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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3ª Série
Campo magnético produzido por corrente elétrica
FÍSICA, 3ª SérieCampo magnético produzido por corrente elétrica
A DESCOBERTA DO ELETROMAGNETISMO
Hans Christian
Oersted -1820
Imagem: Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do
Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio Público,
United States Public Domain
Experiência de Oersted
• Quando a corrente elétrica “ i ” se estabelece no condutor, aagulha magnética assume uma posição perpendicular aoplano definido pelo fio e pelo centro da agulha.
Imagem: Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative
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Genérica
Campo Magnético Gerado em um Condutor Reto
A limalha de ferro serve para visualizarmos as linhas de força docampo magnético gerado pelo condutor retilíneo
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
• Em cada ponto do campo o vetor B é perpendicular ao plano definido peloponto e o fio.
• As linhas de indução magnética são circunferências concêntricas com o fio.
• O vetor B é tangente em cada pondo das linhas de indução magnética(1).Im
agem
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uto
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esconhecid
o / G
NU
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icense
Sentido das Linhas de força do Campo Magnético
Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido /
Public Domain
• Vista em perspectiva • Vista de cima • Vista de lado
Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano)
Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)
Imagem: Talos / Creative
Commons Attribution-Share Alike
3.0 Unported
Imagem: Autor Desconhecido /
GNU Free Documentation
License
Imagem
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imagem
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o.
Intensidade do vetor campo magnético –Condutor Retilíneo
• A intensidade do vetor campo magnético, produzido por umcondutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart
d
iB o
.2
i corrente em ampère (A)
d distância do ponto aocondutor, perpendicular a direçãodo mesmo em metros(m)
o permeabilidade magnéticado vácuo.
AmTo 7104
Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU
Free Documentation License
Exemplo
• Um condutor reto e extenso no vácuo é percorrido poruma corrente de 5A. Calcule o valor da intensidade dovetor indução magnética em um ponto P que dista 20cmdo condutor. Indique o sentido do vetor.
i
P
Solução
• Pela regra da mão direita, o vetor tem o sentido indicado nafigura a seguir:
Vista em perspectiva
i
P
BA
mT
mcmd
Ai
Dados
o
7
1
104
10220
5
:
• A intensidade de B vale:
TBd
iB o 6
1
7
1051022
5104
.2
Imagem
: R
egra
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Auto
r D
esconhecid
o / P
ublic
Dom
ain
Campo Magnético em uma Espira Circular
• Considere uma espira circular (condutor dobrado segundouma circunferência) de centro O e raio R.
• As linhas de campo entram por um lado da espira e saempelo outro, podendo este sentido ser determinado pelaregra da mão direita.
Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro
Imagem
: O
cam
po m
agnético d
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ma
barr
a m
agnética r
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do p
or
limalh
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dom
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de
Autor Desconhecido.
Campo Magnético no centro de uma Espira Circular
• A intensidade do vetor B no centro O da espira vale:
R
iB o
2
i corrente em ampère
R raio da espira em metros
o permeabilidade magnéticado vácuo.
AmTo 7104
Polos de uma espira
• Note que a espira tem dois polos. O lado onde B “entra” é opolo sul; o outro, o norte.
Para o observador 1, as linhasde indução da espira saempela face que está voltada paraela. Portanto, essa face daespira se caracteriza como umpolo norte.
Para o observador 2, as linhasde indução da espira entrampela face que está voltada paraele. Portanto, essa face daespira se caracteriza como umpolo sul.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Campo Magnético em uma Bobina Chata
• Uma bobina chata é constituída de várias espiras justapostas.
R
iNB o
2
N Número de espiras
• A intensidade do vetor B nocentro da bobina vale:
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de
Autor Desconhecido.
Polos de uma Bobina Chata
• Aproximando-se um ímã de uma bobina, verifica-se que o polo norte daquele atrai o sul da bobina,repelindo o norte da mesma.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Campo Magnético em um Solenoide
• O solenoide é um dispositivo em que um fio condutor éenrolado em forma de espiras não justapostas.
• O campo magnético produzido próximo ao centro do solenoide (ou bobinalonga) ao ser percorrido por uma corrente elétrica i , é praticamenteuniforme (intensidade, direção e sentido constantes).
Imagem: Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público
Linhas de Indução em um Solenoide
• O solenoide se comporta como um ímã, no qual o polo sul éo lado por onde “entram” as linhas de indução e o ladonorte, o lado por onde “saem” as linhas de indução.
Linhas de indução obtidas com limalha de ferro
Imagem: SiriusA / public domain
Direção e sentido do vetor B no interior do solenoide
• Para determinar o sentido das linhas de indução no interior dosolenoide, podemos usar novamente a regra da mão direita.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Intensidade do vetor B no interior do solenoide
• A intensidade do vetor indução magnética uniforme no interiordo solenoide é dada por
L
iNB o
N Número de espiras
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
Exemplo
• Um solenóide de 1000 espiras por metro está no vácuo e épercorrido por uma corrente de 5,0A. Qual a intensidade dovetor indução magnética no interior do solenoide?
Solução
A
mT
mL
espirasN
Ai
Dados
o
7104
1
1000
5
:
TB
B
L
iNB o
3
37
102
1
510104
O Eletroímã
• Uma bobina com núcleo de ferro constitui um eletroímã.
• Em virtude da imantação do pedaço de ferro, o campo magnéticoresultante assim obtido é muito maior do que o campo criado apenas pelacorrente que passa pela bobina. (1)
Imagem: Eletroímã / Letanure / Domínio PúblicoImagem: Guindaste com eletroímã / Zwergelstern /
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Unported
Exercícios
• 1. (UFSC) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s).
a) Polos magnéticos de mesmo nome se atraem, enquanto polos de nomescontrários se repelem.
b) Num campo magnético uniforme, as linhas de indução magnética sãoretas paralelas igualmente espaçadas e igualmente orientadas.
c) As linhas de indução magnética “saem” do polo norte e “chegam” ao polosul.
d) As linhas de indução magnética, do campo magnético produzido por umacorrente i, que percorre um condutor reto, são ramos de parábolassituadas em planos paralelos ao condutor.
e) No interior de um solenoide, o campo de indução magnética pode serconsiderado como uniforme e tem a direção do seu eixo geométrico.
2. É correto afirmar que:
a) Quando passa uma corrente elétrica pelo fio, é gerado um campomagnético que tende a alinhar a agulha imantada com a direção destecampo.
b) Ao inverter-se o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha tende ainverter sua orientação.
c) A intensidade do campo magnético num ponto do espaço, gerado pelacorrente no fio, será tanto maior quanto mais distante o ponto estiver dofio.
d) As linhas de força do campo magnético gerado pela corrente no fio sãosemirretas com origem no fio e perpendiculares a ele.
e) A posição original da agulha da bússola indica, na ausência de correnteselétricas ou outros campos magnéticos, a direção do componentehorizontal do campo magnético terrestre.
f) O fenômeno físico citado no enunciado é conhecido como induçãoeletromagnética e é descrito pela lei de Faraday.
• 3. (UFMG) Essa figura mostra três fios paralelos, retos e longos, dispostosperpendicularmente ao plano do papel, e, em cada um deles, umacorrente i. Cada fio separadamente, cria em um ponto a 20cm dedistância dele, um campo magnético de intensidade B. O campomagnético resultante no ponto P, devido a presença dos três fios, teráintensidade igual a:
20cm 20cm 20cm
i i iP
• 4. (UFMG) A figura mostra dois fios M e N, paralelos, percorridos porcorrentes de mesma intensidade, ambas saindo da folha de papel. Oponto P está a mesma distância dos dois fios. A opção que melhorrepresenta a direção e o sentido corretos para o campo magnético, que ascorrentes criam em P, é:
M N
P
• 5. (UFSC) Seja uma espira circular de raio r , na qual passa umacorrente de intensidade i . Considere o campo magnético gerado poresta espira. Marque a(s) proposição(ões) verdadeiras.
a) O campo no centro da espira é perpendicular ao plano definido pelaespira.
b) O campo no centro da espira está contido no plano definido pela espira.
c) O campo gerado fora da espira, no plano definido por ela, tem mesmadireção e mesmo sentido do campo gerado no interior da espira,também no plano definido por ela.
d) Se dobrarmos a corrente i , o campo gerado cai à metade.
e) Se dobrarmos o raio da espira, o campo gerado em seu centro cai a ¼do valor anterior.
f) Se invertermos o sentido da corrente, a direção e o sentido do campogerado não se alteram.
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
2a Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio Público, United States Public Domain
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%98rsted.jpg
05/04/2012
3 Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oersted%27s_experiment.JPG?uselang=pt-br
05/04/2012
4a e 4b
SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
5 Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RechteHand.png?uselang=pt-br
09/04/2012
6 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Right_hand_rule.png
05/04/2012
7a Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gerader_leiter.svg
11/04/2012
7b Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_wire_out.svg?uselang=pt-br
11/04/2012
7c SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
8 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Manoderecha.svg
11/04/2012
10 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Right_hand_rule.png
05/04/2012
Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
11a SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
11b O campo magnético de uma barra magnética revelado por limalha de ferro em papel / Newton Henry Black / Public Domain / United States public domain
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11/04/2012
a 15 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
16 Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público
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11/04/2012
17a SiriusA / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoidspole.svg?uselang=pt-br
11/04/2012
18b SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
19 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE. 17/04/2012
21a Eletroímã / Letanure / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eletroima.png?uselang=pt-br
09/04/2012
21b Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Loading_Machine_Scrap_01.jpg?uselang=pt-br
09/04/2012
Tabela de Imagens