Condutores retilíneos e paralelos - regra da mão direita - Força atrativa e força repulsiva

• Condutores retilíneos e paralelos - campo e força magneticos
• Errata

Atualizado em 3/08/2011, às 10h27.

Para entendermos o esquema das forças representadas na figura abaixo temos que lembrar que a força que atua no fio 2 é exercida graças ao campo magnético do fio 1 - e a força que atua no fio 1 é exercida graças ao campo magnético do fio 2:

Olhando a figura a seguir - que chamaremos de figura de referência - podemos entender melhor o que ocorre:

Se aplicarmos a regra da mão direita (indicada na figura abaixo) - onde consideramos o dedo polegar representando a corrente elétrica e os demais dedos (que contornam o fio) representando o sentido do campo magnético - ao fio 1 da figura de referência, podemos observar que, no lado voltado para o fio 2, o campo magnético associado ao fio 1 está entrando no plano da página.

Agora, vamos usar a regra da mão direita no fio 2 da figura de referência. Aqui também consideraremos a força magnética (o dedo polegar representa a corrente elétrica; o dedo indicador representa o campo magnético; e o dedo médio representa a força magnética - e os três devem estar perpendiculares entre si) conforme a figura a seguir:

Neste caso, voltando à figura de referência, teremos corrente para cima, campo magnético (do fio 1) entrando e, portanto, a força magnética terá seu sentido para esquerda, ou seja, apontará para o fio 1.

Pela regra da mão direita também podemos observar que, no lado voltado para o fio 1, o campo magnético associado ao fio 2 está saindo do plano da página. Agora, usando a regra da mão direita no fio 1, considerando também a força magnética, temos corrente para cima, campo magnético (do fio 2) saindo e, portanto, a força magnética terá seu sentido para a direita, ou seja, apontará para o fio 2.

Assim, temos força atrativa quando as correntes estão no mesmo sentido. O fio 2 é atraído pelo fio 1 e o fio 1 atraído pelo 2.

Essa situação está esquematizada na figura a seguir:

No caso em que as correntes tiverem sentidos opostos, a força entre os condutores terá sua intensidade determinada da mesma forma, porém será uma força repulsiva.

Imaginemos, agora, a situação anterior (com a corrente do fio 1 para cima), mas com a corrente de um terceiro fio orientada para baixo. Nessa nova situação podemos utilizar o mesmo raciocínio para determinarmos o sentido da força que atua em cada fio.

Pela regra da mão direita aplicada ao fio 1 podemos observar na figura abaixo que, no lado voltado para o fio 3, o campo magnético associado ao fio 1 está entrando no plano da página. Usando a regra da mão direita no fio 3, considerando a força magnética, temos corrente para baixo, o campo magnético (do fio 1) entrando e, portanto, a força magnética terá seu sentido para a direita, ou seja, apontará no sentido de afastamento em relação ao fio 1.

Ainda podemos observar que, no lado voltado para o fio 1, o campo magnético associado ao fio 3 está entrando no plano da página.

Agora, usando a regra da mão direita no fio 1, considerando também a força magnética, temos corrente para cima, campo magnético (do fio 3) entrando e, portanto, a força magnética terá seu sentido para a esquerda, ou seja, apontará no sentido de afastamento em relação ao fio 3.

Assim, temos uma força repulsiva quando as correntes possuem sentidos opostos. O fio 1 é repelido pelo fio 3 - e o fio 3 é repelido pelo fio 1:

Observação: também podemos utilizar a regra da mão esquerda para determinarmos os sentidos das grandezas físicas aqui trabalhadas. Lembrando que, por essa regra: o dedo polegar indica o sentido da força; o dedo indicador, o campo magnético; e o dedo médio, a corrente elétrica. E os três dedos também formam ângulos de 90^o entre si.

Outro exemplo

Veja a seguir uma figura com a representação das linhas de campo magnético em fios paralelos percorridos por correntes no mesmo sentido e por correntes em sentidos contrários:

Essas forças, responsáveis pelas interações entre os dois fios, são de mesma intensidade e de sentidos contrários - conforme o princípio da ação e reação da mecânica (Leis de Newton). Esse tipo de força proporciona o movimento dos motores elétricos e dos ponteiros de aparelhos de medida.

Outro exemplo dessa situação ocorre com linhas de alta tensão, que são condutoras da energia elétrica das usinas geradoras até as cidades. Em geral, essas linhas são formadas por fios paralelos percorridos por correntes no mesmo sentido. Como a intensidade da corrente nesses casos é enorme, a força de atração entre esses fios também é considerável, sendo necessário utilizar um material isolante entre eles, a fim de separá-los.

Já as redes de transmissão que costumamos ver nas cidades e em estradas, estas não precisam desse material, pois a intensidade da corrente que percorre os fios é relativamente pequena, resultando numa força de atração com baixa intensidade.

Definição da unidade ampère

O ampère é a unidade usual de corrente elétrica no SI. Para sua definição utilizamos a expressão: $${\text{F}}_{\text{m}}=\frac{\mu \text{.}{\mathit{\text{i}}}_1\text{.}{\mathit{\text{i}}}_2}{2\text{.}\pi \text{.}\mathit{\text{d}}}\text{.}\mathit{\text{l}}$$ , também pode ser reescrita da seguinte forma: $$\frac{{\mathit{\text{F}}}_{\mathit{\text{m}}}}{\mathit{\text{l}}}=\frac{\mu \text{.}{\text{i}}_1\text{.}{\text{i}}_2}{2\text{.}\mu \text{.}\text{d}}$$
Por definição, 1 ampère é a intensidade de uma corrente elétrica que percorre dois condutores de comprimentos infinitos e paralelos, retilíneos e de área desprezível, que distam um metro entre si no vácuo, produzindo uma força magnética com a intensidade $$\mathit{\text{F}}=2\text{.}10^{-7}\mathit{\text{N}}\text{/}\mathit{\text{m}}$$ entre esses condutores.

Ou seja, para obtermos o valor $$\mathit{\text{F}}=2\text{.}10^{-7}\mathit{\text{N}}\text{/}\mathit{\text{m}}$$ , a corrente elétrica tem que assumir o valor 1, portanto, 1 ampère.
Veja como fica na expressão: $$\frac{\mathit{\text{F}}}{\mathit{\text{l}}}=\frac{\mu \text{.}{\mathit{\text{i}}}_1\text{.}{\mathit{\text{i}}}_2}{2\text{.}\pi \text{.}\mathit{\text{d}}}\Rightarrow \frac{\mathit{\text{F}}}{\mathit{\text{l}}}=\frac{4\text{.}\pi \text{.}10^{-7}\text{.}1\text{.}1}{2\text{.}\pi \text{.}1}\Rightarrow \frac{\mathit{\text{F}}}{\mathit{\text{l}}}=2\text{.}10^{-7}\mathit{\text{N}}\text{/}\mathit{\text{m}}$$ .