Magnetismo: Campo Magnético

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA PARAÍBA Campus Princesa Isabel Magnetismo: Campo Magnético Disciplina: Física III Professor: Carlos Alberto

2 Aurora Austral Polo Sul Aurora Boreal Polo Norte

3 Objetivos de aprendizagem Ao estudar este capítulo você aprenderá: As propriedades dos imãs e como eles interagem entre si; Qual é a diferença entre as linhas de campo magnético e as linhas de campo elétrico; Algumas aplicações práticas de campos magnéticos em química e física; Como analisar as forças magnéticas que atuam sobre condutores que transportam correntes; Como circuitos de corrente se comportam quando colocados em um campo magnético.

4 O magnetismo natural O termo magnetismo resultou do nome Magnésia, região da Ásia Menor (Turquia), devido a um minério chamado magnetita (ímã natural) com a propriedade de atrair objetos ferrosos à distância (sem contato físico).

5 O magnetismo natural 1. Polaridade A Magnetita é um mineral magnético formado pelos óxidos de ferro II e III cuja fórmula química é Fe3O4. A magnetita apresenta na sua composição, aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe 2O3 ou 26,7% de ferro e 72,4% de oxigênio. O mineral apresenta forma cristalina isométrica, geralmente na forma octaédrica. É um material quebradiço, fortemente magnético, de cor preta, de brilho metálico, com densidade de 5,18 g/cm3. A magnetita é a pedra-ímã mais magnética de todos os minerais da Terra, e a existência desta propriedade foi utilizada para a fabricação de bússolas. 2. Atratibilidade 3. Inseparabilidade

6 Campo magnético É uma região do espaço na qual um pequeno corpo de prova fica sujeito a uma força de origem magnética. Este corpo de prova deve ser feito de material que apresente propriedades magnéticas. vetor campo magnético (ou indução magnética) S N N S S N No SI, a unidade do vetor campo magnético é o Tesla (T)

7 Linhas de campo Em um campo magnético, as linhas são tais que o vetor campo magnético apresenta as seguintes características: Direção: sempre tangente a cada linha de campo; Sentido: o mesmo da respectiva linha de campo; Intensidade: proporcional à densidade das linhas de campo. Campo magnético Uniforme

8 O magnetismo na matéria Materiais ferromagnéticos São fortemente atraídos por um ímã. Exemplo: ferro, níquel, cobalto... Materiais paramagnéticos São fracamente atraídos por um ímã. Exemplo: vidro, alumínio, cromo, platina... Materiais diamagnéticos São levemente repelidos por um ímã. Exemplo: água, prata, ouro, mercúrio, chumbo... Ponto Curie Temperatura a partir da qual a magnetização se desfaz. (Aproximadamente 770 ºC para o ferro) Magnetismo remanescente Cessada a interação magnética com um material ferromagnético ainda há resquícios da influência desta interação. Isso ocorre porque os domínios magnéticos do material continuam alinhados temporariamente.

9 Exercícios de aplicação Exemplo 01: A figura representa um ímã em forma de barra, com os pólos magnéticos nas extremidades. Suponha que se pretenda dividir esse ímã em dois e que haja duas sugestões para fazer essa divisão. A primeira, de efetuá-la na direção longitudinal, da linha ℓ; a segunda, na direção normal, da linha n. Logo em seguida a essa divisão, em relação aos ímãs resultantes, pode-se afirmar que:

10 Exercícios de aplicação Exemplo 01: a) ambos vão se repelir, em quaisquer das duas sugestões. b) ambos vão se atrair, em quaisquer das duas sugestões. c) vão se repelir, na primeira sugestão e se atrair na segunda. d) vão se atrair, na primeira sugestão e se repelir na segunda. e) perdem a imantação na primeira sugestão e se atraem na segunda.

11 Exercícios de aplicação Exemplo 02: Ao aproximar-se um ímã permanente de uma barra observa-se que a barra se transforma em um ímã. Isto acontece porque: a) a barra possui elétrons livres b) a barra encontra-se em sua temperatura Curie c) a barra sofreu indução eletrostática d) a barra é de material ferromagnético Exemplo 03: Quando uma barra de material ferromagnético é magnetizada, são: a) acrescentados elétrons à barra b) retirados elétrons da barra c) acrescentados ímãs elementares à barra d) retirados ímãs elementares da barra e) ordenados os ímãs elementares da barra

12 Exercícios de aplicação Exemplo 04: Um ímã, em forma de barra, de polaridade N (norte) e S (sul), é fixado numa mesa horizontal. Um outro ímã semelhante, de polaridade desconhecida, indicada por A e T, quando colocado na posição mostrada na figura 1, é repelido para a direita. Quebra-se esse ímã ao meio e, utilizando as duas metades, fazem-se quatro experiências (I, II, III e IV), em que as metades são colocadas, uma de cada vez, nas proximidades do ímã fixo.

13 Exercícios de aplicação Exemplo 04: Indicando por nada a ausência de atração ou repulsão da parte testada, os resultados das quatro experiências são, respectivamente:

14 Exercícios de aplicação Exemplo 05: Analise cada uma das afirmações e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F). ( ) Nas regiões próximas aos polos de um ímã permanente, a concentração de linhas de indução é maior do que em qualquer outra região ao seu redor. ( ) Qualquer pedaço de metal colocado nas proximidades de um ímã permanente torna-se magnetizado e passa a ser atraído por ele. ( ) Tomando-se um ímã permanente em forma de barra e partindo-o ao meio em seu comprimento, obtém-se dois polos magnéticos isolados, um polo norte em uma das metades e um polo sul na outra.

15 Campo magnético gerado por corrente elétrica Experimento de Oersted Até o início do século XIX, não se conhecia a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Segundo algumas versões, em 1820 Hans Christian Oersted, um professor em Amsterdã, notou que a agulha de uma bússola defletia quando próxima de um circuito. Representação esquemática da Experiência de Oersted

16 Campo magnético gerado por corrente elétrica Toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético Fio retilíneo e longo: Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, cria-se um campo magnético de tal forma que o vetor campo magnético é perpendicular ao plano que contém o fio.

17 Campo magnético gerado por corrente elétrica Fio retilíneo e longo: O sentido das linhas de campo magnético é determinado pela regra da mão direita. Visto em perspectiva Visto de cima Visto de lado Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

18 Campo magnético gerado por corrente elétrica Fio retilíneo e longo: Onde: B: módulo do vetor campo magnético (T-Tesla) i: corrente elétrica ( A) d: distância perpendicular entre o fio condutor e o ponto P onde se encontra o vetor campo magnético (m) μ: permeabilidade magnética do meio No vácuo: (SI)

19 Campo magnético gerado por corrente elétrica Espira circular: Onde: B: módulo do vetor campo magnético (T) i: corrente elétrica ( A) R: Raio da espira (m) μ: permeabilidade magnética do meio

20 Campo magnético gerado por corrente elétrica Bobina chata: Uma bobina chata é uma coleção de espiras circulares, coladas umas sobre as outras. Onde: B: módulo do vetor campo magnético (T) i: corrente elétrica ( A) n: número de espiras R: Raio da espira (m) μ: permeabilidade magnética do meio

21 Campo magnético gerado por corrente elétrica Solenóide: Se o solenoide for suficientemente longo, o campo magnético em seu interior é praticamente uniforme. Quantidade de voltas por unidade de comprimento

22 Exercícios de aplicação Exemplo 06: Duas correntes de mesma intensidade i1 = i2 percorrem os condutores da figura. Essas correntes produzem um campo magnético resultante nulo nos pontos: a) P1 e P3 b) P1 e P2 c) P1 e P4 d) P2 e P3 e) P2 e P4

23 Exercícios de aplicação Exemplo 07: Dois fios retos, comprimidos e paralelos são colocados perpendicularmente ao plano desta folha e percorridos por correntes elétricas tais que i1 = 3i2, conforme a figura. Os campos magnéticos resultantes criados pelas correntes, nos pontos M e N, estão mais bem indicados na opção:

24 Exercícios de aplicação Exemplo 08: Um solenóide compreende 2000 espiras por metro. Qual o valor da intensidade do vetor indução magnética, originado na região central, devido à passagem de uma corrente elétrica de 0,5 A? Exemplo 09: Dois fios paralelos são percorridos por correntes de intensidade i1 = 3,0 A e i2 = 4,0 A no mesmo sentido. Calcule a intensidade do vetor indução magnética resultante num ponto P, que dista 2,0 cm de i1 e 4,0 cm de i2 localizado entre os fios. Exemplo 10: As espiras da figura têm raios iguais a 4π cm, centros coincidentes e estão colocadas em planos perpendiculares entre si. Sabendo que i1 = 5 A e i2 = 2 A, determine a intensidade do vetor indução magnética no centro das espiras. Adote: μ0 = 4π x 10-7 T.m/A

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