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MAGNETISMO O que você deve saber sobre O termo magnetismo deriva da palavra Magnésia, que designava uma região da Ásia Menor onde era possível encontrar.

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1 MAGNETISMO O que você deve saber sobre O termo magnetismo deriva da palavra Magnésia, que designava uma região da Ásia Menor onde era possível encontrar amostras de rocha com alto teor de Fe 3 O 4, responsável pelas propriedades atrativas de que são dotados esses materiais. Os ímãs naturais são compostos basicamente de substâncias que contêm ferro, níquel ou cobalto. A partir de 1780, experimentos frequentes com o magnetismo levaram à associação entre corrente elétrica e campo magnético. Este tópico trata dos conceitos de campo magnético e força magnética.

2 MAGNETISMO I. Propriedades dos ímãs

3 Linhas de campo magnético Linhas de campo em torno de um ímã em forma de barra. Se colocarmos uma agulha de bússola num ponto qualquer do espaço, ela se alinhará com a tangente à linha de força, naquele ponto. I. Propriedades dos ímãs MAGNETISMO

4 Magnetismo terrestre A Terra se comporta como um gigantesco ímã, em razão da composição do seu núcleo, uma mistura superaquecida de Fe, Co e Ni. O polo norte/sul magnético se encontra atualmente próximo ao polo sul/norte geográfico. Mas há evidências de que, no decorrer das eras geológicas, essa orientação mudou diversas vezes. I. Propriedades dos ímãs MAGNETISMO

5 II. Campo magnético gerado por corrente elétrica Campo de um fio retilíneo Constante de proporcionalidade μ 0 : conhecida como permeabilidade magnética do vácuo, vale T. m/A. [A] Linhas de campo em torno de um fio reto, vistas em perspectiva – são circunferências concêntricas centradas no fio. Quanto mais próximo do fio, maior a intensidade do campo. [B] Vista no plano da situação anterior. Nesse caso, são utilizadas convenções para representar os vetores entrando e saindo do plano do papel. MAGNETISMO Para representar as linhas perpendiculares ao plano do papel, usamos os símbolos para as que saem do papel e para as que entram. BB

6 Campo no centro de uma espira circular Bobina chata II. Campo magnético gerado por corrente elétrica MAGNETISMO Espira circular de raio R, percorrida por corrente no sentido horário. O campo tem direção perpendicular ao plano da folha e sentido entrando no papel. Uma bobina chata é uma coleção de espiras circulares, coladas umas sobre as outras.

7 Campo no interior de um solenoide II. Campo magnético gerado por corrente elétrica Se o solenoide for suficientemente longo, o campo magnético em seu interior é praticamente uniforme. MAGNETISMO As linhas de campo magnético estão em vermelho, praticamente paralelas no interior do solenoide. Nessa região, vale a expressão definida anteriormente. O solenoide simula um ímã com a polaridade norte-sul.

8 III. Força magnética Uma carga elétrica q, penetrando numa região de campo magnético B, com velocidade v, sofrerá uma força magnética de módulo:, sendo θ o ângulo entre os vetores v e B. Esquema mostrando a direção dos vetores velocidade, força e campo magnético sobre uma carga positiva. Na regra da mão direita, a direção do polegar (vermelho) representa a velocidade da carga; a direção do indicador (verde) representa o campo magnético, e a direção do dedo médio (roxo) representa a força magnética. Se a carga for negativa, o vetor roxo terá seu sentido invertido. A direção e o sentido da força obedecem à chamada regra da mão direita: MAGNETISMO

9 Força em carga imersa num campo magnético uniforme A força que age sobre a carga tem módulo constante. Se a carga entra numa região com velocidade perpendicular às linhas de campo, a força magnética agirá como força centrípeta, e a carga realizará MCU. III. Força magnética MAGNETISMO Raio da órbita e período: e

10 Força magnética sobre um fio percorrido por corrente Um fio de comprimento, pelo qual circula uma corrente i, sofrerá uma força magnética se imerso numa região de campo magnético B, dada por: Se o fio for paralelo às linhas de campo, não haverá força agindo nele. Fio imerso numa região de campo magnético. III. Força magnética MAGNETISMO

11 Força entre dois fios paralelos A direção da força é perpendicular aos fios, e o sentido obedece às seguintes possibilidades: correntes de mesmo sentido: força atrativa; correntes de sentidos opostos: força repulsiva. III. Força magnética MAGNETISMO

12 (PUC-RS) Há poucos meses, a mídia internacional comentou um experimento utilizando um superacelerador de partículas, o LHC (em português, Grande Colisor de Hádrons), que pretende promover uma colisão entre prótons para testar um modelo que interpreta as partículas elementares e suas interações. Basicamente, um acelerador de partículas utiliza campos elétricos e magnéticos para acelerar e provocar as colisões entre partículas. Entre outras teorias, o eletromagnetismo contribui para a descrição dos efeitos desses campos sobre partículas, de acordo com suas propriedades. A figura representa partes das trajetórias assumidas por três tipos de partículas X, Y e Z, lançadas verticalmente com a mesma velocidade v em uma região onde existe um campo magnético B constante. A direção desse campo é perpendicular ao plano da página, no sentido para dentro, como informa a representação 2 MAGNETISMO – NO VESTIBULAR EXERC Í CIOS ESSENCIAIS

13 Nesse caso, é correto concluir que: a) a partícula Z não sofre o efeito do campo magnético. b) todas as partículas têm o mesmo sinal de carga elétrica. c) se todas as partículas tiverem a mesma massa, as partículas X têm mais carga. d) a força magnética sobre as partículas é anulada pelo desvio destas. e) se as cargas das partículas Y e Z têm a mesma intensidade, a massa de Y será maior do que a de Z. RESPOSTA: E Como todas as partículas são desviadas ao entrar na região de campo magnético, apresentam carga elétrica não nula. Além disso, o sinal da carga Z é oposto ao das cargas X e Y. Pela regra da mão direita para a força magnética, concluímos que X e Y são positivas e Z é negativa. Se fixarmos as massas, o raio das órbitas será inversamente proporcional à carga da partícula. Assim, o raio maior (partículas X) equivale à menor carga. Se, em vez disso, fixarmos as cargas, o raio será diretamente proporcional à massa da partícula. Logo, a massa de Y será maior que a de Z. 2 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS MAGNETISMO – NO VESTIBULAR

14 (UFRPE) Uma corrente constante de valor i = 1 A percorre um fio retilíneo, delgado, infinito e horizontal (ver figura). Uma partícula de carga C e peso N move-se no vácuo horizontalmente, com velocidade constante de módulo m/s. Sabendo que a permeabilidade magnética no vácuo vale 4л T. m/A, qual a distância D, em metros, da partícula ao fio? a) 0,1 b) 0,2 c) 0,3 d) 0,4 e) 0,5 4 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: B MAGNETISMO – NO VESTIBULAR

15 (UFMA) Dois fios condutores, longos e retilíneos, estão dispostos perpendicularmente à folha de papel e têm intensidades e sentidos de correntes indicados na figura ao lado. Sabendo-se que o meio é o vácuo, determine a intensidade do campo magnético no ponto P. Dado: o = T. m/A 6 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: MAGNETISMO – NO VESTIBULAR

16 (UFMT) Em uma região de alto vácuo, em que existe um campo magnético B = T, são lançados um próton e um elétron com a mesma velocidade, perpendicularmente às linhas de campo magnético. A razão entre os raios do próton e do elétron é, aproximadamente: a) 5, b) 1, c) 1, d) 1, e) 1, EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D MAGNETISMO – NO VESTIBULAR

17 (Unifap) Dois condutores retilíneos e paralelos, infinitamente longos, imersos no vácuo, estão separados por uma distância 3a pelos quais percorre a corrente elétrica i igual a 4 A. Determine a intensidade do campo de indução magnética, resultante no ponto P, mostrado na figura, sabendo que os condutores e o ponto P estão contidos no mesmo plano. Considere a permeabilidade magnética do vácuo o = 4л T. m/A, a = 0,3 m. 11 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: MAGNETISMO – NO VESTIBULAR


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