Campo magnético produzido por corrente elétrica (experimento de
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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 3ª Série Campo magnético produzido por corrente elétrica FÍSICA, 3ª Série Campo magnético produzido por corrente elétrica A DESCOBERTA DO ELETROMAGNETISMO Hans Christian Oersted -1820 Imagem: Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio Público, United States Public Domain Experiência de Oersted • Quando a corrente elétrica “ i ” se estabelece no condutor, a agulha magnética assume uma posição perpendicular ao plano definido pelo fio e pelo centro da agulha. Imagem: Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica Campo Magnético Gerado em um Condutor Reto Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. A limalha de ferro serve para visualizarmos as linhas de força do campo magnético gerado pelo condutor retilíneo Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License • Em cada ponto do campo o vetor B é perpendicular ao plano definido pelo ponto e o fio. • As linhas de indução magnética são circunferências concêntricas com o fio. • O vetor B é tangente em cada pondo das linhas de indução magnética(1). Sentido das Linhas de força do Campo Magnético Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain Imagem: Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported • Vista de cima • Vista de lado Imagem: Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano) Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. • Vista em perspectiva Intensidade do vetor campo magnético – Condutor Retilíneo • A intensidade do vetor campo magnético, produzido por um condutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart o i B 2 .d i corrente em ampère (A) d distância do ponto ao condutor, perpendicular a direção do mesmo em metros(m) o permeabilidade magnética do vácuo. Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU Free Documentation License o 4 107 T m A Exemplo • Um condutor reto e extenso no vácuo é percorrido por uma corrente de 5A. Calcule o valor da intensidade do vetor indução magnética em um ponto P que dista 20cm do condutor. Indique o sentido do vetor. P i Solução Imagem: Regra da mão direita / Autor Desconhecido / Public Domain • Pela regra da mão direita, o vetor tem o sentido indicado na figura a seguir: Vista em perspectiva P Dados : i 5A d 20cm 2 101 m i B • o 4 10 7 T m A A intensidade de B vale: o i 4 107 5 6 B B 5 10 T 1 2 .d 2 2 10 Campo Magnético em uma Espira Circular Imagem: O campo magnético de uma barra magnética revelado por limalha de ferro em papel / Newton Henry Black / Public Domain e United States public domain • Considere uma espira circular (condutor dobrado segundo uma circunferência) de centro O e raio R. • As linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, podendo este sentido ser determinado pela regra da mão direita. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro Campo Magnético no centro de uma Espira Circular • A intensidade do vetor B no centro O da espira vale: i corrente em ampère o i B 2 R R raio da espira em metros o permeabilidade magnética do vácuo. 7 o 4 10 T m A Polos de uma espira • Note que a espira tem dois polos. O lado onde B “entra” é o polo sul; o outro, o norte. Para o observador 1, as linhas de indução da espira saem pela face que está voltada para ela. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo norte. Para o observador 2, as linhas de indução da espira entram pela face que está voltada para ele. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um polo sul. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Campo Magnético em uma Bobina Chata • Uma bobina chata é constituída de várias espiras justapostas. • A intensidade do vetor B no centro da bobina vale: o i B N 2 R N Número de espiras Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Polos de uma Bobina Chata • Aproximando-se um ímã de uma bobina, verificase que o polo norte daquele atrai o sul da bobina, repelindo o norte da mesma. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Campo Magnético em um Solenoide • O solenoide é um dispositivo em que um fio condutor é enrolado em forma de espiras não justapostas. Imagem: Uma renderização tridimensional de uma solenóide / Zureks / domínio público • O campo magnético produzido próximo ao centro do solenoide (ou bobina longa) ao ser percorrido por uma corrente elétrica i , é praticamente uniforme (intensidade, direção e sentido constantes). Linhas de Indução em um Solenoide • O solenoide se comporta como um ímã, no qual o polo sul é o lado por onde “entram” as linhas de indução e o lado norte, o lado por onde “saem” as linhas de indução. Imagem: SiriusA / public domain Linhas de indução obtidas com limalha de ferro Direção e sentido do vetor B no interior do solenoide • Para determinar o sentido das linhas de indução no interior do solenoide, podemos usar novamente a regra da mão direita. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Intensidade do vetor B no interior do solenoide • A intensidade do vetor indução magnética uniforme no interior do solenoide é dada por o N i B L N Número de espiras Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Exemplo • Um solenóide de 1000 espiras por metro está no vácuo e é percorrido por uma corrente de 5,0A. Qual a intensidade do vetor indução magnética no interior do solenoide? Solução Dados : i 5A N 1000espiras L 1m T m o 4 107 A B o N i B L 4 107 103 5 1 B 2 103T O Eletroímã • Uma bobina com núcleo de ferro constitui um eletroímã. • Em virtude da imantação do pedaço de ferro, o campo magnético resultante assim obtido é muito maior do que o campo criado apenas pela corrente que passa pela bobina. (1) Imagem: Eletroímã / Letanure / Domínio Público Imagem: Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported Exercícios • 1. (UFSC) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). a) Polos magnéticos de mesmo nome se atraem, enquanto polos de nomes contrários se repelem. b) Num campo magnético uniforme, as linhas de indução magnética são retas paralelas igualmente espaçadas e igualmente orientadas. c) As linhas de indução magnética “saem” do polo norte e “chegam” ao polo sul. d) As linhas de indução magnética, do campo magnético produzido por uma corrente i, que percorre um condutor reto, são ramos de parábolas situadas em planos paralelos ao condutor. e) No interior de um solenoide, o campo de indução magnética pode ser considerado como uniforme e tem a direção do seu eixo geométrico. 2. É correto afirmar que: a) Quando passa uma corrente elétrica pelo fio, é gerado um campo magnético que tende a alinhar a agulha imantada com a direção deste campo. b) Ao inverter-se o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha tende a inverter sua orientação. c) A intensidade do campo magnético num ponto do espaço, gerado pela corrente no fio, será tanto maior quanto mais distante o ponto estiver do fio. d) As linhas de força do campo magnético gerado pela corrente no fio são semirretas com origem no fio e perpendiculares a ele. e) A posição original da agulha da bússola indica, na ausência de correntes elétricas ou outros campos magnéticos, a direção do componente horizontal do campo magnético terrestre. f) O fenômeno físico citado no enunciado é conhecido como indução eletromagnética e é descrito pela lei de Faraday. • 3. (UFMG) Essa figura mostra três fios paralelos, retos e longos, dispostos perpendicularmente ao plano do papel, e, em cada um deles, uma corrente i. Cada fio separadamente, cria em um ponto a 20cm de distância dele, um campo magnético de intensidade B. O campo magnético resultante no ponto P, devido a presença dos três fios, terá intensidade igual a: i i 20cm i P 20cm 20cm • 4. (UFMG) A figura mostra dois fios M e N, paralelos, percorridos por correntes de mesma intensidade, ambas saindo da folha de papel. O ponto P está a mesma distância dos dois fios. A opção que melhor representa a direção e o sentido corretos para o campo magnético, que as correntes criam em P, é: M N P 5. (UFSC) Seja uma espira circular de raio r , na qual passa uma corrente de intensidade i . Considere o campo magnético gerado por esta espira. Marque a(s) proposição(ões) verdadeiras. a) O campo no centro da espira é perpendicular ao plano definido pela espira. b) O campo no centro da espira está contido no plano definido pela espira. c) O campo gerado fora da espira, no plano definido por ela, tem mesma direção e mesmo sentido do campo gerado no interior da espira, também no plano definido por ela. d) Se dobrarmos a corrente i , o campo gerado cai à metade. e) Se dobrarmos o raio da espira, o campo gerado em seu centro cai a ¼ do valor anterior. f) Se invertermos o sentido da corrente, a direção e o sentido do campo gerado não se alteram. • Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte 2a Hans Christian Ørsted quando jovem. Pintura do http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%98rste Século 19. / Autor Desconhecido / Domínio d.jpg Público, United States Public Domain 3 Experiência de Oersted / Autor Desconhecido / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oersted Creative Commons Atribuição-Partilha nos %27s_experiment.JPG?uselang=pt-br Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica 4a e SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. 4b Desconhecido. 5 Autor Desconhecido / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RechteH and.png?uselang=pt-br License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Right_h 6 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / and_rule.png Public Domain 7a Talos / Creative Commons Attribution-Share Alike http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gerader 3.0 Unported _leiter.svg 7b Autor Desconhecido / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_wi License re_out.svg?uselang=pt-br 7c SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. Desconhecido. 8 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / GNU http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Manode Free Documentation License recha.svg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Right_h 10 Regra da mão direita / Autor Desconhecido / and_rule.png Public Domain Data do Acesso 05/04/2012 05/04/2012 17/04/2012 09/04/2012 05/04/2012 11/04/2012 11/04/2012 17/04/2012 11/04/2012 05/04/2012 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte 11a SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. Desconhecido. 11b O campo magnético de uma barra magnética http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet revelado por limalha de ferro em papel / Newton 0873.png Henry Black / Public Domain / United States public domain a 15 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. Desconhecido. 16 Uma renderização tridimensional de uma http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoid solenóide / Zureks / domínio público -1.png?uselang=pt-br 17a SiriusA / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoid spole.svg?uselang=pt-br 18b SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. Desconhecido. 19 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Acervo SEE-PE. Desconhecido. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eletroim 21a Eletroímã / Letanure / Domínio Público a.png?uselang=pt-br 21b Guindaste com eletroímã / Zwergelstern / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Loading Creative Commons Atribuição-Partilha nos _Machine_Scrap_01.jpg?uselang=pt-br Termos da Mesma Licença 3.0 Unported Data do Acesso 17/04/2012 11/04/2012 17/04/2012 11/04/2012 11/04/2012 17/04/2012 17/04/2012 09/04/2012 09/04/2012
