Capitulo 27.: Campo Magnético e Força magnética

Equipe.: Camila Goes, Karolina Thiesen, Lizandra Araujo, Tainá Silva, Valmiria Müller.

Disciplina.: Tópicos de Eletromagnetismo

Professor: Wilson Alano

Campo Magnético &Força Magnética

Nesta apresentação vamos aprofundar nossos conhecimentos sobre campo magnético e força

magnética. Onde veremos as propriedades dos ímãs, a natureza da força que um campo magnético exerce

sobre uma partícula carregada em movimento, a diferença entre as linhas do campo magnético e

elétrico entre outros assuntos.

Introdução

Magnetismo

É a denominação dada aos estudos dos fenômenos relacionados com as propriedades dos imãs. Os

primeiros fenômenos magnéticos foram observados na Grécia antiga, em uma cidade chamada Magnésia.

Uma carga móvel ou uma corrente elétrica cria um campo magnético em suas vizinhanças (além do campo elétrico).

O campo magnético exerce uma força F sobre qualquer outra corrente ou carga que se mova no interior do

campo.Tal como no caso do campo elétrico, o campo magnético é

um campo vetorial, ou seja, trata-se de uma grandeza vetorial, ou seja, de uma grandeza associada a cada

ponto do espaço.

Campo Magnético

Campo Magnético Uniforme

 Campo ou parte dele onde o vetor indução magnética é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido.

Carga elétrica em repouso"Um campo magnético estacionário não interage com cargas em repouso."Tendo um Ímã posto sobre um referencial arbitrário R, se uma partícula com carga q for abandonada em sua vizinhança com velocidade nula não será observado o surgimento de força magnética sobre esta partícula, sendo ela positiva, negativa ou neutra.Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campoSempre que uma carga se movimenta na mesma direção do campo magnético, sendo no seu sentido ou contrário, não há aparecimento de força eletromagnética que atue sobre ela. Um exemplo deste movimento é uma carga que se movimenta entre os pólos de um Ímã. A validade desta afirmação é assegurada independentemente do sinal da carga estudada. 

Efeitos de um campo magnético sobre carga

O fluxo magnético é calculado por sua variação pela equação:

Fluxo Magnético

Exemplo: Um plano com área de 3.0 cm2 e inclinação de 30°

está em um campo magnético uniforme de módulo 6,0 T., calcule o fluxo magnético e determine a direção e o sentido do vetor da área

Utilizando a equação temos:

= 6,0 T x 3,0x10-4 m2 cos(60°) = 9x10-4 Wb

O vetor da área A é perpendicular a área no sentido indicado na figura.

Linhas de Campo Magnético

As linhas são desenhadas de tal modo que a linha que passa em cada ponto seja tangente ao vetor campo magnético no ponto considerado. Nos locais onde as linhas de campo são agrupadas mais compactamente, o módulo do campo magnético é elevado; quando a distancia entre linhas for grande, o módulo do campo magnético será pequeno.

Como exemplo temos a região próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro. E quando colocamos uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo, o vetor  terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o polo norte magnético da agulha.

Movimento de Partículas carregadas

em um campo magnético

Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campo

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas que tem velocidade não nula na mesma direção do campo

magnético."  

Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico

São cargas que se movem em direção perpendicular ao campo e cargas em direção qualquer, exceto igual a do campo.

Carga com movimento perpendicular ao campo Nesta situação, a força magnética tem o seu valor

máximo:  . A força magnética é centrípeta e a partícula descreve

movimento circular uniforme

Como a força é dada por , fazendo algumas analogias chegamos que o raio da trajetória é

A intensidade de  será dada pelo produto vetorial, que para o caso particular onde    e  são perpendiculares é calculado por:

A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina 

Carga movimentando-se com direção arbitrária em relação ao campo

A componente paralela ao campo magnético dá origem a um movimento de translação, e a componente perpendicular origina um movimento circular uniforme (de rotação). A sobreposição destes dois movimentos resulta numa trajetória helicoidal, com forma de hélice, conforme ilustram as figuras

• Para o cálculo da intensidade do campo magnético se considera apenas o componente da velocidade perpendicular ao campo

Exemplo: Uma partícula com carga q = 2,0 C, de massa m= 1,0 .10- 7 kg penetra , com uma velocidade v = 20 m/s, perpendicular a um campo magnético uniforme de indução B = 4,0 T através de um orifício existente no ponto O de um anteparo. Calcule a força magnética e determine a que distância do ponto 0 a partícula incide no anteparo.

Fm = 2x10-6 C . 4,0T . 20m/s

Fm= 1,6x10-4 N  R = 1,0x10-7 Kg .20m/s R=

0,25m 2,0x10-6 C . 4,0T

D=2xR D=2x0,25m D=0,5m

Força magnética sobre um condutor

transportando uma corrente

F = B.i.l.senӨ

(F=0), pois sen0°=0 e sen180°=0.

As forças que atuam sobre uma espira colocada na região de um campo magnético, tendem a fazê-la girar em relação a um eixo.As forças e formam um binário, de tal modo que o torque é o mesmo em torno de qualquer ponto.Temos que :

A força líquida sobre a espira é nula

Força e torque sobre uma espira de corrente

Torque em relação ao ponto O: Momento de dipolo magnético da espira:

Energia potencial de um dipolo magnético

em um campo magnético Quando um dipolo magnético muda de orientação em um campo

magnético, o campo realiza um trabalho sobre ele. Este trabalho origina a energia potencial para um dipolo magnético 

Os motores elétricos desempenham um papel importante na sociedade contemporânea. Em um

motor, o torque magnético atua sobre um condutor que transporta uma corrente e a energia é convertida

em energia mecânica.

Motor de corrente continua

Em um tipo simples de motor de corrente contínua a parte móvel do motor é o rotor, uma espira que pode girar em torno de um eixo e possui extremidades abertas ligadas a dois contatos. As extremidades dos fios do rotor são ligadas a dois segmentos condutores, que formam um comutador.

O motor simples indicado na figura possui uma única espira em seu rotor. Em motores práticos, o rotor

apresenta muitas espirais; isso produz um aumento no momento magnético e no torque, de modo que o

motor pode girar com cargas maiores.

Efeito Hall Está relacionado ao surgimento de uma diferença de potencial em um condutor elétrico, transversal ao fluxo de corrente e um campo magnético perpendicular à corrente. Quando um fio condutor, percorrido por uma corrente elétrica, é colocado na presença de um campo magnético as cargas deste condutor sofrerão um força. Na Fig 1 que as cargas positivas se deslocam para a direita sob a ação de uma força magnética agindo de baixo para cima. Note que se a partícula tem carga negativa e se move no mesmo sentido ela será defletida para baixo.

A corrente cessará quando o balanço de cargas, positivas e negativas crie uma força elétrica que anule a força magnética sobre as cargas. Isto é,

Haverá cargas positivas acumuladas na região superior do condutor. A diferença de potencial entre as partes superior e inferior do condutor é dada por;

onde i é a corrente no condutor, A é área seccional e n é o número de carga por unidade de volume. 

  

Com isso podemos entender mais sobre como exerce o campo magnético e a força

magnética, concluindo que as interações magnéticas são fundamentalmente interações

entre partículas carregadas que se movem.

Conclusão

Referências http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/

CampoMagnetico/efeitosobrecargas2.php https://donaatraente.wordpress.com/enquadramento-teorico/

campo-magnetico/movimento-de-particulas-carregadas-sob-a-acao-de-um-campo-magnetico-constante/

http://coral.ufsm.br/gef/Eletro/eletro04.pdf http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/

InducaoMagnetica/variacaodofluxo.php http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/

CampoMagnetico/campo.php http://itaporangasp.com/usp/fisica3/notas_de_aula/node80.html http://portal.ifi.unicamp.br