 V e 50 Hz: ela muda de direção 100 vezes por segundo (duas vezes em cada ciclo).
| CA | CC |
|---|---|
| A direção inverte periodicamente | Uma só direção |
| Vem de geradores de CA nas usinas | Vem de pilhas, baterias, geradores de CC |
| Pode ser enviada a longas distâncias com pouca perda de energia (a tensão é alterada por transformadores) | Difícil de elevar ou reduzir com facilidade; usada em eletrônicos |
Fórmulas e definições principais
- F ∝ I · B · L · sin θ (força sobre um condutor; F = BIL sin θ em séries mais avançadas)
- θ = 90° → força máxima; θ = 0° ou 180° → força zero
- Regra da mão esquerda de Fleming (motor): indicador = campo, dedo médio = corrente, polegar = força
- Regra da mão direita de Fleming (gerador): indicador = campo, polegar = movimento, dedo médio = corrente induzida
- Motor: energia elétrica → mecânica; Gerador: energia mecânica → elétrica
- Rede elétrica da Índia: CA, 220 V, 50 Hz → a direção inverte 100 vezes por segundo
Exemplos resolvidos
1. Um fio vai de leste para oeste (corrente para o oeste) em um campo magnético que aponta verticalmente para baixo. Para onde vai a força?
Indicador para baixo (campo), dedo médio para o oeste (corrente). O polegar da mão esquerda aponta então para o sul. Portanto a força é para o sul.
2. Um fio com corrente é colocado paralelo às linhas do campo magnético. Que força atua sobre ele?
O ângulo entre o fio e o campo é 0°, então sen θ = 0 e a força é zero. O fio não é empurrado.
3. No experimento da barra sobre trilhos, a barra se move para a esquerda. O que acontece se (a) a corrente for invertida, (b) a corrente e o campo forem invertidos?
(a) Inverter só um deles inverte a força, então a barra se move para a direita. (b) Inverter os dois dá duas inversões, que se cancelam, então a barra continua indo para a esquerda.
4. A rede de CA da Índia é de 50 Hz. Quantas vezes a corrente muda de direção em um segundo?
Cada ciclo tem duas inversões. 50 ciclos × 2 = 100 inversões por segundo.
5. Por que um motor precisa de um comutador de anel dividido?
Sem ele, depois de meia volta as forças nos lados da bobina empurrariam a bobina de volta, e ela só balançaria. O anel dividido inverte a corrente na bobina a cada meia volta, então o torque sempre age no mesmo sentido e a bobina continua girando.
Erros comuns
- Usar a mão direita para a força sobre um condutor. Força (efeito motor) = mão ESQUERDA; corrente induzida (gerador) = mão DIREITA.
- Achar que um ímã parado dentro da bobina produz corrente. Só um campo que MUDA (movimento relativo) induz corrente.
- Achar que a força é igual em todos os ângulos. Ela é máxima a 90° e zero quando o fio é paralelo ao campo.
- Confundir os anéis: um motor de CC e um gerador de CC usam comutador de anel dividido; um gerador de CA usa anéis coletores.