Magnetostática e introdução ao eletromagnetismo. Prof. André Noronha LFS 30...

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1 Magnetostática e introdução ao eletromagnetismo Prof. André Noronha LFS

2 Última aula Definição de corrente elétrica: Unidade: [AMPÈRE], que é igual a [COULOMB]/[SEGUNDO]; Contagem de elétrons passando por um cilindro imaginário ; Leis de Ohm e potência elétrica V R. i i R L A Carga totalque passa por A Intervalo de tempo P V. i L A 2

3 Magnetismo Magnetismo é uma das interações que, também cedo, o ser humano descobriu. Antes de virar imãs de geladeira, os objetos magnéticos eram, milênios atrás, protagonistas de magias, manifestações de poderes divinos. Existiu uma lenda chinesa que a morada dos deuses ficava na interseção de todas as linhas das bússolas - o que chamamos hoje de polos magnéticos da Terra. 3

4 Bússola e as grandes navegações A bússola, inventada pelos chineses milênios atrás, foi um dos principais instrumentos utilizados pelos europeus na chamada era das grandes navegações. Seu funcionamento é bem simples, e todos vocês conhecem. De um ponto de vista físico ocorre o seguinte : As linhas azuis representam o campo magnético da Terra campo a agulha da bússola não está alinhada com este campo, ela sofre um torque mecânico. O torque mecânico faz então a agulha da bússola se alinhas com o campo terrestre. 4

5 Campo terrestre Assim, já sabíamos empiricamente que o próprio planeta Terra se comporta como um grande imã, tendo seu polo norte magnético (onde as linhas magnéticas saem ) no polo sul geográfico. O campo magnético não é só responsável por orientar nossas bússolas, mas também dar orientação de direção para algumas aves no período de procriação! 5

6 Campo terrestre sobre o Brasil Carta magnética do Brasil. Vocês teriam alguma hipótese de porque algumas linhas magnéticas são tão curvadas que não parecem apontar para o norte? 6

7 Polos de um imã Os imãs são os objetos macroscópicos que possuem características magnéticas e a mais básica delas é possuir SEMPRE dois polos: norte (de onde linhas magnéticas saem ) e sul (onde entram ) E importantíssimo! Se tentarmos dividir um imã de barra para tentar separar os polos norte e sul, nós não conseguiremos - isso é uma lei da física! (chamada Lei de Maxwell para o magnetismo, pesquise) 7

8 Forma das linhas de campo magnético a) Linhas em um imã; b) Linhas em um eletroímã; c) Linhas de campo induzido em um material ferromagnético; d) Linhas de campo magnético ao redor de um fio percorrido por corrente elétrica; e) Linhas de campo magnético geradas por uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica. 8

9 Unidade de campo magnético A unidade padrão de campo magnético no SI é o TESLA (homenagem a Nicola Tesla). Porém, outra unidade existente é o GAUSS (homenagem a Karl F. Gauss). O equivalente delas é: 1Tesla Gauss Para se ter uma ideia da magnitude dos campos, segue os exemplos: Campo magnético terrestre: T ou 0,00003 T Imã de geladeira: T ou 0, T Imã de neodímio: 1 T Imã de autofalante: 2 T Estrela de nêutrons Magnetar: 10 8 T ou T 9

10 Eletricidade gera Magnetismo No início do século XIX, de alguma forma descobrimos (ou melhor, Hans Oersted e outros descobriram) que eletricidade gera magnetismo. Isto é, em um fio percorrido por uma corrente, gera-se um campo magnético circular ao seu redor. 10

11 Campo magnético de espiras O campo magnético de uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica tem um formato muito curioso, parecido com o campo terrestre. Essa semelhança levou à teoria de que o campo terrestre é gerado por gigantescas correntes elétricas de cargas imersas no manto terrestre (pouco acima do núcleo)! 11

12 Lei circuital de Ampère É possível calcular o campo magnético gerado por um fio percorrido por uma corrente elétrica i. Corrente elétrica ponto P Suponha que você quer determinar o módulo do campo magnético no ponto P (ver figura) criado pela corrente que percorre o fio. O ponto P está a uma distância perpendicular R do fio. Pela lei circuital de Ampère (o mesmo da unidade de corrente), o campo magnético nesse caso é dado por: B 0. i 2.. R Campo magnético R O termo μ 0 é chamado de permeabilidade magnética no vácuo ele tem um papel semelhante à constante eletrostática k que já discutimos bimestre passado (pesquise). 12

13 Cargas num campo magnético A relação entre eletricidade e magnetismo não para aí. Sabese experimentalmente que uma carga elétrica é desviada quando se movimenta numa região com campo magnético. O que causa esse desvio é uma força, conhecida como força magnética ou força de Lorentz. O módulo dessa força, quando a carga se move perpendicularmente ao campo, é dada por: F M q. v. B É uma força que só desvia, e não realiza trabalho! Para saber que direção ela aponta, use novamente a regra da mão direita : Direção da força Direção da velocidade Direção do campo magnético 13

14 Rastro de partículas carregadas 14

15 Cortina de partículas desviadas 15

16 Exemplos 16