Fundamentos de Eletricidade Física 3 Fundamentos de Eletricidade CAMPOS MAGNÉTICOS Prof. Alexandre W. Arins

O que Produz um Campo Magnético? Já que o campo elétrico E é produzido por cargas elétricas, seria natural que o campo magnético B fosse produzido por cargas magnéticas. Entretanto, embora a existência de cargas magnéticas (conhecidas como monopolos magnéticos) seja prevista em algumas teorias, essas cargas até hoje não foram observadas. Os campos magnéticos podem ser produzidos de duas formas. A primeira forma é usar partículas eletricamente carregadas em movimento, como os elétrons responsáveis pela corrente elétrica em um fio, para fabricar um eletroímã. Outra forma de produzir um campo magnético é usar partículas elementares, como os elétrons, que possuem um campo magnético intrínseco.

Propriedades Magnéticas A Magnetita é um mineral magnético formado pelos óxidos de ferro II e III cuja fórmula química é Fe3O4. A magnetita apresenta na sua composição, aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe2O3 ou 26,7% de ferro e 72,4% de oxigênio. O mineral apresenta forma cristalina isométrica, geralmente na forma octaédrica. É um material quebradiço, fortemente magnético, de cor preta, de brilho metálico, com densidade de 5,18 g/cm3. A magnetita é a pedra-ímã mais magnética de todos os minerais da Terra, e a existência desta propriedade foi utilizada para a fabricação de bússolas.   1. Polaridade 2. Atratibilidade 3. Inseparabilidade 3

Campo Magnético Campo Magnético é a região do espaço em torno de um condutor percorrido por corrente elétrica ou em torno de um ímã. Para cada ponto do campo magnético, existe um vetor B, denominado vetor campo magnético. No SI, a unidade do vetor B é o Tesla (T) 4

Magnetismo Terrestre O planeta se comporta como um imã gigante. Este magnetismo é atribuído a enormes correntes elétricas que circulam no seu núcleo que é constituído de ferro e níquel (materiais ferromagnéticos) no estado líquido, devido as altas temperaturas. Pólo Norte Geográfico: indicado pelo pólo Sul (S) magnético. Pólo Sul Geográfico: indicado pelo pólo Norte (N) magnético.

Magnetismo Terrestre Pólo magnético norte (2001) 81° 18′ N 110° 48′ W (2004) 82° 18′ N 113° 24′ W Pólo magnético sul (1998) 64° 36′ S 138° 30′ E 63° 30′ S 138° 0′ E 6

Cinturões de Van Allen A Terra possui dois cinturões de altíssima radiação que são os cinturões de Van Allen. Os cinturões de Van Allen são duas zonas da magnetosfera que capturam ou repelem partículas provenientes do espaço.

Fenômenos Magnéticos - Auroras A aurora, que deve seu nome à deusa romana do amanhecer, ocorre quando velozes fluxos de prótons e elétrons vindos do Sol são guiados pelo campo magnético da Terra e se chocam com os átomos e moléculas atmosféricos. Suas diversas formas, cores e estruturas têm fascinado durante séculos o ser humano. O fenômeno é mais visível normalmente de setembro a outubro e de março a abril. Conhecida como "boreal" no norte e "austral" no sul, a aurora não é um fenômeno exclusivo da Terra. Outros planetas, como Marte e Saturno, são iluminados também pelo seu brilho. Aurora Boreal – Pólo Norte Aurora Austral – Pólo Sul 8

Imãs Elementares O movimento do elétron em torno do seu próprio eixo é o "spin". A propriedade magnética da matéria origina-se basicamente do spin dos elétrons. O caráter magnético de um átomo, como um todo, pode ser fraco ou forte, dependendo da interação entre os spins eletrônicos.

Definição de Campo Magnético (B) O Campo magnético é definido em termos da força FB que age sobre uma partícula de teste com carga q que se move através do campo com velocidade v.

Cálculo do Campo Magnético Pode ser calculado pela equação: ou seja: O ângulo θ é formado pelas direções do campo e da velocidade e o sentido da força é dado pela regra da mão direita.

Uma carga elétrica q lançada dentro de um campo magnético B, com uma velocidade v, sofre a ação de uma força F. Onde: B = Campo magnético (T) q = Carga elétrica (C) v = Velocidade (m/s) F = Força magnética (N) θ = ângulo entre a velocidade da carga elétrica e o campo magnético.

Unidades de Medida 1 T = 104 gauss A unidade SI para campo magnético é o tesla (T). Outra unidade usual não pertencente ao SI é o gauss (G). A relação entre tesla e gauss é: 1 T = 104 gauss Próximo a um grande eletroímã - 1,5 T Na superfície da Terra - 10-4 T Menor valor em ambiente blindado magneticamente - 10-14 T Maior valor até o momento - 45 T Alguns Campos Magnéticos

Partícula Carregada Circulando num Campo Magnético Uma partícula carregada eletricamente movendo-se perpendicular a um campo magnético se desloca em círculo. Uma partícula carregada eletricamente que move-se fazendo um ângulo entre 0 e 90o em relação a um campo magnético descreve uma trajetória helicoidal.

Espectrômetro de massa Íons de mesma velocidade entram num campo magnético que os obriga a descrever uma trajetória circular. Igualando a Força Centrípeta e a Força Magnética temos:

Força Magnética em um Fio Percorrido por Corrente Experiência de Oërsted Em 1820, Oërsted observa que uma corrente elétrica pode gerar um campo magnético. Desta observação ele concluiu que havia um campo magnético atuando na bússola e este era gerado pela passagem da corrente elétrica pelo fio.

Força Magnética em um Fio Percorrido por Corrente Um fio reto transportando uma corrente i num campo magnético uniforme experimenta uma força lateral que pode ser calculada por: O ângulo θ é formado pelas direções do campo e da corrente elétrica no condutor e o sentido da força é dado pela regra da mão direita.

Onde: F = Força magnética (N) B = Campo magnético (T) i = Corrente elétrica (A) L = Comprimento do fio condutor (m) θ = ângulo entre o fio condutor e o campo magnético.

Força sobre condutores percorridos por corrente elétrica A força magnética é ┴ ao plano que contém o condutor e o campo magnético.

Força sobre condutores percorridos por corrente elétrica

O Efeito Hall Consiste no fenômeno segundo o qual, perante a presença de um campo magnético dirigido perpendicularmente a um condutor, pelo qual circula corrente, aparece uma diferença de potencial nas faces opostas a circulação de corrente.

O Efeito Hall Descrição: Na figura "A", o elemento Hall recebe uma carga negativa na extremidade superior (simbolizado pela cor azul) e uma positiva na extremidade inferior (cor vermelha). Em "B" e "C", tanto a corrente elétrica ou o campo magnético são revertidos, causando a polarização reversa. Invertendo ambas corrente e campo magnético (figura "D") faz com que o elemento Hall novamente assuma a carga negativa na extremidade superior.

O Efeito Hall

Torque sobre uma espira de corrente

Torque sobre uma espira de corrente

Momento de Dipolo Magnético Podemos descrever a bobina que transporta corrente com um único vetor , seu momento de dipolo magnético. Podemos escrever a equação do torque sobre uma bobina devido a um campo magnético como: