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O que é fluxo magnético?

Aprenda o que significa fluxo magnético e como calculá-lo.

O que é fluxo magnético?

Fluxo magnético é uma medida do campo magnético total que atravessa uma área específica. É uma ferramenta útil para ajudar a descrever os efeitos da força magnética sobre um corpo que ocupa uma determinada área. A medida de fluxo magnético está particularmente ligada à área escolhida. Podemos escolher qualquer tamanho para a área e orientá-la de qualquer forma relativamente ao campo magnético.
Se usarmos a imagem da linha de campo de um campo magnético, então todas as linhas de campo atravessando uma determinada área contribuem com algum fluxo magnético. O ângulo no qual a linha de campo intercepta a área também é importante. Uma linha de campo passando através de um ângulo oblíquo contribuirá apenas com uma pequena componente do campo para o fluxo magnético. Ao calcular o fluxo magnético, incluímos apenas a componente do vetor campo magnético que é normal à área de teste.
Se escolhermos uma superfície plana com área A como nossa área teste e se há um ângulo θ entre a normal da superfície e o vetor do campo magnético (magnitude B), então, o fluxo magnético será,
Φ=BAcosθ
No caso em que a superfície é perpendicular ao campo, então o ângulo é zero e o fluxo magnético é simplesmente BA. A Figura 1 mostra um exemplo de uma área plana de teste em dois ângulos diferentes de um campo magnético e o fluxo magnético resultante.
Figura 1: Fluxo magnético através de uma dada área (azul) orientada num ângulo (esquerda) e normal (direita) ao campo magnético.
Exercício 1:
Se ambas as superfícies azuis mostradas na Figura 1 possuem áreas iguais e o ângulo θ é 25, quão menor é o fluxo através da área na Figura 1-esquerda vs Figura 1-direita?

Como medimos o fluxo magnético?

A unidade do SI para o fluxo magnético é o Weber (nomeada em homenagem ao físico alemão e co-inventor do telégrafo Wilhelm Weber) e tem o símbolo Wb.
Como o fluxo magnético é apenas uma maneira de expressar o campo magnético em uma determinada área, isso pode ser medido com um magnetômetro da mesma forma como o campo magnético. Por exemplo, suponha que uma pequena sonda do magnetômetro seja movida (sem rotacionar) dentro de uma área de 0,5 m2 perto de uma grande chapa de material magnético e indique uma leitura constante de 5 mT. Então, o fluxo magnético através da área é de (5103 T)(0,5 m2)=0,0025 Wb. No caso em que a leitura do campo magnético varia com a posição, seria necessário encontrar a leitura média.
Um termo relacionado com o qual você pode se deparar é a densidade de fluxo magnético. Ela é medida em Wb/m2. Como estamos dividindo o fluxo pela área, também podemos determinar diretamente as unidades de densidade de fluxo em Tesla. Na verdade, o termo densidade de fluxo magnético é frequentemente usado como sinônimo de magnitude do campo magnético.
Exercício 2:
A Figura 2 mostra um mapa de um campo magnético não-uniforme medido próximo de uma chapa de material magnético. Se a linha verde representa uma espira de fio, qual é o fluxo magnético através da espira?
Figura 2: Um mapa das medições do campo magnético em torno de uma espira de fio (verde).

Por que isso é útil?

Há algumas razões pelas quais a descrição do fluxo magnético pode ser mais útil do que a do campo magnético propriamente dito.
  1. Quando uma bobina de fio é movida através de um campo magnético, é gerada uma tensão que depende do fluxo magnético através da área da bobina. Isso é descrito pela lei de Faraday e é explorado em nosso artigo sobre a lei de Faraday. Os motores e geradores elétricos aplicam a lei de Faraday a bobinas que giram em um campo magnético, conforme ilustrado na Figura 3. Neste exemplo, o fluxo varia conforme a bobina gira. A descrição do fluxo magnético permite que os engenheiros calculem facilmente a tensão gerada por um gerador elétrico, mesmo quando o campo magnético é complicado.
    Figura 3: Diagrama simplificado de uma bobina rotativa num gerador elétrico (domínio público).
  2. Embora até agora tenhamos nos preocupado apenas com o fluxo magnético medido para uma área de teste simples e plana, podemos fazer a nossa área de teste em uma superfície com a forma que quisermos. Na verdade, podemos usar uma superfície fechada, como uma esfera, que envolve uma região de interesse. Superfícies fechadas são particularmente interessantes para os físicos por causa da Lei de Gauss para o magnetismo. Como os ímãs sempre têm dois polos, não há possibilidade (até onde sabemos) de existir um monopolo magnético dentro de uma superfície fechada. Isso significa que o fluxo líquido de campo magnético através dessa superfície fechada é sempre zero e, portanto, todas as linhas de campo magnético que entram na superfície fechada são equilibradas de forma exata pelas linhas de campo que saem dela. Esse fato é útil para simplificar problemas de campo magnético.

Fluxo magnético ao redor de um fio conduzindo corrente

Exercício 1:
A Figura 4 mostra uma espira quadrada colocada perto de um fio condutor de corrente. Usando as dimensões indicadas na figura, encontre o fluxo magnético através da bobina. Se você não sabe como calcular o campo magnético em torno de um fio, reveja o nosso artigo sobre campo magnético. Dica: pode ser útil plotar o campo magnético versus a distância vertical do fio.
Figura 4: Fluxo magnético através de uma espira próxima de um fio reto conduzindo corrente.

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