Apostila de Física 37 – Campo Magnético

Apostila de Física 37 – Campo Magnético
1.0 Definições
Ímãs – Pedra que atrai ferro ou outras pedras semelhantes.
Fenômenos magnéticos – Propriedades dos ímãs que se manifestam
espontaneamente na Natureza.
Magnetita – ímã natural que contém óxido de ferro.
Ímã artificial – Ímã obtido através do processo de imantação.
Agulha magnética – Ímã em formato de losango.
2.0 Fenômenos Magnéticos
Pólos – Extremidades dos ímãs que atraem metais.
Um ímã assume a direção norte-sul geográfica local:
Pólo norte – Região que se volta para o norte geográfico.
Pólo sul – Região que se volta para o sul geográfico.
Costuma-se pintar os pólos com cores diferentes.
Propiciou a criação da bússola.
Pólos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se atraem.
Inseparabilidade dos pólos – Se um ímã for dividido „n‟ vezes, cada parte nova
terá os 2 pólos.
Cargas elétricas em movimento geram um campo magnético.
3.0 Campo Magnético
Campo magnético – Toda região do espaço em torno de um condutor percorrido
por corrente ou em torno de um ímã.
Intensidade do campo magnético:
Grandeza vetorial.
Unidade – Tesla (T).
Quanto mais próximo das linhas de indução, maior é a intensidade do
campo magnético.
Linhas de indução:
Toda linha que, em cada ponto, é tangente ao campo magnético e é
orientada no sentido desse vetor.
Representação gráfica da variação da intensidade do campo magnético
numa certa região do espaço.
Sai do pólo norte e chega ao pólo sul externamente ao ímã.
Não se cruzam.
Campo magnético uniforme:
Campo magnético gerado por ímãs em formato de „U‟ – “Ímã de
ferradura”.
Em todos os pontos, a intensidade do campo elétrico tem a mesma direção,
sentido e intensidade.
As linhas de indução são retas paralelas espaçadas e orientadas do norte
para o sul.
Lei de Biot-Savart ou Lei elementar de Laplace:
Direção da intensidade do campo magnético – Perpendicular ao plano.
Sentido da intensidade do campo magnético – Determinado pela regra da
mão direita:
Coloca-se a mão direita com os 4 dedos lado a lado no mesmo plano
que o da alma da mão com o polegar levantado nesse plano.
Aponta-se o polegar no sentido da corrente elétrica e os outros 4
dedos no sentido de ΔL para o ponto P.
O sentido do campo será aquele de trás para frente da palma da mão
– Sentido que a mão daria um empurrão.
Intensidade da intensidade do campo magnético:
- Permeabilidade magnética do vácuo.
ΔL – Elemento pequeno do condutor.
r – Distância do ponto „P‟ à ΔL.
Representa a constante de proporcionalidade, que depende do meio
(vácuo).
A permeabilidade magnética do vácuo é uma constante universal
equivalente à permitividade do vácuo na Eletrostática – Unidade: Tesla
vezes metro por Ampère (T.m/A):
3.1 Campo Magnético numa Espira Circular
Espira circular – Condutor dobrado segundo uma circunferência de centro „O‟ e
raio „R‟.
Indução magnética no ponto „O‟:
Direção – Perpendicular ao plano da espira.
Sentido – Determinado pela regra da mão direita.
Intensidade – determinado pela lei de Biot-Savart, sendo o ângulo do seno
igual a 90°:
Pólo norte:
Local onde as linhas saem.
Regra do relógio – Quando a corrente for vista no sentido anti-horário.
Pólo sul:
Local aonde as linhas chegam.
Regra do relógio – Quando a corrente for vista no sentido horário.
O símbolo
representa o vetor quando as linhas saem do plano.
O símbolo
representa o vetor quando as linhas entram no plano.
Bobina chata – Justaposição de „n‟ espiras iguais, sendo a espessura do
enrolamento bem menor que o diâmetro de cada espira:
3.2 Campo Magnético em um Condutor Reto
As linhas de indução do campo magnético são circunferências concêntricas ao
condutor, situadas em planos perpendiculares a ele.
Em um ponto „P‟ à uma certa distância do fio, o vetor indução magnética terá:
Direção – Tangente a linha de indução que passa pelo ponto „P‟.
Sentido – Determinado pela regra da mão direita.
Intensidade – A mesma em todos os pontos:
4.0 Lei de Ampère
A circulação da indução magnética num percurso fechado é proporcional à soma
algébrica das intensidades das correntes elétricas enlaçadas pelo percurso:
5.0 Campo Magnético no Solenóide
Solenóide ou bobina longa – Fio condutor enrolado segundo espiras iguais, uma
ao lado da outra, igualmente espaçadas.
Extremidades do solenóide – Pólos.
Vetor de indução magnética:
Direção – Mesma do eixo geométrico do solenóide.
Sentido – Determinado pela regra da mão direita.
Intensidade:
n – Número de espiras enlaçadas.
Representa a densidade linear das espiras – Número de espiras por unidade de
comprimento.
6.0 Campo Magnético Terrestre
A Terra funciona como um grande ímã, sendo os pólos norte e sul geográfico
respectivamente os pólos sul e norte magnético – Contrários.
O campo magnético da Terra é similar ao campo magnético originado por um
espira circular percorrida por uma corrente muito intensa.
O centro da Terra é formado de vários metais pesados (níquel e ferro) – As
correntes existentes nesse núcleo seriam os principais responsáveis pelo campo
magnético terrestre.
O vetor campo magnético é sujeito a variações causadas pelas correntes elétricas
na ionosfera e pela atividade magnética do Sol.
6.1 Elementos do Campo Magnético Terrestre
Meridiano magnético – Seção elíptica contida no plano definido pela linha dos
pólos magnética e a vertical do lugar (observador).
Inclinação magnética – O ângulo formado entre o vetor indução magnética e a
direção horizontal do lugar.
Pólos magnéticos – Pontos da Terra que possuem uma inclinação magnética de
90°.
Equador magnético – Linha que liga todos os pontos cuja inclinação magnética é
nula.
Componente horizontal do campo magnético – Projeção do vetor campo
magnético:
Declinação magnética – Ângulo formado pelos meridianos magnético e
geográfico:
Chamada de oeste/negativa quando o pólo norte da agulha está para a parte
ocidental do meridiano geográfico.
Chamada de leste/positiva quando o pólo norte da agulha está para a parte
oriental do meridiano geográfico.
Linha agônica – Pontos cujas declinações magnéticas são iguais a zero.
Carta magnética – Mapa do comportamento geomagnético da superfície
terrestre:
Carta de declinação – Apresenta linhas isógonas ou isogônicas, que unem
os pontos de mesma declinação magnética.
Carta de inclinação – Apresenta linhas isóclinas ou isoclínicas, que unem
os pontos de mesma inclinação magnética.
Carta de intensidade total – Apresenta linhas que unem os pontos de
mesmo valor de intensidade total do campo geomagnético.
O magnetismo terrestre muda constantemente com o passar do tempo.