ACÇÃO DOS CAMPOS MAGNÉTICOS SOBRE CARGAS

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1 ACÇÃO DOS CAMPOS MAGNÉTICOS SOBRE CARGAS EM MOVIMENTO E CORRENTES Física 12.º Ano - Um Breve História do Magnetismo Século XII a.c. Chineses Usam a agulha magnética (invenção árabe ou indiana) 800 anos a. C Gregos Descobrem que a magnetite (Fe 3 O 4 ) atraí pedaços de ferro 1269 Pierre de Maricourt Percebe a existência das linhas de campo magnético e dos pólos. Page 2 1

2 1600 Um Breve História do Magnetismo William Gilbert Expande as experiências do magnetismo a outros materiais. Sugere que a Terra é em si mesmo um magnete permanente Hans Christian Öersted Descobriu a relação entre a electricidade e o magnetismo. Uma corrente eléctrica num fio condutor faz mover uma agulha magnética Page Um Breve História do Magnetismo Faraday e Henry Encontram novas relações entre a a electricidade id d e o magnetismo (a indução electromagnética) Maxwell Unificou o campo eléctrico e magnético Page 4 2

3 Um Breve História do Magnetismo Page 5 Numa região em que ainfluência de uma fonte magnética se faça sentir, existe um campo magnético. A interacção magnética detecta-se não só em ímanes ou magnetes, mas também cargas em movimento (corrente eléctrica) podem originar um campo magnético. 3

4 A agulha magnética de uma bússola (colocada fora da acção de um magnete ou de uma corrente eléctrica) aponta sempre para o Norte. Mas se aproximamos dela um magnete, ela roda, tomando a orientação do campo criado pelo magnete. Page 7 Os electrões podem actuar como magnetes individuais. No ferro émais fácil alinhar os electrões que em outros materiais. Quando os electrões estão alinhados ados originam um magnete mais forte. Ferro Magnetite Page 8 4

5 O campo magnético é uma grandeza vectorial que tem uma indução magnética que se representa pelo vector B A unidade SI da intensidade de indução magnética é o tesla (T) Outra unidade (não pertence ao SI) é o gauss (G) 1G=1x T Page 9 LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA Page

6 LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA Page As linhas de campo magnético são fechadas. Em cada ponto do espaço, o vector B é tangente às linhas de campo. O número de linhas de campo, por unidade de área, é proporcional à intensidade do campo magnético. Zonas mais densas campo mais intenso Um campo magnético aproximadamente uniforme tem as linhas de campo paralelas. As linhas de campo magnético não indicam a direcção da força de interacção com o íman. Essa força tem a direcção perpendicular ao vector B Page 12 6

7 LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN GRANDE (EM FERRADURA) Pode-se considerar uniforme, excepto na extremidade dos pólos. (Caldeira et al, 2006) Page 13 Acção de Campo Magnético sobre Cargas em Movimento O campo magnético éi num determinado d ponto pode ser definido em termos de força magnética, F B Essa força pode fazer mover uma partícula com carga, com uma velocidade v Page 14 7

8 DIRECÇÃO DA FORÇA F B é perpendicular ao plano formado por v e B Page 15 F B ou F mag é a força magnética q é a carga eléctrica v é a velocidade B é o campo magnético F B = q v x B FORÇA MAGNÉTICA F B = q v B sen é o menor ângulo entre a velocidade e o campo F B é zero se a velocidade e o campo possuem direcções paralelas (0º ou 180º) F B é máxima se a velocidade e o campo são vectores perpendiculares Page 16 8

9 Trajectória e Energia de uma Carga Eléctrica num Campo Magnético Page 17 Valores de Campos Magnéticos, mais comuns Page 18 9

10 Notação de Campo Magnético (a) Pontos: vector aponta para a frente do plano do papel (b) Cruzes: vector aponta pra trás do plano do papel Page Carga Eléctrica que entra perpendicularmente à direcção do campo Sendo a trajéctória circular, a força magnética é centrípeta F B qvb mv r 2 r mv qb 2πr 2π 2πm T v ω qb Page 20 10

11 Carga Eléctrica que entra num campo Uniforme com um ângulo diferente de 90º Page 21 Carga Eléctrica que entra num Campo Uniforme com um ângulo diferente de 90º Page

12 A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos : O Campo Electromagnético Page 23 A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos : O Campo Electromagnético Como fazer para obrigar uma partícula mover-se com velocidade constante? Page 24 12

13 A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos : O Campo Electromagnético F mag = - F el q v B = q E v E B Só partículas com velocidade inferior ou superior a E / B são desviadas. Page 25 O Espectrómetro de Massa Fonte de Iões Se a velocidade for igual para todas as partículas, R depende apenas de m/ q Page 26 13

14 O Espectrómetro de Massa Fonte: Espectrómetro de Massa da Thermo Scientific Page 27 Experiência de Thomson e a relação e/m (carga /massa) do electrão Os electrões são acelerados no cátodo São deflectidos por um campo magnético e eléctrico. Os electrões colidem num ecrã fluorescente, produzindo um ponto luminoso. e Verifica-se que : 2U m B R 2 2 Page 28 14

15 O ciclotrão é um aparelho que se destina a acelerar partículas com carga eléctrica, por forma a conseguir elevadas energias cinéticas, por forma a que estas colidam com outras a fim de estudar as partículas daíresultantes, para melhor compreender a estrutura da matéria. O ciclotrão foi inventado por Ernest Lawrence ( ) em 1929, e foi posto em operação pela primeira vez em 1932, na Universidade da Califórnia, em Berkeley. O ciclotrão Ernest Lawrence ( ) 1958) Ernest Lawrencerecebeu recebeu, pelo seu trabalho, em 1939, o Prémio Nobel da Física. Fonte: Page 29 O ciclotrão O ciclotrão acelera partículas carregadas, como núcleos de hidrogénio, protões, e núcleos de hidrogénio pesado, deuterões, até altas energias, de modo a poderem ser usados em experiências de desintegração atómicas. Em suma, o ciclotrão é constituído por dois objectos em cobre, em forma de D, colocados num campo magnético uniforme, que lhes é perpendicular, onde se estabelece uma diferença de potencial, cujo sinal varia. Esquema do Ciclotrão Fonte: Page 30 15

16 Um protão penetra, animado de uma dada velocidade, no D da esquerda e fica imediatamente sob a influência do campo magnético, que é responsável por uma força magnética que lhe faz descrever um movimento circular uniforme, descrevendo uma trajectória de raio r, isto é, mantém lhe o módulo da velocidade mas altera lhe a direcção da mesma, ou seja, uma força centrípeta. Antes de penetrar no D da direita, passa por um campo eléctrico uniforme, entre os Ds. O papel deste campo eléctrico é o de acelerar o protão, aumentando lhe o módulo da velocidade, fazendo o percorrer o espaço entre os Ds com movimento rectilíneo uniformemente acelerado. Sendo: O ciclotrão Esquema do Ciclotrão Fonte: Page 31 Experimenta: O ciclotrão Aqui: Page 32 16

17 Acção de Campos Magnéticos sobre Correntes Contínuas Lei de Laplace Page 33 Exemplos: Page 34 17

18 Exercício Lei de Laplace Page 35 Aplicações: Page 36 18