5/8/2015. O Campo Magnético... um pouco do passado As primeiras manifestações de fenômenos magnéticos que se tem notícia ocorreu na Magnésia.

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1 As primeiras manifestações de fenômenos s que se tem notícia ocorreu na agnésia. Na Grécia antiga, se conheciam as propriedades de um minério de ferro encontrado na região da agnésia, a magnetita, (Fe ). Sao Carlos, 04 de maio de 2015 mineral formado pelos óxidos de ferro II e III ( FeO. Fe 2 O 3 ) fórmula química é Fe 3 O O nome, magnetita vem da região onde a mesma era antigamente encontrada, que era a agnésia(região da Grécia), e magnésia quer dizer "lugar das pedras ágicas", pois estas pedras "magicamente" sofriam atração. Um pedaço de magnetita é um ímã permanente, que atrai pequenos fragmentos de ferro. Os gregos perceberam que outros pedaços de ferro, em contato com a magnetita, podiam também se transformar em ímãs: ímãs artificiais mineral formado pelos óxidos de ferro II e III ( FeO. Fe 2 O 3 ) fórmula química é Fe 3 O 4 mineral formado pelos óxidos de ferro II e III ( FeO. Fe 2 O 3 ) fórmula química é Fe 3 O

2 Ano: a.c. Os chineses já haviam descoberto que uma agulha de magnetita Ano: 1269 (em forma de colher) capaz de orientar-se livremente em um plano horizontal, alinha-se aproximadamente na direção norte- Pierre de aricourt pólos do imã: sul, e usavam este aparato, a bússola, na navegação. Todo imã tem dois pólos, o pólo norte e o pólo sul. Os pólos iguais se repelem; os pólos opostos se atraem. 5 6 Ano: 1600 Ano: 1750 John ichell: os pólos William Gilbert sugeriu que a própria Terra fosse um imã permanente. s exercem forças atrativas ou repulsivas, uns sobre os outros, e tais forças variam com o inverso do quadrado da respectiva separação. Fato experimental: os pólos s não existem como monopolos s 7 8 2

3 Ano: 1819 Hans Oersted: uma corrente elétrica em um condutor desviava uma agulha imantada: relação entre o magnetismo e a eletricidade. Ano: 1819 Hans Oersted: uma corrente elétrica em um condutor desviava uma agulha imantada: relação entre o magnetismo e a eletricidade Ano: 1820 (11 de setembro de 1820) André Ampère ( ) Leis quantitativas da força magnética entre os condutores percorridos por correntes elétricas. Correntes circulares, de dimensões moleculares, as responsáveis por todos os fenômenos s. Ano: 1820 Ampère and Arago. Quadro histórico dos físicos franceses André-arie Ampère ( ) and Francois Arago ( ) estudando eletromagnetismo Arago está segurando duas chaves condutoras proximas à agulha de uma bússola e observando a deflexão causada. Ampère Arago

4 Ano: 1820 Este experimento foi repetido na Academia de Ciências em 1820, pelo físico dinamarquês Hans Christian Oersted. Levou Ampère a concluir que o magnetismo era eletricidade em movimento. Ampère mostrou como eram as forcas entre doi fios paralelos condutores. A unidade SI de corrente elétrica foi nomeada com seu nome por causa destas. Ampère Arago 13 Ano: 1831 ichael Faraday ichael Faraday e Joseph Henry: uma corrente elétrica pode ser induzida num circuito, seja pelo movimento de um imã perto do circuito, seja pela alteração duma corrente num outro circuito, vizinho ao primeiro. Um campo variável cria um campo elétrico. Joseph Henry ( ) 14 Ano: 1831 Ano: 1873 James Clerk axwell As Leis do Eletromagnetismo Joseph Henry ( ) ichael Faraday e Joseph Henry: uma corrente elétrica pode ser induzida num circuito, seja pelo movimento de um imã perto do circuito, seja pela alteração duma corrente num outro circuito, vizinho ao primeiro. Um campo variável cria um campo elétrico. Um campo B variável cria um campo elétrico E. Um campo elétrico E variável cria um campo B

5 Ano: 1888 Heinrich Hertz: ondas eletromagnéticas no laboratório. Verificação das previsões de axwell. Aplicações tecnológicas do magnetismo: medidores elétricos, transformadores, motores, aceleradores de partículas, alto-falantes. Registro de som, registro de imagens de TV, memórias de computadores , William Gilbert sugeriu que a própria Terra fosse um imã permanente. polo Norte geográfico bússola polo Norte polo Sul bússola polo Sul geográfico agnetismo na Terra A bússola, por sua vez, nos levou à descoberta de que a própria Terra é um grande ímã. As regiões de um ímã nas quais o magnetismo é mais intenso, em geral as extremidades, são chamadas de pólos. G pólo Norte R geográfico R pólo Sul agnetismo na Terra O campo terrestre assemelha-se a um dipolo com seus pólos próximos aos pólos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os pólos sul e norte s apresenta uma inclinação de aproximadamente θ = 11,3 o relativa ao eixo de rotação (R) da Terra. pólo Norte geográfico R N pólo Sul G R pólo Norte geográfico R agulha da bussola R S vista de cima R

6 agnetismo na Terra O campo terrestre assemelha-se a um dipolo com seus pólos próximos aos pólos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os pólos sul e norte s apresenta uma inclinação de aproximadamente 11,3 o relativa ao eixo de rotação (R) da Terra. Um campo, genericamente, se estende infinitamente. Um campo vai se tornando mais fraco com o aumento da distância da sua fonte. pólo Norte G R pólo Norte geográfico R agnetismo na Terra Como o efeito do campo terrestre se estende por várias dezenas de milhares de quilômetros, no espaço ele é chamado de magnetosfera da Terra. pólo Sul G R pólo Norte geográfico R R R agnetismo na Terra Como o efeito do campo terrestre se estende por várias dezenas de milhares de quilômetros, no espaço ele é chamado de magnetosfera da Terra. agnetismo na Terra O campo é semelhante ao de um ímã de barra, mas essa semelhança é superficial. O campo de um ímã de barra, ou qualquer outro tipo de ímã permanente, é criado pelo movimento coordenado de elétrons dentro dos átomos de ferro. O núcleo da Terra, no entanto, é mais quente que T C = 1043 K, a temperatura de Curie em que a orientação dos orbitais do elétron dentro do ferro se torna aleatória. Tal aleatorização tende a fazer a substância perder o seu campo

7 agnetismo na Terra Portanto, o campo da Terra não é causado por depósitos magnetizados de ferro, mas em grande parte por correntes elétricas do núcleo externo líquido. Outra característica que distingue a Terra magneticamente de um ímã em barra é sua magnetosfera. A grandes distâncias do planeta, isso domina o campo da superfície. agnetismo na Terra O campo da Terra é uma proteção natural do nosso planeta que impede que as partículas carregadas emitidas pelo Sol ou vindas do espaço profundo cheguem à superfície. Como as partículas solares são compostas por íons e elétrons elas sofrem a ação desse campo e são, em sua maioria, desviadas por ele. Cientistas descobriram que esse escudo protetor, chamado magnetosfera, não é perfeito. Apolo agnetismo na Terra agnetismo na Terra Trabalhando com dados da frota de satélites THEIS (Linha do Tempo de Eventos e Interações de acro-escala Durante Sub-tempestades), da NASA, pesquisadores da Universidade da Califórnia descobriram que existem dois enormes buracos na magnetosfera que permitem o vazamento das partículas e consequentemente sua entrada na Terra. Apolo

8 agnetismo Os processos de imantação também são diferentes dos processos de eletrização. A primeira diferença reside no material. Só é possível imantar alguns poucos materiais, chamados de ferros: o ferro, o níquel e o cobalto. Esses elementos também entram em algumas ligas metálicas que são magnéticas, como o aço, por exemplo. Qualquer corpo de material ferro um prego, por exemplo - colocado junto a um ímã também se torna um ímã temporário. agnetismo ímã temporário ímã temporário agnetismo agnetismo Se o prego for afastado do ímã, ele perde a imantação. Podemos tornar o prego um imã permanente ao esfregarmos sempre no mesmo sentido o mesmo pólo de um ímã contra o prego. perda de imantação ímã temporário ímã temporário

9 agnetismo Outra ação que pode tornar um prego em um imã permanente é aquecê-lo ou provocar um choque mecânico mantendo-o próximo do ímã. É interessante notar que essas mesmas ações também podem desfazer o magnetismo de um corpo. Um ímã de ferro perde a imantação quando aquecido a 1043 K. Essa temperatura recebe o nome de temperatura de Curie, em homenagem a Pierre Curie, físico francês que descobriu essa propriedade, em Profa. Ignez Caracelli Física C Linhas de campo Linhas de campo Linhas de campo Profa. Ignez Caracelli Física C Profa. Ignez Caracelli Física C 35 Cannon, R., Three-dimensional magnetic field in a bottle, The Physics Teacher, 29, 311,

10 Profa. Ignez Caracelli Física C Linhas de campo DagnetFieldTube-500A.jpg Profa. Ignez Caracelli Física C Linhas de campo elétrico e de campo campo elétrico E campo B ces/demos/demosj5/j5-03.htm 37 Profa. Ignez Caracelli Física C Linhas de campo Unidade Fundamental agnetismo: Dipolos agnéticos 39 dipolo 40 10

11 Unidade Fundamental Eletricidade: Carga Elétrica Campo Elétrico E e carga elétrica Q carga elétrica estática produz E q E F e F e = F elétrica = q E = q kq r 2 r aceleração dipolo elétrico B F m O Campo agnético O Campo agnético B força elétrica e campo elétrico E. força magnética e velocidade da carga v. A direção da força magnética: em qualquer ponto do espaço, a direção e módulo da força dependem, ambos, da direção em que se move a partícula; em todo instante, a força é sempre perpendicular ao vetor velocidade; além disso, em todo ponto, a força é sempre perpendicular a uma direção fixa do espaço. F v v F É possível descrever todo este comportamento definindo o vetor campo B, que especifica simultaneamente a direção privilegiada no espaço e a constante de proporcionalidade com a velocidade

12 O Campo agnético O Campo agnético B e a Força de Lorentz A força sobre uma carga depende não somente de onde esta se encontra, mas também da velocidade com que se desloca. Todo ponto do espaço esta caracterizado por duas quantidades vetoriais que determinam a força sobre cada carga. F q ( E v B) Força de Lorentz A primeira é a força elétrica: é independente do movimento da carga. Esta força é descrita por meio do campo elétrico E. A segunda é uma componente adicional da força, que se denomina força magnética e que depende da velocidade da carga. Força elétrica realiza W Força magnética não realiza W 45 Unidade do Campo agnético B Unidade do Campo agnético B F q v B F sen F q v B se v for perpendicular a B, sen = 1 se v = 1 m/s; q = 1 C; F = 1 N 1T N/C 1 m/s No SI, a unidade de campo é o Tesla (T) N/C 1T 1 m/s Ainda é bastante usada Gauss (G) 1 G = 10-4 T campo terrestre: ~ 0,6 G = T ímãs de laboratório: G ou 2,5 T ímãs supercondutores: G ou 25 T 12

13 Fontes de Campo agnético Regras de Fleming a Terra corrente em um fio barra magnética circuito (loop) solenóide As regras de Fleming, como o próprio nome indica, foram descobertas pelo físico britânico Sir John Ambrose Fleming ( ). Estas regras constituem auxiliares de memória usados para recordar as direções relativas do campo, corrente elétrica e da força resultante (que provoca o movimento) no gerador elétrico ou motor, usando para isso os dedos. 49 Regras de Fleming A regra da mão esquerda refere-se a motores e a regra da mão direita a geradores. Regra da mão direita (para força, corrente e campo) força As três direções são representadas pelo polegar (para o movimento), pelo indicador (para o campo) e pelo dedo médio (para a corrente elétrica), mantidos em ângulos retos uns em relação aos outros. corrente campo mão direita 52 13

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