Campo Magnético e elétrico

18-05-2014
ACÇÃO DOS CAMPOS
MAGNÉTICOS SOBRE CARGAS
EM MOVIMENTO E CORRENTES
Física 12.º Ano - Marília Peres
Um Breve História do Magnetismo
 Século XII a.C.
– Chineses
• Usam a agulha magnética (invenção árabe ou indiana)
 800 anos a. C
– Gregos
• Descobrem que a magnetite (Fe3O4) atraí pedaços de ferro
 1269
– Pierre de Maricourt Percebe a existência das linhas de campo magnético e dos
pólos.
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Um Breve História do Magnetismo
 1600
– William Gilbert
• Expande as experiências do magnetismo
a outros materiais.
• Sugere que a Terra é em si mesmo um
magnete permanente.
 1819
– Hans Christian Öersted
• Descobriu a relação entre a electricidade e o magnetismo.
• Uma corrente eléctrica num fio condutor faz mover uma agulha magnética
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Marília Peres
Um Breve História do Magnetismo
 1820
– Faraday e Henry
•E
Encontram novas relações
l õ entre a a electricidade
l i id d e o
magnetismo (a indução electromagnética)
– Maxwell
• Unificou o campo eléctrico e magnético
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Um Breve História do Magnetismo
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Marília Peres
Numa região em que a influência de uma fonte
magnética se faça sentir, existe um campo
magnético..
magnético
A interacção magnética detectadetecta-se não só em
ímanes ou magnetes, mas também cargas em
movimento (corrente eléctrica) podem originar
um campo magnético
magnético..
3
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A agulha magnética de uma bússola
(colocada fora da acção de um
magnete ou de uma corrente
eléctrica)) aponta sempre para o
eléctrica
Norte..
Norte
Mas se aproximamos dela um
magnete,
magnete
t , ela
l
roda
roda,
d , tomando
t
d
a
orientação do campo criado pelo
magnete..
magnete
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


Os electrões podem actuar como magnetes
individuais..
individuais
No ferro é mais fácil “alinhar
alinhar”
” os electrões que
em outros materiais.
materiais.
Quando
Qua
do os elect
electrões
ões estão al
alinhados
ados o
originam
g a u
um
magnete mais forte
forte..
Ferro
Magnetite
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O campo magnético é uma grandeza vectorial
que tem uma indução magnética que se
representa pelo vector

B
A unidade SI da intensidade
de indução magnética é o
tesla (T)
Outra unidade (não pertence
ao SI) é o gauss (G)
1 G = 1 x 10-4 T
http://www.commarts.com/ca/interactive/cai03/02_ia03.html
http://tesladownunder.iinet.net.au/tesla_coil_sparks.htm
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LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA
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LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA
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• As linhas de campo magnético são fechadas.

• Em cada ponto do espaço, o vector B é tangente às
linhas de campo.
campo.
• O número de linhas de campo,
p , p
por unidade de área,, é
proporcional à intensidade do campo magnético
magnético..
• Zonas mais densas  campo mais intenso
• Um campo magnético aproximadamente uniforme tem as
linhas de campo paralelas.
paralelas.
• As linhas de campo magnético não indicam a direcção da
força de interacção com o íman.
íman. Essa força tem a

direcção perpendicular ao vector B
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LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN GRANDE
(EM FERRADURA)
P d
Pode-se
considerar
id
uniforme, excepto na
extremidade dos pólos.
(Caldeira et al, 2006)
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Marília Peres
Acção de Campo Magnético sobre
Cargas em Movimento
 O campo magnético
éi
num determinado
d
i d ponto pode
d ser
definido em termos de força magnética, FB
 Essa força pode fazer mover uma partícula com carga, com
uma velocidade v
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DIRECÇÃO DA FORÇA
FB é perpendicular
di l ao plano
l
fformado
d por v e B
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FORÇA MAGNÉTICA
FB = q v x B
– FB ou Fmag é a força magnética
– q é a carga eléctrica
– v é a velocidade
– B é o campo magnético
FB =  q v B sen 
–  é o menor ângulo entre a velocidade e o campo
– FB é zero se a velocidade e o campo possuem direcções paralelas (0º ou
180º)
– FB é máxima se a velocidade e o campo são vectores perpendiculares
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Trajectória e Energia de uma Carga Eléctrica num
Campo Magnético
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Valores de Campos Magnéticos, mais comuns
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Notação de Campo Magnético
( )
(a)
P t
Pontos:
vector
t aponta
t para a frente
f t do
d plano
l
do
d papell
(b)
Cruzes: vector aponta pra trás do plano do papel
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Carga Eléctrica que entra perpendicularmente à
direcção do campo
Sendo a trajéctória circular, a
força magnética é centrípeta
mv 2
FB  qvB 
r
r
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mv
qB
T
2πr 2π 2πm


v
ω
qB
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Carga Eléctrica que entra num campo Uniforme
com um ângulo diferente de 90º
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Carga Eléctrica que entra num Campo Uniforme com um ângulo diferente de 90º
http://www.youtube.com/watch?v=wT4hOuJ4QDU
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A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos :
O Campo Electromagnético
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A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos :
O Campo Electromagnético
Como fazer para
obrigar uma
ma partíc
partícula
la
mover-se com
velocidade constante?
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A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos :
O Campo Electromagnético
Fmag = - Fel
|q| v B = |q| E
v
E
B
Só p
partículas com velocidade inferior
ou superior a E / B são desviadas.
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O Espectrómetro de Massa
Se a velocidade for
igual para todas as
partículas, R
depende apenas de
m/|q|
/| |
Fonte
de Iões
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O Espectrómetro de Massa
Fonte: http://www.iticlab.es/majwq/wq/ver/123
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Espectrómetro de Massa da
Thermo Scientific
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Experiência de Thomson
e a relação “ee/m” (carga /massa) do electrão
 Os electrões são
acelerados no cátodo
 São
Sã d
deflectidos
fl tid por um
campo magnético e
eléctrico.
 Os electrões colidem
num ecrã fluorescente,
produzindo um ponto
l i
luminoso.
 Verifica-se que :
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e
2U
 2 2
m B R
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 O ciclotrão é um aparelho que se destina O ciclotrão
a acelerar partículas com carga eléctrica, por forma a conseguir elevadas energias cinéticas, por forma a que estas colidam com outras a fim de estudar as partículas daí resultantes, para melhor
daí resultantes, para melhor compreender a estrutura da matéria.
 O ciclotrão foi inventado por Ernest
Lawrence (1902‐1958) em 1929, e foi posto em operação pela primeira vez em 1932, na Universidade da Califórnia, em Berkeley.  Ernest Lawrence recebeu, pelo seu Lawrence recebeu pelo seu
trabalho , em 1939, o Prémio Nobel da Física.
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Ernest Lawrence (1902
(1902-1958)
1958)
Fonte: http://www.tiki-toki.com/
Marília Peres
O ciclotrão
 O ciclotrão acelera partículas carregadas, como núcleos de hidrogénio, protões, e núcleos de hidrogénio pesado, deuterões, até altas energias, de modo a poderem ser usados em experiências de desintegração atómicas.  Em suma, o ciclotrão é constituído por dois objectos em cobre, em forma de D, colocados num campo magnético uniforme, que lhes é perpendicular, onde se estabelece uma diferença de potencial, cujo sinal varia.
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Esquema do Ciclotrão
Fonte: http://profs.ccems.pt/
Marília Peres
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 Um protão penetra, animado de uma dada velocidade , no D da esquerda e fica imediatamente sob a influência do campo magnético , que é responsável por uma força do magnética que lhe faz descrever um movimento circular uniforme, descrevendo uma trajectória de raio r, isto é, mantém‐lhe o módulo da velocidade mas altera‐lhe a direcção da mesma ou seja uma força
direcção da mesma, ou seja, uma força centrípeta
força centrípeta.
centrípeta
O ciclotrão
 Antes de penetrar no D da direita, passa por um campo campo eléctrico uniforme, entre os Ds.
uniforme
 O papel deste campo eléctrico é o de acelerar o protão, aumentando‐lhe o módulo da velocidade, fazendo‐o percorrer o espaço entre os Ds com movimento rectilíneo uniformemente acelerado.
S d
Sendo:
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Esquema do Ciclotrão
Fonte: http://profs.ccems.pt/
Marília Peres
O ciclotrão
Experimenta:
Aqui: http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/cyclotron/cyclotron.htm
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Acção de Campos Magnéticos sobre
Correntes Contínuas – Lei de Laplace
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Exemplos:
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Exercício – Lei de Laplace
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Aplicações:
http://www.youtube.com/watch?v=649iUqrOKuE
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