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5. Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica a) Colocamos um fio condutor num campo magnético externo Sabemos que a corrente elétrica, I.

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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). 1 d) Quando a corrente é para baixo o fio desvia para a direita.

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

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

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

5 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 5 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

6 66 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

7 7 MOMENTO (TORQUE) SOBRE UMA ESPIRA DE CORRENTE NUM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME 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 Lembrando que O CAMPO MAGNÉTICO É PARALELO AO PLANO DA ESPIRA

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

9 9 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 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 11 EFEITO HALL 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. O efeito de Hall encontra importantes aplicações na industria eletrónica. 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 12 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 O excesso de cargas positivas e negativas, funciona como um condensador de placas paralelas, com um campo elétrico conhecido como campo Hall.

13 13 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. Diferença de potencial de Hall Coeficiente de Hall: área

14 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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