Eletromagnetismo

Imãs

1- Campo Magnético O espaço tem suas propriedades alteradas pela presença de um imã, assim como o espaço em volta da terra é afetado pela presença do planeta (gravidade). Assim como existe um campo gravitacional em volta dos planetas, existe um campo magnético em volta dos imãs. O campo magnético também é denominado campo de indução magnética, é representado pela letra B e sua unidade é o Tesla (T)

2- As Linhas de Indução Magnética Um imã na presença de um campo magnético tende a se alinhar com o campo por causa da atração e repulsão de seus pólos. Se colocarmos vários pequenos imãs na região do espaço perto de um imã grande, esses pequenos imãs se alinhariam com o campo do imã maior. A direção e o sentido de alinhamento desses imãs, define a direção e o sentido do campo de indução magnética.

O sentido de 𝐵 é o sentido em que aponta o pólo norte do imã de prova (aquele que se alinha com o campo do imã maior). As linhas de força emergem do pólo norte e penetram pelo pólo sul do imã formando sempre linhas fechadas. A intensidade do campo é representada pela proximidade das linhas de campo, quanto mais próximas, mais intenso é o campo nessa região.

3- O Magnetismo Terrestre O planeta Terra é um corpo magnético e portanto existe um campo magnético em volta do planeta.

3- O Eletromagnetismo Cargas em movimento geram campos magnéticos e campos magnéticos exercem força sobre cargas em movimento.

4- O Campo Magnético de uma corrente elétrica a) Campo magnético de um fio longo e reto Uma corrente elétrica em um fio longo e reto causa um campo de indução magnética circular centrado no fio.

b) Campo magnético de uma espira Uma espira consiste em se dobrar o fio de forma a se obter uma forma fechada. O efeito no campo magnético é a soma dos efeitos de cada “pedacinho” do fio.

c) Campo magnético de uma bobina Uma bobina (ou solenóide) é uma sucessão de espiras sendo percorridas por uma corrente elétrica e compondo um campo magnético.

4- Força magnética sobre uma carga elétrica Uma carga em repouso não é afetada por um campo magnético, porém uma carga em movimento pode receber uma força se estiver na presença de um campo magnético.

𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. 𝑣 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞.𝑣.𝐵. sin 𝜃 A equação matemática que expressa como a força magnética funciona é: 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. 𝑣 × 𝐵 Para calcular o módulo dessa força magnética a expressão fica: 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞.𝑣.𝐵. sin 𝜃 Onde θ é o ângulo que o vetor velocidade faz com o vetor campo magnético

5- Movimento de uma carga elétrica em um campo magnético Como a força magnética sempre será perpendicular à velocidade, ela funciona como uma força centrípeta. Se o campo magnético for uniforme e a velocidade for perpendicular ao campo, o movimento da carga será circular e uniforme.

Igualando as duas: 𝐹 𝑚𝑎𝑔 = 𝐹 𝑐𝑒𝑛𝑡 𝑞.𝑣.𝑏= 𝑚. 𝑣 2 𝑅 Sabemos que: 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞.𝑣.𝑏 Dessa relação, podemos obter o raio do movimento circular da partícula. e 𝐹 𝑐𝑒𝑛𝑡 = 𝑚. 𝑣 2 𝑅 𝑅= 𝑚.𝑣 𝑞.𝐵

6 - Força magnética sobre uma corrente elétrica Quando colocamos um fio, percorrido por uma corrente elétrica, em um campo magnético, as cargas da corrente irão sentir uma força magnética conforme já estudamos. Fazendo uma análise simples, podemos calcular a força magnética total sobre as cargas da corrente elétrica nesse fio.

𝐹 𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 ∆𝑡 . ∆𝑆 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. 𝑣 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. ∆𝑆 ∆𝑡 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 ∆𝑡 . ∆𝑆 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. 𝑣 × 𝐵 O tamanho do fio (L) é igual ao deslocamento das cargas e 𝑞 ∆𝑡 é a corrente elétrica (i). Então: Mas: 𝑣 = ∆𝑆 ∆𝑡 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑞. ∆𝑆 ∆𝑡 × 𝐵 𝐹 𝑚𝑎𝑔 =𝑖. 𝐿 × 𝐵

7- Motor magnético

Determine, para cada uma das situações propostas a seguir, o sentido da força magnética que atua no segmento de fio, quando ele é percorrido pela corrente indicada:

8 – Indução magnética

a) A Lei de Lenz: Surgirá uma corrente induzida numa espira condutora fechada, em presença de um campo magnético, sempre que ocorrer uma mudança na configuração do sistema. A corrente induzida terá um sentido tal que ela se oporá à mudança que a produziu.

Podemos criar um gerador de corrente alternada utilizando esse princípio:

Nas figuras seguintes, determine o sentido da corrente induzida que irá percorrer o resistor, quando o fio AB for deslocado no sentido indicado

𝜀=− ∆𝜙 Δ𝑡 a) A Lei de Faraday: Toda vez que o fluxo do campo magnético (φ) através de um circuito é de alguma forma modificado, surgirá no circuito uma força eletromotriz que irá se opor a essa variação. Essa força eletromotriz (ε) induzida é dada por: 𝜀=− ∆𝜙 Δ𝑡

𝜙=𝑉. cos 𝜃 .𝐴 O que é o fluxo de uma grandeza? O fluxo φ de uma grandeza vetorial 𝑉 através de uma superfície de área A, é dado pelo produto da componente perpendicular à superfície com a área. 𝜙=𝑉. cos 𝜃 .𝐴

Links simulações: Motor eletrico 1 http://www.youtube.com/watch?v=Ue6S8L4On-Y Motor eletrico http://www.youtube.com/watch?v=Xi7o8cMPI0E Indução: http://www.youtube.com/watch?v=tKmQ9T8R1Yw&feature=endscreen&NR=1