Campo Magnético. Prof a. Michelle Mendes Santos

Transcrição

1 Campo Magnético Prof a. Michelle Mendes Santos

2 O Magnetismo O magnetismo é um efeito observado e estudado há mais de 2000 anos. O magnetismo descreve o comportamento de objetos que atraem metais, conhecidos como ímãs. Os ímãs são constituídos de dois pólos (dipolo magnético), Norte e Sul, que se atraem mutuamente. Pólos iguais se repelem. A Terra é um ímã natural. Os pólos magnéticos e as cargas elétricas se assemelham em alguns aspectos, porém, diferem no fato de que os pólos magnéticos só aparecem em pares. Estudaremos, a partir daqui, a interação entre o campo magnético e as cargas elétricas.

3 A Força Exercida por um Campo Magnético A existência de um campo magnético B em algum ponto do espaço pode ser demonstrada usando uma bússola. Se há um campo magnético, a agulha se alinhará na direção e sentido do campo. A interação desse campo magnético com uma partícula carregada em movimento pode ser observada experimentalmente. Quando uma partícula de carga q e velocidade v está em uma região de campo magnético B, uma força é exercida na partícula: F = q v B = q v B senθ

4 A Força Exercida por um Campo Magnético A direção da Força é dada pela Regra da Mão Direita:

5 A Força Exercida por um Campo Magnético A unidade de medida da Força Magnética e o Tesla. N 1 T = 1 = 1 C. m / s N A. m A intensidade do campo magnético da Terra é um pouco menor que 10-4 T na superfície. Imãs permanentes potentes têm a intensidade da ordem de 0,1T.

6 Força Magnética em um Fio Quando um fio conduzindo corrente está em uma região onde existe um campo magnético, há uma força no fio que é igual à soma das forças magnéticas nos portadores de carga individuais no fio. Corrente em um fio de seção A: L é um vetor cujo módulo é o comprimento do fio e a direção e sentido são os mesmos da corrente.

7 Força Magnética em um Fio A força magnética pode ser calculada para cada segmento infinitesimal de um fio quando este não é retilíneo:

8 Exemplo Um segmento de fio de 3,0mm de comprimento conduz uma corrente de 3,0A na direção +x. Ele está em um campo magnético de magnitude 0,02T que está no plano xy e faz um ângulo de 30º com a direção +x. Qual é a força magnética exercida no segmento de fio?

9 Exemplo 2 Um fio formando um semicírculo de raio R está no plano xy. Ele conduz uma corrente I do ponto a ao ponto b. Nesta região há um campo magnético uniforme que é perpendicular ao plano do semicírculo. Determine a força magnética exercida na seção semicircular do fio.

10 Exemplo 2 Se

11 Linhas de Indução As linhas de indução ou linhas de campo magnético representam o campo magnético B, assim como as linhas de campo E representam o campo elétrico. A direção do campo é indicada pela direção das linhas de campo e o módulo é indicado pela densidade das linhas na superfície perpendicular a elas. As linhas de campo magnético são perpendiculares à força magnética; As linhas de campo magnético nunca começam nem terminam.

12 Movimento de uma carga puntiforme em um campo magnético A força magnética em uma partícula carregada é sempre perpendicular à velocidade da partícula. Essa força varia a direção da velocidade, mas não seu módulo, por isso, Força Magnética não realiza trabalho! Se a velocidade da partícula é perpendicular a um campo magnético uniforme, a partícula se move em órbita circular.

13 Movimento de uma carga puntiforme em um campo magnético Pela 2ª. Lei de Newton, pode-se dizer, nesse caso, que: e Dessa forma, é possível obter o raio da trajetória. O período gasto para realizar uma volta é: Período de Cíclotron E a frequência é: Frequência de Cíclotron

14 Exemplo Um próton tem massa igual a 1,67x10-27 kg, carga igual a 1,6x10-19 C e se move em um círculo de raio r=21cm perpendicular a um campo magnético igual a 4000G (1G = 10-4 T). Determine a velocidade do próton e o período do movimento.

15 Torque em um anel Se uma corrente percorre um anel, a força resultante nesse anel é igual a zero, mas o torque resultante, não!

16 Torque em um anel onde Para N aneis, Momento de dipolo magnético:

17 Energia Potencial de um Dipolo Magnético em um Campo Magnético Se um objeto girante é submetido a um torque, um trabalho é realizado. Se um dipolo magnético é girado de um ângulo dθ, o trabalho realizado é: Com a realização do trabalho, há uma queda de energia potencial: Integrando, Se U=0 quando θ=90º,

18 Exemplo Uma bobina quadrada de 12 voltas e comprimento lateral de 40 cm, conduz uma corrente de 3A. Ela está no plano z=0 em um campo magnético uniforme B=0,3Tî + 0,4Tk. O sentido da corrente está mostrado na figura. Determine: a) O momento magnético da bobina, b) O torque exercido na bobina e c) A energia potencial da bobina.

19 Exemplo

20 O Efeito Hall