Magnetismo 1w5s1o

FÍSICA, 3ª Série Campo 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, a agulha magnética assume uma posição perpendicular ao plano definido pelo fio e pelo centro da agulha.

Imagem: Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica

Campo Magnético Gerado em um Condutor Reto

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

A limalha de ferro serve para visualizarmos as linhas de força do campo magnético gerado pelo condutor retilíneo

Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License

• • •

Em cada ponto do campo o vetor B é perpendicular ao plano definido pelo ponto 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

Sentido das Linhas de força do Campo Magnético

Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain

Vista em perspectiva

Imagem: Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

• Vista de cima

• Vista de lado

Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License

Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

•

Intensidade do vetor campo magnético – Condutor Retilíneo

• A intensidade do vetor campo magnético, produzido por um condutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart

o  i B  2   .d i  corrente em ampère (A) d  distância do ponto ao condutor, perpendicular a direção do mesmo em metros(m) o  permeabilidade magnética do vácuo. Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License

o  4    107T  m A

Exempl o • Um condutor reto e extenso no vácuo é percorrido por uma corrente de 5A. Calcule o valor da intensidade do vetor indução magnética em um ponto P que dista 20cm do condutor. Indique o sentido do vetor.

P i

Solução

Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain

• Pela regra da mão direita, o vetor tem o sentido indicado na figura a seguir:

Vista em perspectiv a

Dados:

P i

 i  5A  d  20cm  2  101m

B

 o  4    107

T m A

• A intensidade de B vale:

o  i 4    107  5 6 B    B  5  10 T 1 2   .d 2    2  10

Campo Magnético em uma Espira Circular

Imagem: O campo magnético de uma barra magnética revelado por limalha de ferro em papel / Newton Henry Black / Public Domain e United States public domain

• Considere uma espira circular (condutor dobrado segundo uma circunferência) de centro O e raio R. • As linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, podendo este sentido ser determinado pela regra da mão direita.

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro

Campo Magnético no centro de uma Espira Circular • A intensidade do vetor B no centro O da espira vale:

i  corrente em ampère

o  i B  2 R

R  raio da espira em metros

o  permeabilidade magnética do vácuo. 7

o  4    10 T  m A

Polos de uma espira

• Note que a espira tem dois polos. O lado onde B “entra” é o polo sul; o outro, o norte. Para o observador 1, as linhas de indução da espira saem pela face que está voltada para ela. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo norte.

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Para o observador 2, as linhas de indução da espira entram pela face que está voltada para ele. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo sul.

Campo Magnético em uma Bobina Chata • Uma bobina chata é constituída de várias espiras justapostas. • A intensidade do vetor B no centro da bobina vale:

o  i B N 2 R N  Número de espiras

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 é enrolado em forma de espiras não justapostas.

Imagem: Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público

• O campo magnético produzido próximo ao centro do solenoide (ou bobina longa) ao ser percorrido por uma corrente elétrica i , é praticamente uniforme (intensidade, direção e sentido constantes).

Linhas de Indução em um Solenoide • O solenoide se comporta como um ímã, no qual o polo sul é o lado por onde “entram” as linhas de indução e o lado norte, o lado por onde “saem” as linhas de indução.

Imagem: SiriusA / public domain

Linhas de indução obtidas com limalha de ferro

Direção e sentido do vetor B no interior do solenoide • Para determinar o sentido das linhas de indução no interior do solenoide, 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 interior do solenoide é dada por

o  N  i B L 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 é percorrido por uma corrente de 5,0A. Qual a intensidade do vetor indução magnética no interior do solenoide?

Solução Dados:  i  5A  N  1000espiras  L  1m  o  4    107

T m A

o  N  i B  L 4    107  103  5 B  1 B  2    103T

O Eletroímã • Uma bobina com núcleo de ferro constitui um eletroímã. • Em virtude da imantação do pedaço de ferro, o campo magnético resultante assim obtido é muito maior do que o campo criado apenas pela corrente que a pela bobina. (1)

Imagem: Eletroímã / Letanure / Domínio Público Imagem: Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported

Exercíci os •   a) b)

c) d)

e)

1. (UFSC) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). Polos magnéticos de mesmo nome se atraem, enquanto polos de nomes contrários se repelem. Num campo magnético uniforme, as linhas de indução magnética são retas paralelas igualmente espaçadas e igualmente orientadas. As linhas de indução magnética “saem” do polo norte e “chegam” ao polo sul. As linhas de indução magnética, do campo magnético produzido por uma corrente i, que percorre um condutor reto, são ramos de parábolas situadas em planos paralelos ao condutor. No interior de um solenoide, o campo de indução magnética pode ser considerado como uniforme e tem a direção do seu eixo geométrico. 

2. É correto afirmar que: a) Quando a uma corrente elétrica pelo fio, é gerado um campo magnético que tende a alinhar a agulha imantada com a direção deste campo. b) Ao inverter-se o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha tende a inverter sua orientação. c) A intensidade do campo magnético num ponto do espaço, gerado pela corrente no fio, será tanto maior quanto mais distante o ponto estiver do fio. d) As linhas de força do campo magnético gerado pela corrente no fio são semirretas com origem no fio e perpendiculares a ele. e) A posição original da agulha da bússola indica, na ausência de correntes elétricas ou outros campos magnéticos, a direção do componente horizontal do campo magnético terrestre. f) O fenômeno físico citado no enunciado é conhecido como indução eletromagnética e é descrito pela lei de Faraday.

• 3. (UFMG) Essa figura mostra três fios paralelos, retos e longos, dispostos perpendicularmente ao plano do papel, e, em cada um deles, uma corrente i. Cada fio separadamente, cria em um ponto a 20cm de distância dele, um campo magnético de intensidade B. O campo magnético resultante no ponto P, devido a presença dos três fios, terá intensidade igual a:

i

i

20cm

i

P 20cm

20cm

• 4. (UFMG) A figura mostra dois fios M e N, paralelos, percorridos por correntes de mesma intensidade, ambas saindo da folha de papel. O ponto P está a mesma distância dos dois fios. A opção que melhor representa a direção e o sentido corretos para o campo magnético, que as correntes criam em P, é:

M

N

P

• 5. (UFSC) Seja uma espira circular de raio r , na qual a uma corrente de intensidade i . Considere o campo magnético gerado por esta espira. Marque a(s) proposição(ões) verdadeiras. a) O campo no centro da espira é perpendicular ao plano definido pela espira. 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 mesma direção 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 ¼ do valor anterior. f) Se invertermos o sentido da corrente, a direção e o sentido do campo gerado não se alteram.