Neste experimento vamos mostrar que campos magnéticos podem atrair ou repelir fios que transportam correntes elétricas.

Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele um campo magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez por Hans Christian Orsted em abril de 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola defletia de sua posição de equilíbrio quando havia próximo a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente elétrica. Estas observações influenciaram o físico André Marie Ampère nos estudos dos fenômenos eletromagnéticos. Num desses estudos, Ampère mostrou experimentalmente que a presença de bússolas, ímãs ou limalhas de ferro não eram as únicas maneiras de se mostrar a repulsão ou a atração magnética. Dispondo-se de dois fios condutores retos em paralelo e próximos um do outro, Ampère mostrou que quando passavam pelos dois fios correntes elétricas no mesmo sentido, eles se atraíam mutuamente e que quando passavam pelos dois fios correntes elétricas de sentidos contrários, eles se repeliam mutuamente.
A explicação para esse fenômento deriva da definição de campo magnético. Partimos do resultado experimental de que uma carga de prova puntual com velocidade v, imersa em um campo magnético, sofre a ação de uma força magnética.  A força magnética sempre atua perpendicularmente ao vetor velocidade. Isso significa que um campo magnético constante e uniforme não pode modificar o módulo da velocidade escalar de uma partícula em movimento, mas pode somente desviar sua trajetória.
Logo, um elétron em movimento, também será desviado por um campo magnético se sua velocidade for perpendicular ao campo magnético externo.
A explicação de Edwin H. Hall, que ficou conhecida como "O Efeito Hall", mostrou que os elétrons de condução se movendo num fio de cobre também são desviados por um campo magnético externo. O campo magnético exerce uma força lateral sobre os elétrons de condução no fio. Esta força é transmitida integralmente ao fio, porque os elétrons de condução não podem escapar lateralmente dele.
Com isso, podemos entender o experimento de Ampère da seguinte forma: primeiramente daremos nomes ao par de fios, para facilitar o entendimento da explicação a seguir. Chamaremos um fio de fio1 e o outro de fio2.
A corrente elétrica que atravessa o fio1, cria em torno dele um campo magnético circular. Os elétrons em movimento no fio2 sentem este campo magnético e ficam sujeitos à ação de uma força magnética. O mesmo acontece se analisarmos a partir do fio2: a corrente elétrica que atravessa o fio2, cria em torno dele um campo magnético circular. Os elétrons em movimento no fio1 sentem este campo magnético e também ficam sujeitos à ação de uma força magnética.
Para se descobrir a direção e o sentido da força magnética que atua sobre um fio, a partir da corrente que passa por ele e do campo magnético gerado pelo outro fio, utiliza-se a "regra do tapa". Alinhe seu polegar da mão direita com o sentido da corrente elétrica e os outros dedos, na direção e sentido do campo magnético. O sentido do movimento de um tapa com a palma da mão indicará a direção e o sentido da força magnética. Como mostra a figura abaixo.

É possível mostrar de forma simples o experimento feito por Ampère usando apenas fios finos e pilhas comuns. Os fios devem ser finos e leves porque estamos tratando de um experimento simples e com baixas correntes. Isso gera um campo magnético fraco e consequentemente a força magnética de atração associada a ele também será fraca. Se os fios são pesados demais, esta força não será suficiente para movê-los.  Então, tomando estes cuidados, veremos que dois fios finos se atraem mutuamente, quando passam por eles correntes elétricas de mesmo sentido. Para isso, basta esticarmos dois pedaços de fios de fone de ouvido (os fios de fone de ouvido retirados de "walkman" são mais indicados por serem finos e leves) sobre uma régua de madeira e conectá-los a algumas pilhas. Nesta conecção faz-se com que a corrente elétrica fornecida pelas pilhas passem em ambos os fios e com o mesmo sentido. O resultado final, é que estes fios vão se atrair mutuamente (mais na região central do que nas extremidades).

Montagem

• Corte as duas extremidades dos fios um fone de ouvido de "walkman" e separe-os de forma a ficar com dois pedaços de fio com aproximadamene 70cm cada. Veja a figura abaixo.

• Desencape as duas extremidades dos dois fios.
• Coloque os fios em paralelos e una as extremidades, enrolando junto suas pontas desencapadas. como mostra a figura (a) a baixo.
• Pregue dois pregos na régua de madeira de 60 cm, mais ou menos a 10 cm das extremidades.
• Lace as extremidades dos fios já enrolados nos pregos. Enrole mais o fio, um pouco de cada lado, até que os fios desencostem da madeira e fiquem um pouco esticados.
• Caso as extremidades desencapadas dos fios de "walkman" não forem suficientes para alcançar as extremidades da associação de pilhas, faça a conexão de um pedaço de fio elétrico às extremidades do fio de "walkman" e às extremidades da associação de pilhas. Como mostra a figura (b) abaixo.
• A associação de pilhas é montada conectando-se o polo positivo de uma pilha com o polo negativo de outra. Como mostra a figura (b) abaixo. Para se manter fixa a associação de pilhas, grude fita adesiva em torno das pilhas na região de seus contatos.
• Afixa-se com fita adesiva o contato dos fios elétricos com a associação de pilhas.

Comentários
 

• Este experimento pode apresentar um inconveniente: a tensão necessária para a realização do experimento. A tensão mínima para fazer com que os fios se atraiam vai depender principalmente da escolha do(s) fio(s). Quanto mais resistivos eles forem, menor será a corrente elétrica que passará por eles e consequentemente menor será o campo magnético gerado. Neste experimento, conseguimos provocar pequenas oscilações nos fios - no sentido da atração - com uma tensão de 6 volts (4 pilhas). No nosso entender essas oscilações já demonstram que os fios vão se atrair. Mas, se você  realmente quer vê-los "grudados" como mostra a figura do esquema geral de montagem, talvez você precise aumentar a tensão para um valor entre 9 e 15 volts. As figuras deste texto mostram uma associação em série de 4 pilhas comuns, com 1,5 volts cada, gerando uma tensão resultante de 6 volts. Para se produzir 9 volts, por exemplo, acrescente mais duas pilhas à série.
• Tome cuidado ao escolher o fio de "walkman". O bom funcionamento deste experimento depende quase que exclusivamente dessa escolha. Este fio deve ser bem fino e muito maleável. A maleabilidade é importante para que os fios possam se curvar no momento da atração e também para que eles não se deformem enquanto são manipulados. No término da montagem os fios devem estar retos, paralelos e um pouco esticados. Quando dizemos um pouco esticados, queremos dizer que eles devem estar esticados o suficiente para se manterem retos, paralelos e também para se apoiarem suspensos nos pregos e não encostarem na régua. Pois se isso acontece, aparece o atrito entre eles e a régua, o que não é desejável. Por outro lado, não podem estar muito esticados, pois se estiverem, a força magnética gerada não conseguirá vencer a tensão dos fios.

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

WGQ/FCL