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5. Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica

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Apresentação em tema: "5. Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica"— Transcrição da apresentação:

1 5. Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica
a) Colocamos um fio condutor num campo magnético externo Sabemos que a corrente elétrica, I no fio condutor é devida ao movimento dos eletrões com b) A corrente é nula, não havendo portanto qualquer força sobre o fio e ele permanece na vertical. c) Quando a corrente é para cima o fio desvia para a esquerda (aplicação da regra da mão direita). d) Quando a corrente é para baixo o fio desvia para a direita.

2 Sentido: dado por qualquer regra do produto vectorial ou pela regra da mão direita
REGRAS DA MÃO DIREITA

3 Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica num campo magnético externo

4 FORÇA MAGNÉTICA NUM SEGMENTO DE FIO RETO CONDUZINDO UMA CORRENTE I E QUE SE ENCONTRA NUM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME Considerando que  número de cargas por volume  volume do segmento  número de cargas no fio Força magnética sobre o fio de comprimento é mas Esta expressão se aplica somente à um fio reto que se encontra num campo magnético uniforme

5 A força sobre o fio todo é
FORÇA MAGNÉTICA NUM SEGMENTO DE FIO DE FORMA ARBITRÁRIA, CONDUZINDO UMA CORRENTE I, E QUE SE ENCONTRA NUM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME O fio tem uma seção uniforme. A força magnética sobre um segmento muito pequeno é A força sobre o fio todo é A direção que o campo faz com o vetor pode variar de ponto a ponto A relação acima também é válida no caso mais geral em que o condutor tem uma forma arbitrária e o campo magnético não é uniforme 5

6 FIO CURVO COM CORRENTE I NUM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME
A quantidade representa o vetor soma de todos os pequenos deslocamentos ds ao longo da trajetória entre a a b, e será igual ao vetor deslocamento que une os extremos do condutor 6

7 MOMENTO (TORQUE) SOBRE UMA ESPIRA DE CORRENTE NUM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME
O CAMPO MAGNÉTICO É PARALELO AO PLANO DA ESPIRA Lembrando que  Para os lados 1 e 3  Para os lados 2 e 4  Essas duas forças provocam um momento da força (torque) em relação a O que provoca uma rotação no sentido horário. A área da espira é

8 O CAMPO MAGNÉTICO FAZ UM ÂNGULO COM O PLANO DA ESPIRA
A área da espira é

9 Energia potencial da espira
MOMENTO DE DIPOLO MAGNÉTICO (OU MOMENTO MAGNÉTICO): Momento da força (torque) sobre uma espira de corrente pode ser escrito como Para uma bobine com N espiras Energia potencial da espira

10 Exemplo: Num enrolamento quadrado de 12 voltas, de lado igual a 40 cm, passa uma corrente de 3A. O enrolamento repousa no plano xy na presença de um campo magnético uniforme: Determine: a) O momento dipolo magnético do enrolamento; b) O momento da força exercido sobre o enrolamento; c) A energia potencial do enrolamento. Resolução

11 EFEITO HALL O efeito de Hall encontra importantes aplicações na industria eletrónica. Ele é usado para determinar diretamente o sinal e o número de portadores de carga por volume num dado material . Por exemplo em chips semicondutores. A corrente pode ser devida tanto a portadores positivos que se movem para a direita como a portadores negativos que se movem para a esquerda. Se a corrente na tira for de cargas positivas: as cargas se acumulam na superfície superior do material deixando a parte de baixo da tira com excesso de carga negativa. Esta separação de cargas gera um campo elétrico.

12 O excesso de cargas positivas e negativas, funciona como um condensador de placas paralelas, com um campo elétrico conhecido como campo Hall. No equilíbrio a força elétrica para baixo equilibra com a força magnética para cima  e os portadores de carga deslocam-se através da amostra sem desvio

13   Diferença de potencial de Hall  área  Coeficiente de Hall:
Medindo-se a ddp de Hall entre os pontos a e c, pode-se determinar o sinal e a densidade volumétrica (n) dos portadores de carga.

14 Exemplo: Por uma placa de prata com espessura de 1 mm passa uma corrente de 2.5 A numa região na qual existe campo magnético uniforme de módulo 1.25 T perpendicular à placa. O valor da tensão Hall medida é de V. Calcule: a) A densidade de portadores. b) Compare a resposta anterior com a densidade de portadores na prata, que possui densidade e massa molar M= g/mol. Nota 


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