TC DE FÍSICA No 3 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO Campo Magnético

TC DE FÍSICA No 03 – 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO
PROFESSOR
Edney Melo
ALUNO(A):
Nº
TURMA:
TURNO:
DATA:
/
/
COLÉGIO:
OSG 4476/05
Campo Magnético no Centro de uma Espira Circular
Quando uma espira circular condutora,
de raio R, é percorrida por uma corrente
elétrica de intensidade i, verifica-se o
aparecimento de um campo de indução magnética
B (efeito Oersted) no centro da espira.
Esse campo magnético tem, conforme
mostra a figura abaixo:
Quando essa bobina é percorrida por uma
corrente elétrica de intensidade i, gera no
centro um campo de indução magnética B que
tem como características:
Direção: perpendicular ao plano das
espiras.
Sentido:
dado
pela
regra
da
mão
direita.
Direção:
perpendicular
ao
plano
da
Intensidade: B = n .
espira
Sentido:
dado
pela
regra
da
mão
direita,
podendo-se
inverter
a
correspondência entre os dedos da mão e os
elementos i e B .
Intensidade: calculada pela expressão:
 .i
B =
em que  é a permeabilidade
2.R
magnética do meio. A figura abaixo retrata as
linhas de indução em torno da espira.
F . i I
G
H2 . RJK
Campo Magnético no Interior de um Solenóide
O enrolamento de um fio condutor em
torno
de
um
cilindro,
formando
espiras
circulares de mesmo raio e justapostas, é
denominado bobina ou solenóide.
Fazendo-se
circular
uma
corrente
elétrica de intensidade i pelo fio, originase, no interior do solenóide, um campo
magnético que pode ser considerado uniforme
quando o número n de espiras for muito grande
e o comprimento d for muito maior que o raio
R das espiras.
Campo Magnético no Centro de uma Bobina Chata
Justapondo n espiras circulares
de mesmo raio R, obtemos o que chamamos de
bobina chata, de modo que o comprimento d é
desprezível em relação ao raio da bobina
(d<<<<R).
O campo magnético no exterior do
solenóide assemelha-se ao de um ímã em forma
de barra.
No interior do solenóide, o vetor B é
constante e tem:
Direção: a mesma do eixo do solenóide.
Sentido:
dado
pela
regra
da
mão
direita, como se segurando um bastão. A ponta
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(Em construção)
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dos dedos indicando o sentido da corrente e o
polegar indicando o sentido do campo.
 .n.i
Intensidade:
B =
d
Em que n é o número de espiras do
solenóide e  é a permeabilidade magnética do
material no interior do solenóide.
n
Observação – A razão
é denominada
d
densidade linear de espiras, e quanto maior
for seu valor, mais intenso será o campo no
interior do solenóide.
na
própria
figura.
Nessas
condições,
o
módulo do campo de indução magnética ( B )
resultante no centro das duas espiras e o
plano
em
que
ele
se
situa
são,
respectivamente:
(Dados: 0  1,26 . 10–6 T . m/A.)
Resumo
Intensidade do vetor indução magnética B :
No centro de uma espira circular: B =
 .i
em que R é o raio da espira.
2 .R
No centro de uma bobina chata:
F .i I em
G
H2.RJ
K
a)
b)
c)
d)
e)
B = n .
módulo de B (tesla) plano
situa
1,26 . 10–3
(x,
6,3 . 10–4
(x,
8,9 . 10–4
(y,
2,53 . 10–3
(y,
4,45 . 10–4
(x,
em
que
se
z)
y)
z)
z)
y)
3. (U. F. SÃO CARLOS-SP) Um fio condutor é
dividido em dois, que logo se juntam
novamente, formando uma espira circular de
raio r, conforme a figura.
que n é o número de espiras de raio
R.
No interior de um solenóide:
B =
 . n .i
em que n é o número de espiras e d é
d
o comprimento do solenóide.
Se uma corrente i circula pelo fio, o
módulo do campo magnético B no centro da
espira é:
a) proporcional à corrente i.
b) zero.
i
c) proporcional a
.
r
1
d) proporcional a
.
r
Exercícios Básicos
1. (FAAP-SP) O condutor retilíneo muito longo
indicado na figura é percorrido pela
corrente I = 62,8A. O valor da corrente I
na espira circular de raio R, a fim de que
seja nulo o campo magnético resultante no
centro O da mesma, será igual a:
a)
b)
c)
d)
e)
e) proporcional a
i
.
r
4. (UNICAMP-SP) Um condutor homogêneo de
resistência
8
tem
a
forma
de
uma
circunferência. Uma corrente I = 4A chega
por um fio retilíneo ao ponto A e sai pelo
ponto
B
por
outro
fio
retilíneo
perpendicular, conforme a figura.
As resistências dos fios retilíneos podem
ser consideradas desprezíveis.
nulo
1A
1.000A
100A
10A
2. (VUNESP-SP) Duas
espiras
circulares
idênticas,
de raio r  1,00cm, não
ligadas eletricamente entre si, estão
dispostas conforme a figura, em que uma
delas está no plano x, y e a outra no
plano x, z. A corrente elétrica que
circula em cada uma das espiras é i 
10,0A, e os seus sentidos estão indicados
a) Calcule a intensidade das correntes nos
dois
arcos
de
circunferência
compreendidos entre A e B.
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b) Calcule o valor da intensidade do campo
magnético
B
no
centro
O
da
circunferência.
b) Qual é a aceleração
lançado
no
interior
paralelamente ao eixo?
5. No interior de um solenóide longo, as
linhas de indução do campo magnético
gerado pela corrente elétrica contínua que
percorre
suas
espiras
são,
mais
aproximadamente:
a) circunferências com centros no fio que
constitui o solenóide.
b) circunferências com centros no eixo do
solenóide.
c) retas paralelas ao eixo do solenóide.
d) retas
perpendiculares
ao
eixo
do
solenóide.
e) hélices cilíndricas.
de um elétron
do
solenóide,
Exercícios Propostos
1. (PUCCAMP-SP) Pode-se obter o aspecto das
linhas de indução de uma região de campo
magnético, salpicando limalha de ferro
sobre
uma
folha
de
papel
colocada
horizontalmente. As partículas de ferro,
na região do campo magnético, imantam-se e
comportam-se
como
pequenos
ímãs,
alinhando-se
com
o
vetor
indução
magnética. Analise as afirmações e as
figuras a seguir.
6. (UFPI)
Considere
o
solenóide
A
com
corrente fluindo no sentido indicado e a
agulha imantada B. A agulha está livre
para ser girada ou transladada conforme a
situação o exija. O solenóide está fixo. A
influência da indução magnética sobre a
agulha imantada a partir do instante em
que iniciar a corrente:
Figura I. Representa a distribuição da
limalha de ferro na folha de papel,
colocada sobre um ímã em forma de barra.
Figura II. Representa a distribuição da
limalha de ferro na folha de papel,
colocada
sobre
um
ímã
em
forma
de
ferradura.
Figura
III.
Um
fio,
percorrido
por
corrente contínua, atravessa um pedaço de
papel e a limalha de ferro se arruma
conforme a figura.
a) somente deflete a agulha no sentido
horário.
b) somente deflete a agulha no sentido
anti-horário.
c) deflete no sentido horário ao mesmo
tempo que a atrai.
d) deflete
no
sentido
anti-horário
enquanto a repele.
e) repele sem defletir a agulha.
Figura IV. Fazendo as espiras de um
solenóide,
percorrido
por
corrente
contínua, atravessarem o papel, vê-se que
a limalha de ferro forma linhas paralelas
e eqüidistantes dentro do solenóide.
7. Um solenóide de 15.000 espiras por metro é
percorrido por uma corrente de intensidade
igual a 10A. Determine o módulo da indução
magnética
em
seu
interior,
onde
a
permeabilidade magnética vale 4 . 10–7
Tm
.
A
Pode-se afirmar que são corretas APENAS
a) I e II
b) III e IV
c) I, II e III
d) I, II e IV
e) II, III e IV
8. (UNICAMP-SP) Um solenóide ideal, de 50cm
de comprimento e 1,5cm de raio, contém
2000 espiras e é percorrido por uma
corrente de 3,0A. O campo de indução
magnética
é
paralelo
ao
eixo
do
B
solenóide e sua intensidade é dada por B =
0 n I, onde n é o número de espiras por
unidade de comprimento e I é a corrente.
Dado: 0 = 4 . 10–7 N/A2.
a) Qual é o valor de B ao longo do eixo do
solenóide?
2. (UNISA-SP) Uma espira circular de 4cm de
diâmetro é percorrida por uma corrente de
8,0 ampères (veja a figura).
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b)
O vetor campo magnético no centro da
espira é perpendicular ao plano da figura
e orientado para:
a) fora e de intensidade 8,0 . 10–5 T.
b) dentro e de intensidade 8,0 . 10–5 T.
c) fora e de intensidade 4,0 . 10–5 T.
d) dentro e de intensidade 4,0 . 10–5 T.
e) fora e de intensidade 2,0 . 10–5 T.
c)
3. (FCMSC-SP) O campo magnético, produzido no
centro de uma espira circular de raio R
por uma corrente elétrica de intensidade
I, é diretamente proporcional a:
1
a) I . R
d)
R .I
I
R
R
c)
I
b)
e)
6. (UNISA-SP) Uma bobina chata é formada de 50
espiras circulares de raio 0,1m. Sabendo que
as espiras são percorridas por uma corrente
de 3A, a intensidade do vetor campo magnético
no seu centro será de ( = 4 . 10–7 T .
m/A):
a) 3 . 10–4 T
b) 60 . 10–7 T
c) 15 . 10–8 T
d) 19 . 10–6 T
I
R
4. (FUND.
CARLOS
CHAGAS-SP)
Uma
espira
circular é percorrida por uma corrente
elétrica contínua e constante. Devido
somente ao campo magnético dessa corrente,
uma agulha magnética, suspensa pelo seu
centro de massa e colocada no centro da
espira, tenderia a ficar:
a) oscilando regularmente.
b) em equilíbrio indiferente.
c) girando em torno de seu eixo.
d) paralela ao plano da espira.
e) perpendicular ao plano da espira.
7. (U.
F.
UBERLÂNDIA-MG)
Considerando
o
elétron, em um átomo de hidrogênio, uma
massa pontual, girando no plano da folha
em uma órbita circular, como mostra a
figura, o vetor campo magnético criado no
centro do círculo por esse elétron é
representado por:
5. (VUNESP-SP) A figura representa uma espira
condutora por onde circula uma corrente i
constante, no sentido indicado. O plano da
espira coincide com o plano x, y, e o seu
centro está na origem do referencial
cartesiano. Um fio condutor, retilíneo e
muito longo, por onde passa também uma corrente i constante, é paralelo ao eixo z,
furando o plano da espira no ponto P.
Escolha a seguir a opção que melhor representa
o
vetor
indução
magnética
resultante no ponto O.
a)
e)
a)
b)

d)
e)
c)
8. (UNISA-SP)
Duas
espiras
circulares,
concêntricas e coplanares, de raios 3 m e
5 m, são percorridas por correntes de 3A
e 4A, como mostra a figura.
d)
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O módulo do vetor campo
centro das espiras é:
a) 0,1 . 10–7 tesla
b) 0,2 . 10–7 tesla
c) 0,3 . 10–7 tesla
d) 0,4 . 10–7 tesla
e) 3,6 . 10–7 tesla
magnético
no
9. (UF-BA)
Duas
espiras
circulares,
concêntricas e coplanares, de raios R1 e
R2, sendo R1 = 0,4 . R2, são percorridas
respectivamente pelas correntes i1 e i2; o
campo magnético resultante no centro da
espira é nulo. A razão entre as correntes
i1 e i2 é igual a:
a) 0,4
b) 1,0
c) 2,0
d) 2,5
e) 4,0
e) O campo no interior da bobina é nulo.
12. (U. F. VIÇOSA-MG) A figura a seguir
representa um eletroímã e um pêndulo cujo
corpo C, preso à extremidade, é um ímã.
10. (ITA-SP) Uma espira circular de raio R é
percorrida por uma corrente i. A uma
distância 2R de seu centro encontra-se um
condutor retilíneo muito longo que é
percorrido por uma corrente i1 (conforme a
figura). As condições que permitem que se
anule o campo de indução magnética no
centro da espira, são, respectivamente
a) (i1/i) = 2 e a corrente
sentido horário.
b) (i1/i) = 2 e a corrente
sentido anti-horário.
c) (i1/i) =  e a corrente
sentido horário.
d) (i1/i) =  e a corrente
sentido anti-horário.
e) (i1/i) = 2 e a corrente
sentido horário.
Ao fecharmos a chave K, podemos afirmar
que:
a) o ímã do pêndulo será repelido pelo
eletroímã.
b) o ímã do pêndulo será atraído pelo
eletroímã.
c) o ímã do pêndulo irá girar em torno do
fio que o suporta.
d) o pólo sul do eletroímã estará à sua
direita.
e) o
campo
magnético
no
núcleo
do
eletroímã é nulo.
na espira no
13. (UF-PA)
Eletroímãs
são
largamente
utilizados como guindastes para transporte
de cargas metálicas pesadas (ferro). Na
figura, representa-se esquematicamente um
eletroímã constituído de um núcleo de
ferro
e
um
solenóide
com
1000
espiras/metro, percorrido por uma corrente
elétrica i = 5A.
(Dado: 0 = 4 . 10–7 T . m/A.)
na espira no
na espira no
na espira no
na espira no
11. (ESAL-MG) Um condutor enrolado em forma
helicoidal
é
percorrido
por
corrente
contínua no sentido indicado na figura a
seguir.
Considerando que a presença do núcleo de
ferro aumenta de 1000 (mil) vezes o campo
magnético no interior do solenóide, em
relação ao campo que ele produziria no ar,
calcule, em teslas, o campo no eixo do
solenóide da figura.
A configuração que mais se aproxima do
campo magnético no interior da bobina é:
14. (MACKENZIE-SP) Colocando-se uma pequena
bússola no ponto P do eixo de um solenóide
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como indica a figura,
equilíbrio da agulha será:
a
posição
de
15. (UE-MG) O campo magnético no interior de
um solenóide tem intensidade B = 8 . 10–2
T, o comprimento do solenóide é  = 0,5 m
e
a
corrente
que
o
atravessa
tem
intensidade i = 4A. Sabendo-se que 0 = 4
. 10–7 T . m/A, o número de espiras do
solenóide será igual a:
a) 6000
d) 4800
b) 2500
e) 25000
c) 10000
16. (UNB-DF) A figura mostra um solenóide
muito longo com seus terminais ligados aos
pólos de uma bateria, como indicado.
say260805/rev.:AL
Uma agulha magnética, dentro do solenóide
e sobre o ponto médio do eixo XX',
orienta-se da seguinte forma:
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