CAMPO MAGNÉTICO (B)O magnetismo origina-se na organização atômica dos materiais. Cada molécula de um material é um pequeno íman natural, denominado de íman molecular ou domínio. Quando, durante a formação de um material, as moléculas se orientam em sentidos diversos, os efeitos magnéticos dos ímanes moleculares se anulam, resultando em um material sem magnetismo natural.

Se, durante a formação do material, as moléculas assumem uma orientação única ou predominante, os efeitos magnéticos de cada íman molecular se somam, dando origem a um íman com propriedades magnéticas naturais.

Na fabricação de ímanes artificiais, as moléculas desordenadas de um material sofrem um processo de orientação a partir de forças externas.

Lista: 3E, 4E, 5E, 6P, 19E,20E, 22E, 24E, 31P, 45E, 46P, 47P, 53E, 54E, 62E, 67P

A natureza fundamental do magnetismo é a interação produzida por cargas elétricas que se movem. Diferentemente da força elétrica, que atua sempre sobre uma carga, quer ela esteja em movimento ou repouso, as forças magnéticas só atuam sobre cargas em movimento.

A força elétrica surge em duas etapas: 1) um carga produz um campo elétrico no espaço na sua vizinhança e 2) uma segunda carga reage a esse campo. Força magnética surge também em duas etapas: 1) uma carga ou conjunto de cargas em movimento (corrente elétrica) produz um campo magnético. Em seguida, uma segunda corrente ou carga em movimento reage a esse campo magnético e sofre a ação de uma força magnética.

NESTE CAPÍTULO, ESTUDAREMOS A SEGUNDA ETAPA DA INTERAÇÃO MAGNÉTICA – OU SEJA, COMO AS CARGAS EM MOVIMENTO REAGEM AOS CAMPOS MAGNÉTICO.

O magnetismo está associado ao imã permanente, que atrai objetos de ferro não imantados e também atrai ou repele outro imã.

Observado há 2500 anos em ferros imantados na cidade de Magnésia (Turquia).

PÓLOS MAGNÉTICOS

- A agulha de uma bússola comum nada mais é do que um fragmento de ferro imantado.- Pólos magnéticos sempre existem formando pares (não detectaram monopólo magnético)

Inclinação ~ 11,3 Graus

Em 1819 Hans Oersted verifica que a agulha de uma bússola era desviada por um fio conduzindo corrente elétrica. Ampère, Faraday e Henry verificam mesmo fenômeno.

As força magnéticas entre dois corpos são produzidos fundamentalmente pelo efeito magnético dos elétrons dos átomos no interior dos corpos.

No interior de um corpo imantado existe um movimento coordenado dos elétrons dos átomos, ; em um corpo não-imantado, esses movimentos são desordenados.

Interações elétricas e magnéticas estão relacionadas (Equações de Maxwell).

Campo magnético (B) é um campo vetorial associado a cada ponto do espaço.

Força Magnética sobre cargas em movimento

São quatro as características da força magnética que atuam sobre uma carga em movimento:

1- Proporcional ao módulo da carga.

2- Proporcional ao módulo do campo magnético (B).

3- Depende da velocidade da partícula (componente da velocidade perpendicular ao campo. Se for paralelo a força magnética será zero).

4- Não possui a mesma direção de B, porém atua sempre em uma direção simultaneamente perpendicular a direção de B e de v.

Gauss

vBsenqBvqFB410

A.mN 1T Tesla 1 )B( Magnético Campo de Unidade

Magnética) (Força ||

REGRA DA MÃO DIREITA (Regra de Fleming) PARA DETERMINAR SENTIDO DA FORÇA MAGNÉTICA

A Regra de Fleming , popularmente conhecida como Regra da mão direita , é a regra e recurso mnemônico geralmente utilizada quando se necessita diferenciar e/ou estabelecer como padrão uma entre duas orientações espaciais possíveis em um sistema físico pertinente. É particularmente útil para se estabelecer a "orientação do espaço“ bem como a orientação do vetor resultante de um produto vetorial neste espaço . Foi originalmente estabelecida pelo físico John Ambrose Fleming.

LINHAS DO CAMPO MAGNÉTICO E FLUXO MAGNÉTICO Linhas de Campo Magnético não são linhas de força (são linhas fechadas. Essa é uma das

diferenças entre eletricidade e magnetismo). A força magnética não está orientada no sentido de uma linha de campo.

AmNdAdB

AdB

AdB

B

B

B

/.T.m1Wb1Webber Magnético Fluxo de Unidade

Magnético) (Campo

fechada) superfíciequalquer de através magnético (Fluxo 0 .

)superfície um de através magnético (fluxo .

2

Movimento de Partículas carregadas em um Campo Magnético

angular) a(frequênci f2

a)(frequênci 2T

1f

(Período) 2vR2T

Órbita) da (Raio

22

mqBmqBqBm

qBmvR

RmvqvB

RmvF

BqmvT

Bvq

BvvqFB

||2vd :Hélice Passo

cte) (v 0

)(

////

////

//

O campo magnético terrestre pode variar (depende das condições geológicas do local) de 20µT a 60µT.

A magnetosfera protege a superfície da Terra das partículas carregadas do vento solar. É comprimida no lado diurno (Sol) devido à força das partículas que chegam, e estendido no lado noturno. São responsáveis pela ocorrência das auroras polares, na Terra conhecidas por auroras boreais (explosões solares envia particulas carregadas para terra. Quando essas partículas vencem cinturão Van Allen, elas colidem com particulas da atmosfera (N, O) excitam e qdo decai emitem luz) e auroras austrais.

A Terra possui ao seu redor um anel de antiprótons, confinados pelas linhas do campo magnético do nosso planeta. Essa antimatéria, que pode persistir por períodos que vão desde alguns minutos até horas, antes de se aniquilar com a matéria normal na atmosfera, poderia ser usada para abastecer os foguetes ultra-eficientes do futuro.

A Terra é constantemente bombardeada por raios cósmicos vindo do espaço que, ao chegarem, criam uma chuva de novas partículas conforme eles colidem com as partículas de matéria ao se aproximarem do planeta. E essa chuva de partículas contém antipartículas.

Muitas delas ficam presas dentro dos cinturões de radiação de Van Allen, duas zonas com formato de grossos anéis ao redor do planeta, onde as partículas carregadas espiralam ao redor das linhas do campo magnético da Terra.

FILME VAN ALLEN

FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM CONDUTOR TRANSPORTANDO CORRENTEAs forças magnéticas que atuam sobre as cargas que se movem no interior do condutor são transmitidas para o material do condutor, que, como um todo, sofre a ação dessa força distribuída ao longo de seu comprimento.

retilíneo) fio de segmento um sobre magnética (Força

)())(()(nAL)(qvF movem. se que cargas as todassobre Força

cargas. de número nALAL. volumeum possui L ocompriment decondutor do segmento Um

volumede unidadepor cargas de número

a

BLiF

iLBseniLBF

LBJALBAnqvB

n

a

Força magnética sobre um condutor com corrente elétrica I. Colocamos um fio condutor num campo magnético externo

Sentido de F no fio

BLiF

Aplicação da Força Magnética sobre um fio transporta corrente.

TORQUE SOBRE UMA ESPIRA Podemos representar a espira como uma série de segmentos retilíneos. A força resultante sobre uma espira de corrente em um campo magnético uniforme é

igual a zero. Contudo, o torque resultante geralmente é diferente de zero.

.B vetor o e espira da plano ao normal a entre ângulo o é

Bsenespiras de númeron

magnético) dipolo (momento IAespira) uma sobre torquedo (Módulo

:é Torque ab. igual é espira daA área

nIBAsennIBabsenA

ENERGIA POTENCIAL PARA UM DIPOLO MAGNÉTICO

Quando um dipolo magnético muda de orientação em um campo magnético, o campo realiza um trabalho sobre ele. Para um deslocamento infinitesimal dϴ, o trabalho dW é dado por Ƭdϴ e ocorre uma variação correspondente da energia potencial U(ϴ).

)(paralelos //U

elos)(antiparal B

Potencial) (Energia cos.)(

mínimo B

U

BBU

máximo

O motor de corrente contínuaEm um motor, o torque magnético atua sobre um condutor que transporta uma corrente e a energia é convertida em energia mecânica.

Em um motor (cc), uma força magnética exerce um torque sobre uma corrente que passa no motor.

DISCO MAGNÉTICO DE UM COMPUTADOR

FILME: MAGNETISMO E O MOVIMENTO DOS ELÉTRONS