O físico Hans C. Oersted observou que um fio transportando corrente elétrica produz um campo magnético. A presença do campo magnético foi verificada ao aproximar uma bússola de um fio conduzindo corrente elétrica. A figura ilustra um fio percorrido por uma corrente elétrica i, constante e com sentido para cima. Os pontos A, B e C estão num plano transversal e equidistantes do fio. Em cada ponto foi colocada uma bússola.
Considerando apenas o campo magnético por causa da corrente i, as respectivas configurações das bússolas nos pontos A, B e C serão
Resolução Em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Física (Eletromagnetismo, Fontes de Campo Magnético), Regra da Mão Direita.
Tema/Objetivo Geral:
Determinar a orientação das linhas de campo magnético geradas por um condutor retilíneo percorrido por corrente elétrica.
Nível da Questão: Médio.
- (Exige capacidade de abstração espacial. O aluno precisa traduzir uma regra tridimensional (Mão Direita) para uma representação bidimensional em perspectiva).
Gabarito: Alternativa (D).
- A corrente elétrica subindo gera um campo magnético circular no sentido anti-horário (visto de cima). As bússolas devem se alinhar tangencialmente a esse círculo.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
A questão apresenta o experimento clássico de Hans Christian Oersted, que provou que eletricidade gera magnetismo. Temos um fio vertical com uma corrente elétrica subindo. O objetivo é descobrir para onde apontam as agulhas das bússolas colocadas ao redor desse fio.
Simplificando, imagine que…
O fio é o eixo central de um carrossel ou de um furacão. A corrente elétrica dita para que lado esse “furacão magnético” gira. As bússolas são como folhas soltas flutuando nesse vento: elas vão apontar exatamente na direção do giro. A sua missão é descobrir: esse carrossel gira no sentido horário ou anti-horário?
Nosso Plano de Ataque será o seguinte:
- Usar a regra física adequada para descobrir o sentido de rotação do campo magnético.
- Aplicar esse sentido de rotação à perspectiva do desenho (plano inclinado).
- Verificar qual alternativa mostra as agulhas seguindo esse fluxo contínuo.
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Para resolver problemas de campo magnético em fios, usamos uma ferramenta infalível chamada Regra da Mão Direita Envolvente (ou Regra de Ampère). Vamos estruturar isso em um “Manual de Operação”.
MANUAL DE OPERAÇÃO: Regra da Mão Direita
1. O Polegar (O Chefe):
O dedo polegar deve apontar no sentido da corrente elétrica (i).
- No nosso caso: O polegar aponta para CIMA.
2. Os Outros Dedos (O Campo):
Os outros quatro dedos devem “abraçar” o fio. O movimento que eles fazem para fechar a mão indica o sentido das linhas de campo magnético.
- Ação: Com o polegar para cima, ao fechar a mão, seus dedos giram no sentido Anti-Horário (visto de cima).
3. A Bússola (O Detector):
A parte escura da agulha (Polo Norte) sempre aponta no mesmo sentido das linhas de campo.
- Conclusão: As setas pretas das bússolas devem formar um círculo girando no sentido anti-horário ao redor do fio.
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos aplicar o manual à imagem fornecida.
Análise da Rotação:
Coloque mentalmente sua mão direita sobre o desenho. Polegar para cima. Seus dedos curvam-se da direita para a esquerda pela frente do fio, e da esquerda para a direita por trás do fio.
Isso cria um Círculo Anti-Horário.
Traduzindo para a Perspectiva 3D do Papel:
O desenho mostra um plano inclinado. Vamos rastrear o caminho do campo magnético nesse “disco” ao redor do fio:
- Atrás do fio (Ponto A): O campo deve passar da esquerda para a direita. A bússola deve apontar para a Direita.
- Lado Direito do fio (Ponto C): O campo está vindo de trás e indo para frente (“saindo” do papel em direção ao observador). A bússola deve apontar para Frente/Fora.
- Lado Esquerdo do fio (Ponto B, se visível/imaginado): O campo está entrando no papel (“indo para o fundo”).
Visualização do Fluxo:
Imagine água descendo por um ralo ou um tornado girando no sentido anti-horário. As bússolas precisam estar todas concordando com esse movimento único. Não pode haver uma apontando contra a outra.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO com a perspectiva isométrica! O desenho tenta simular 3D em uma folha 2D. As elipses (os círculos achatados) enganam o cérebro.
O erro comum é confundir o sentido horário com anti-horário dependendo se você olha o círculo “por cima” ou “por baixo”. A regra é padrão: olhe de cima (do topo do fio para baixo). Polegar para cima = Sentido Anti-Horário.
A Bússola (Síntese do Raciocínio):
- Síntese: A corrente sobe, o campo gira anti-horário. Precisamos de uma “ciranda” de agulhas girando nesse sentido.
- Expectativa: Bússolas alinhadas tangente ao círculo, apontando sequencialmente (uma “segue” a outra) no sentido anti-horário.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
A) Sentido Horário.
Observe as agulhas. Elas formam um ciclo girando no sentido horário.
Diagnóstico do Erro: Inversão da Regra. Isso só aconteceria se a corrente elétrica estivesse apontando para baixo.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
B) Caótico/Invertido.
A bússola da esquerda aponta para “dentro” (correto para anti-horário), mas a bússola da direita aponta para “dentro” também.
Diagnóstico do Erro: Colisão de Fluxo. As linhas de campo não colidem; elas fluem em círculo. Duas bússolas em lados opostos não podem apontar ambas para o centro ou ambas para “trás”.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
C) Caótico/Divergente.
As bússolas parecem apontar aleatoriamente ou para fora. Não formam um ciclo fechado coerente.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
D) Sentido Anti-Horário.
Análise de Correspondência:
Vamos checar o fluxo:
- A bússola da esquerda aponta “para o fundo” (entrando na tela).
- A bússola de trás aponta “para a direita”.
- A bússola da direita aponta “para frente” (saindo da tela).
Isso descreve perfeitamente um movimento circular anti-horário ao redor do fio.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
E) Radial.
As bússolas estão apontando para o fio (centro), como se fossem raios de uma bicicleta.
Diagnóstico do Erro: Confusão com Campo Elétrico. Cargas elétricas geram campos radiais (apontando para o centro ou para fora). Correntes elétricas geram campos magnéticos circulares.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Reafirmação:
Corrente elétrica retilínea gera campo magnético circular. O sentido é dado pela Regra da Mão Direita: polegar na corrente, dedos no campo. Corrente para cima gera campo anti-horário.
Resumo-flash:
“Polegar sobe, dedos giram contra o relógio.”
Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Esta descoberta de Oersted (que eletricidade move ímãs) é o princípio básico de todo motor elétrico existente. O ventilador, o liquidificador e o carro elétrico só funcionam porque correntes elétricas criam campos magnéticos que empurram ímãs ou outros eletroímãs, gerando rotação. Sem essa regra simples da mão direita, a indústria moderna pararia.
