Se enrolarmos uma bobina solenóide em torno de um núcleo de ferro (o ferro está ali para potencializar o campo magnético), colocar um anel de metal em cima e ligá-la na tomada, o anel irá se mover e flutuar (Isto foi demonstrado em sala de aula). Por quê isto acontece?
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício fala sobre enrolar uma bobina solenóide em torno de um núcleo de ferro, colocar um anel de metal em cima, e ligar na tomada. Quando isso acontece, o anel se move e flutua. Vamos entender isso usando conceitos de eletromagnetismo, como o campo magnético criado pela solenóide e como ele interage com o anel de metal.
Passo 2
Primeiro, uma solenóide é basicamente uma bobina de fio que, quando ligada a uma corrente elétrica, cria um campo magnético ao seu redor. Esse campo é parecido com o de um ímã, com um polo norte e um polo sul. A fórmula para o campo magnético
no interior de uma solenóide é dada por:
onde:
-
é a permeabilidade do vácuo, -
é o número de voltas por unidade de comprimento, -
é a corrente elétrica.
Passo 3
O núcleo de ferro na solenóide serve para potencializar esse campo magnético. O ferro é um material ferromagnético, o que significa que ele aumenta a intensidade do campo magnético criado pela solenóide, tornando-o mais forte e concentrado.
Passo 4
Quando colocamos um anel de metal em cima da solenóide e ligamos a corrente, o campo magnético variável através do anel induz uma corrente elétrica nele, conforme a Lei de Faraday:
onde
é a força eletromotriz induzida e
é o fluxo magnético. Essa corrente induzida gera seu próprio campo magnético, de acordo com a Lei de Lenz, que diz que o campo gerado contrariará a mudança que o produziu. Isso resulta em uma força de repulsão entre o campo da solenóide e o do anel, fazendo com que o anel se mova e até flutue.
Passo 5
Em resumo, a ativação da solenóide cria um campo magnético forte graças ao núcleo de ferro. Esse campo induz correntes no anel de metal, que por sua vez geram um campo magnético que repele o da solenóide. Essa repulsão faz com que o anel se mova e flutue acima da solenóide.
Resposta
O anel de metal se move e flutua porque a solenóide com núcleo de ferro cria um campo magnético intenso que induz correntes no anel. Essas correntes geram um campo magnético oposto que repele o da solenóide, resultando no movimento e na flutuação do anel.