secretaria de estado da educaÇÃo diretoria de ensino
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SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO
DIRETORIA DE ENSINO REGIÃO SÃO JOÃO DA BOA VISTA
E. E. PROFESSORA ANÉSIA MARTINS MATTOS – E.F.M – SÃO JOÃO DA BOA VISTA-SP
ROTEIRO DE ESTUDO
Disciplina/Professor Física/Ronaldo Ano/série 3° ano A
Ponto de Partida: Aula CMSP do dia 13/07/2020 – Cadernos do Estado de São Paulo – Volume 2Site: SÓFÍSICA
Conteúdo ELETROMAGNETISMO: - Campo magnético; - Força magnética. (Conteúdo do 2º bimestre - Currículo do Estado de São Paulo / Caderno do Aluno volume 2)
HABILIDADES(s) - A partir de observações ou de representações, formular hipóteses sobre a direção do campo magnético em um ponto ou região do espaço, utilizando informações de outros pontos ou regiões; - Identificar as linhas do campo magnético e reconhecer os polos magnéticos de um ímã, por meio de figuras desenhadas, malhas de ferro ou outras representações; - Representar o campo magnético de um ímã utilizando linguagem icônica de pontos, traços ou linhas; - Identificar a relação entre a corrente elétrica e o campo magnético correspondente em termos de intensidade, direção e sentido.
Período de realização 27-07-20 A 31-07-20 SEMANALEnviar para o e-mail ATENÇÃO: o aluno deverá estudar o texto e os exercícios. Copiar os exercícios e suas
respectivas resoluções no caderno, fotografar e enviar no e-mail do professor abaixo:
Prazo de entrega até
31/07/2020
Eletromagnetismo
FÍSICAO eletromagnetismo é a parte da Física que estuda a eletricidade e o magnetismo, bem como as relações estabelecidas entre eles.
Eletromagnetismo é a parte da Física que relacionaa eletricidade e o magnetismo. Essa teoria baseia-se nosseguintes princípios:1. Cargas elétricas em movimento geram campomagnético;2. Variação de fluxo magnético produz campo elétrico.Durante muito tempo, acreditou-se que eletricidade emagnetismo eram o mesmo fenômeno. Foi somente em 1600que o médico e físico inglês Gilbert escreveu um livrodistinguindo as duas teorias. Apesar dessa diferenciação
entre os dois fenômenos, havia fortes indícios de que existiaalguma relação entre eles.
Mapa Mental: Eletromagnetismo
*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui!Qual é a relação entre Eletricidade e Magnetismo?Essa relação foi descoberta pelo dinamarquês HansChristian Oesterd em 1820, o que só foi possível graças àinvenção dos geradores elétricos, que permitiam a geraçãode correntes elétricas duradouras e estáveis necessárias parao estudo dos fenômenos.Oersted demonstrou a existência dessa interação a partir deum simples experimento. Ele colocou uma agulha magnéticapróxima a um condutor de eletricidade. Para isso, ele utilizouuma bússola e um fio de platina em um circuito. O fio deplatina, ao ser percorrido pela corrente elétrica, ficavaincandescente, o que garantia uma corrente suficientementeintensa. Quando o fio era aproximado da bússola, sua agulhamagnética sofria deflexão.
Experimento de Oesterd
O experimento de Oersted mostrava que a correnteelétrica gerava campo magnético. Porém, em 1831, MichaelFaraday, na Inglaterra, utilizou um núcleo de ferro e duasbobinas A e B para mostrar que a variação do fluxomagnético também gerava corrente elétrica. Faradaypercebeu que, nos momentos em que conectava oudesconectava a bobina A na fonte, passava uma correnteelétrica na bobina B, mas essa corrente aparecia somentenesses instantes.
Experimento de Faraday
A partir dessa experiência, ele concluiu que essa correnteelétrica ocorria em virtude da variação do campo magnético,que aparecia quando a bobina A era ligada e desapareciaquando essa mesma bobina era desligada. Esse fenômenoficou conhecido como indução magnética ou Lei de Faraday.Os fenômenos eletromagnéticos foram descritos por umconjunto de leis formulado por James Clerck Maxwell,
cientista que foi tão importante para o Eletromagnetismocomo Isaac Newton foi para a Mecânica.
James C. Maxwell teve importância sem igual para os estudos sobre Eletromagnetismo
Vários aparelhos indispensáveis atualmente só existem emface da evolução nos estudos sobre o Eletromagnetismo.Entre eles, podemos citar: cartões magnéticos,transformadores de tensão, motores elétricos, antenas detransmissão de dados, forno micro-ondas, entre outros.
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EXERCÍCIOS
QUESTÃO 1De acordo com o Eletromagnetismo, o movimento relativo entre cargaselétricas e um observador tem como resultado o surgimento de:
a) campos elétricos.
b) campos magnéticos.
c) diferença de potencial.
d) fenômenos relativísticos.
e) ondas gravitacionais.
QUESTÃO 2No Eletromagnetismo, existe uma lei que estabelece a seguinte relação: avariação temporal do fluxo de campo magnético através de uma área é
responsável por produzir um campo elétrico perpendicular a essa área e,consequentemente, um campo magnético induzido no sentido oposto àquelavariação. A lei que estabelece uma relação matemática para o enunciadomostrado acima é chamada de:
a) Lei de Faraday.
b) Lei de Ampére.
c) Lei de Gauss.
d) Lei de Lenz.
e) Lei de Faraday-Lenz.
QUESTÃO 3
Durante muito tempo, desconhecia-se a relação entre os fenômenoselétricos e magnéticos. Pensava-se, nessa época, que se tratava defenômenos distintos sem qualquer relação entre si. No entanto, bastou umexperimento para provar que esses fenômenos estavam interligados. Oexperimento em questão ficou conhecido como:
a) experimento de Rutherford.
b) experimento de Faraday.
c) experimento de Oersted.
d) experimento de Millikan.
e) experimento de Michelson-Morley.
QUESTÃO 4A unificação e a descrição matemática dos fenômenos eletromagnéticos foiessencial para o desenvolvimento de inúmeras tecnologias utilizadasatualmente. O responsável por essa unificação foi:
a) Michael Faraday.
b) Hans Christin Oersted.
c) André Marie Ampére.
d) James Clerk Maxwell.
e) Nikola Tesla.
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Campo magnético
O campo magnético é uma região do espaço ondeas cargas elétricas em movimento são sujeitas à ação deuma força magnética, capaz de alterar as suas trajetórias.O campo magnético é resultado da movimentação decargas elétricas, como no caso de um fio queconduz corrente elétrica ou até mesmo na oscilação departículas subatômicas, como os elétrons.Propriedades do campo magnético
De acordo com o SI, a unidade de medida de campomagnético é o tesla (T), em homenagem a um dos grandesestudiosos dos fenômenos magnéticos, Nikola Tesla (1856-1943). O campo magnético é vetorial, assim comoo campo elétrico ou o campo gravitacional, por isso,apresenta as propriedades módulo, direção e sentido.Esse tipo de campo pode ser produzidopor imãs naturais e artificiais, feitoscom espiras condutoras e bobinas. Se você quiser sabermais sobre as origens do campo magnético, sugerimos quevocê leia o nosso artigo sobre magnetismo e tire todas assuas dúvidas.Veja também: Confira algumas dicas indispensáveis paraeconomizar energia elétricaComo dito, a origem do campo magnético estána movimentação das cargas elétricas. Quando o campoelétrico oscila em alguma região do espaço, essa oscilaçãodá origem a um campo magnético orientado emuma direção perpendicular (90º) ao campo elétrico. Paracompreendermos melhor as propriedades do campomagnético, fazemos uso de um recurso conhecidocomo linhas de indução, por meio dele, podemos visualizarmelhor o formato do campo magnético.
Ocampo magnético atribui aos ímãs a capacidade de atraírem-
se ou repelirem-se
Linhas de campo magnéticoAs linhas do campo magnético são sempre fechadas,elas nunca se cruzam, e quanto mais próximas estiverem,maior será a intensidade do campo magnético naquelaregião. Além disso, a região dos magnetos de onde saemlinhas de indução é chamada de norte magnético, e aregião em que essas linhas de indução imergem é conhecidacomo sul magnético.
As linhas de indução do campo magnético saem do polo norte
e entram no polo sul.
Monopolos magnéticosOutra característica do campo magnético diz respeito à nãoexistência de monopolos magnéticos, isto é, todo campomagnético apresenta um polo sul e um polo norte,diferentemente do campo elétrico, que permite a existênciade cargas positivas e negativas, por exemplo.
Afigura mostra as linhas do campo magnético terrestre que
emergem do norte magnético.
Quando alguma carga elétrica move-se em uma região decampo magnético, uma força magnética, perpendicular à suavelocidade e à direção do campo magnético, surge,produzindo uma deflexão na trajetória das cargas elétricas.Esse fenômeno acontece frequentementenos polos magnéticos da Terra, que apresentam maiorcampo magnético e, por isso, são capazes de defletir apartículas carregadas provenientes do vento solar, dandoorigem às auroras polares.Fórmula do campo magnético
A fórmula usada para o cálculo do campomagnético depende do formato do corpo que o produz.Os casos mais comuns são aqueles em que calculamos ocampo magnético de fios, espiras e bobinas. Confira quaissão as fórmulas usadas para o cálculo do campo magnético:Campo magnético de um fio condutorPara calcularmos a intensidade do campo magnéticoproduzido por um fio condutor, atravessado por uma correnteelétrica, utilizamos a fórmula a seguir:
B – campo magnético (T)
μ0 – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10-7 T.m/A)i – corrente elétrica (A)
d – distância do ponto até o fio (m)A fórmula anterior nos permite calcular a intensidade de umcampo magnético, gerado por um fio condutor, em um pontosituado a uma distância d, com base nesse fio.
Adireção do campo magnético do fio é determinada pela mão
direita, como mostra a figura.
Campo magnético gerado por uma espira circularO campo magnético gerado por uma espira circular pode sercalculado pela seguinte fórmula:
R – raio da espira (m)Campo magnético gerado por uma bobinaBobinas são formadas por um conjunto de espirascondutoras. O cálculo do campo magnético produzido poruma bobina é bastante similar àquele feito para as espiras,nesse caso, a diferença fica com o inteiro n — o númerode espiras que forma a bobina:
n – número de espiras
Nas bobinas, o campo magnético concentra-se em seu interior,
como mostra a figura.
Campo magnético da Terra
O campo magnético da Terra tem origem na rotação donúcleo terrestre, que acontece com velocidade diferenteda crosta do planeta. O núcleo terrestre é formado por umagrande quantidade de metais que apresentam uma grandequantidade de cargas elétricas, é a movimentação dessascargas que dá origem ao campo magnético da Terra.Leia mais: Camadas da Terra – ao todo são três principaiscamadas e duas descontinuidadesO campo magnético funciona como uma espécie de escudopara os gases atmosféricos, se não fosse por ele, a atmosferaterrestre seria varrida pela grande quantidade de partículasque é emitida pelo Sol a todo instante.O campo magnético da Terra desempenhou um papel degrande importância nas navegações, quando se utilizavaa bússola como o principal instrumento de navegação. Alémdisso, diversos animais são capazes de reproduzir rotasmigratórias graças à sua capacidade de perceber a
orientação do campo magnético da Terra. Caso queira sabermais sobre esse tema, leia nosso texto: Campo magnético daTerra.Campo magnético e campo elétricoOs campos elétricos e magnéticos estão relacionados, comomostrou o físico e matemático inglês James ClerkMaxwell (1831-1879). Em 1864, Maxwell unificou osfenômenos elétricos e magnéticos, mostrando que a luztratava-se de uma onda e que era produzidapela oscilação de campos elétricos e magnéticos.De acordo com os seus cálculos, Maxwell descobriu quea variação de um campo elétrico dava origem a umcampo magnético, do mesmo modo que ela era capaz deproduzir um campo elétrico dinâmico. A conclusão deMaxwell foi que, juntos, esses campos vetoriais davamorigem às ondas eletromagnéticas, como a luz visível,as ondas de rádio, o raio x etc.Leia mais: Imantação: como um material que nãopossui características magnéticas torna-se um imã?
EXERCÍCIOS
Questão 1) Um fio condutor transporta uma correnteelétrica de 0,5 A. Determine a intensidade do campomagnético produzido por esse fio, em unidades de μT (10-6 T),em um ponto que se encontra a 50 cm desse fio.Dados: μ0 = 4π.10-7 T.m/Aa) 20,0 μTb) 0,2 μTc) 2,0 μTd) 4,0 μTe) 2,5 μT
Questão 2) Uma espira de raio igual a 5 cm é percorrida poruma corrente elétrica de 1,5 A. Determine a intensidade docampo magnético produzido por essa espira.
Dados: μ0 = 4π.10-7 T.m/A, use π = 3.a) 1,5.10-6 Tb) 1,8.10-5 T
c) 2,0.10-4 Td) 1,3.10-5 Te) 1,8.10-8 T
Questão 3) Uma bobina de 500 voltas e raio de 2,5 cm épercorrida por uma corrente elétrica de 0,5 A. Determine aintensidade do campo magnético, em unidades de mT (10-
3 T), produzido por essa bobina.
Dados: μ0 = 4π.10-7 T.m/A, use π = 3.a) 1,5 mTb) 2,0 mTc) 6,0 mTd) 5,0 mTe) 3,0 mT
FORÇA MAGNÉTICA
O que é força magnética?
O QUE É?O que é força magnética? Essa força surge quando uma partículacarregada move-se em uma região de campo magnético.A força magnética é o resultado da interação entre doiscorpos dotados de propriedades magnéticas, como ímãs oucargas elétricas em movimento. Ela pode sertanto atrativa quanto repulsiva e surge emcorpos eletricamente carregados e que se encontram emmovimento em relação a algum campo magnético exterior.Essa força é sempre perpendicular aos vetores de velocidadedo corpo e de campo magnético.Força magnética sobre partículas carregadas
Para corpos de dimensões desprezíveis, utilizamos a seguinteequação para calcular a força magnética:
Para que essa força seja medida em Newtons (N), o móduloda carga líquida (q) do corpo, ou seja, a carga em excessoou falta, deve ser dado em Coulombs; a velocidade da
partícula (v) em relação ao campo magnético deve serdada em m/s; o ângulo (θ) formado entre a velocidade(v) e o campo magnético (B), em Tesla (T), deve ser dadoem graus (º). Observe a figura para entender melhor essarelação:
Na figura acima, temos duas partículas carregadas (emvermelho) deslocando-se com velocidade v em uma regiãoonde o campo magnéticoé constante e vertical para cima. O sentido da forçamagnética depende da regra da mão direita. Além disso, seela estiver “saindo” do plano do papel, usamosum círculo com um ponto no centro; se ela estiver“entrando” no plano do papel, usamos um círculo com um“X” no centro.A figura a seguir ensina a usar a regra da mão direita paradeterminar o sentido da força magnética:
Aponte o dedo indicador no sentido do campo magnético. Odedo médio deve apontar na direção da velocidade dapartícula, e o dedão deve apontar a direção e o sentido daforça magnética. É importante perceber que essas trêsgrandezas sempre serão perpendiculares, portanto, se oângulo formado entre o vetor velocidade (v) e o vetor campomagnético (B) for igual a 0º, ou seja, caso eles sejamparalelos entre si, não haverá surgimento de forçamagnética; da mesma forma, a maior intensidade de forçamagnética surge quando o ângulo entre v e B é de 90º, pois,para esse ângulo, o sen(θ) tem o seu valor máximo,valendo 1.Se a carga da partícula for negativa, basta inverter o sentidodo dedão. Utilize a regra da mesma forma e, no final, inverta:se o dedão aponta para cima, a força magnética aponta parabaixo e vice-versa.
Força magnética sobre condutores retilíneos
Se um fio condutor retilíneo, assim como um fio, estiversendo percorrido por uma corrente elétrica em uma regiãoonde há campo magnético externo, ele sofrerá a ação deuma força magnética. Podemos calcular a intensidade dessaforça magnética utilizando a equação a seguir:
B é o valor da intensidade do campo magnéticoem Tesla (T);
i é o valor da corrente elétrica em Amperes (A); L é o comprimento do fio em metros (m).
O ângulo, nesse caso, é formado entre o campo magnético eo comprimento do fio, por isso, ele deve ser retilíneo; casocontrário, teríamos de calcular a força magnética sobre cadatrecho do fio que apresentasse um ângulo diferente. Nafigura a seguir, temos um fio percorrido por uma correnteelétrica (i) em uma região de campo magnético (apontandopara fora do plano do papel). Observe o sentido da forçamagnética em cada parte do fio:
Agora que você já sabe o que é força magnética, fique atentoaos detalhes:
A força magnética é sempre perpendicular (90º) àvelocidade da partícula carregada e ao campo magnético,simultaneamente;
Como a força magnética faz um ângulo de 90º com avelocidade da partícula, a velocidade não se altera, somenteo seu sentido e direção, logo, a força magnética não realizatrabalho;
Se o ângulo entre a velocidade (θ) e o campomagnético for de 0º, não haverá força magnética.
EXERCÍCIOS
QUESTÃO 1Suponha que uma carga elétrica de 4 μC seja lançada em um campo magnético uniforme de 8 T. Sendo de 60º o ângulo formado entre v e B, determine a força magnética que atua sobre a carga supondo que a mesma foi lançada com velocidade igual a 5 x 103 m/s.
a) Fmag = 0,0014 . 10-1 Nb) Fmag = 1,4 . 10-3 Nc) Fmag = 1,2 . 10-1 Nd) Fmag = 1,4 . 10-1 Ne) Fmag = 0,14 . 10-1 N
QUESTÃO 2Imagine que 0,12 N seja a força que atua sobre uma carga elétrica com carga de 6 μC e lançada em uma região de campo magnético igual a 5 T. Determine a velocidade dessa carga supondo que o ângulo formado entre v e B seja de 30º.
a) v = 8 m/sb) v = 800 m/sc) v = 8000 m/sd) v = 0,8 m/se) v = 0,08 m/s
QUESTÃO 3(MED - ITAJUBÁ)
I. Uma carga elétrica submetida a um campo magnético sofre sempre a ação de uma força magnética. II. Uma carga elétrica submetida a um campo elétrico sofre sempre a ação de uma força elétrica.III. A força magnética que atua sobre uma carga elétrica em movimento dentro de um campo magnético é sempre perpendicular à velocidade da carga.
Aponte abaixo a opção correta:
a) Somente I está correta.b) Somente II está correta.c) Somente III está correta.d) II e III estão corretas.e) Todas estão corretas.
QUESTÃO 4(PUC) Um elétron num tubo de raios catódicos está se movendo paralelamente ao eixo do tubo com velocidade 107 m/s. Aplicando-se um campo de indução magnética de 2T, paralelo ao eixo do tubo, a força magnética que atua sobre o elétron vale:
a) 3,2 . 10-12Nb) nulac) 1,6 . 10-12 Nd) 1,6 . 10-26 Ne) 3,2 . 10-26 N
Para a correção de suas atividades, eu prefiro o envio de
fotos das páginas de seu caderno .
Podem enviar por email, encaminhem as fotos para o meu
email institucional:
POR FAVOR, identifiquem-se, colocando o nome e turma no
início da atividade. Também, confiram a qualidade da foto,
para facilitar a minha leitura.
Bons estudos
