Magnetismo: Campo Magnético - Físicafisicacomcarlos.xpg.uol.com.br/arquivos/IFPB/Slides/Magnetismo.pdf · Magnetismo remanescente ... Até o início do século XIX, não se conhecia

Profº Carlos Alberto http://www.fisicacomcarlos.blogspot.com

Disciplina: Física IIIDisciplina: Física III

Professor: Carlos AlbertoProfessor: Carlos Alberto

Magnetismo: Campo Magnetismo: Campo MagnéticoMagnético

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIAPARAÍBACampus Princesa Isabel


Aurora Boreal – Polo NorteAurora Austral – Polo Sul


Objetivos de aprendizagemObjetivos de aprendizagem

Ao estudar este capítulo você aprenderá:Ao estudar este capítulo você aprenderá:

✔ As propriedades dos imãs e como eles interagem entre si;

✔ Qual é a diferença entre as linhas de campo magnético e as linhas de campo elétrico;

✔ Algumas aplicações práticas de campos magnéticos em química e física;

✔ Como analisar as forças magnéticas que atuam sobre condutores que transportam correntes;

✔ Como circuitos de corrente se comportam quando colocados em um campo magnético.


O magnetismo naturalO magnetismo natural

O termo magnetismomagnetismo resultou do nome Magnésia, região da Ásia Menor (Turquia),

devido a um minério chamado magnetita (ímã natural) com a propriedade de atrair

objetos ferrosos à distância (sem contato físico).


O mineral apresenta forma cristalina isométrica, geralmente na forma octaédrica. É um material quebradiço, fortemente magnético, de cor preta, de brilho metálico, com densidade de 5,18 g/cm3. A magnetita é a pedra-ímã mais magnética de todos os minerais da Terra, e a existência desta propriedade foi utilizada para a fabricação de bússolas.

A Magnetita é um mineral magnético formado pelos óxidos de ferro II e III cuja fórmula química é Fe3O4. A magnetita apresenta na sua composição,

aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe2O3 ou

26,7% de ferro e 72,4% de oxigênio.

3. Inseparabilidade2. Atratibilidade

O magnetismo naturalO magnetismo natural

1. Polaridade


Campo magnéticoCampo magnético

É uma região do espaço na qual um pequeno corpo de prova fica sujeito a uma força de

origem magnética. Este corpo de prova deve ser feito de material que apresente

propriedades magnéticas.

N

S

NSN

S

→ vetor campo magnético (ou indução magnética)

No SI, a unidade do vetor

campo magnético é o Tesla (T)


Linhas de campoLinhas de campo

Em um campo magnético, as linhas são tais que o vetor campo magnético apresenta as

seguintes características:✔ Direção:Direção: sempre tangente a cada linha de campo;✔ Sentido:Sentido: o mesmo da respectiva linha de campo;✔ Intensidade:Intensidade: proporcional à densidade das linhas de campo.

Campo magnético Uniforme


O magnetismo na matériaO magnetismo na matéria

✔ Materiais ferromagnéticosMateriais ferromagnéticos

São fortemente atraídos por um ímã. Exemplo: ferro, níquel, cobalto...

✔ Materiais paramagnéticosMateriais paramagnéticos

São fracamente atraídos por um ímã. Exemplo: vidro, alumínio, cromo, platina...

✔ Materiais diamagnéticosMateriais diamagnéticos

São levemente repelidos por um ímã. Exemplo: água, prata, ouro, mercúrio, chumbo...

✔ Ponto CuriePonto Curie

Temperatura a partir da qual a magnetização se desfaz.

(Aproximadamente 770 ºC para o ferro)

✔ Magnetismo remanescenteMagnetismo remanescente

Cessada a interação magnética com um material ferromagnético ainda há resquícios

da influência desta interação. Isso ocorre porque os domínios magnéticos do material

continuam alinhados temporariamente.


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 01:Exemplo 01:A figura representa um ímã em forma de barra, com os pólos magnéticos nas

extremidades.

Suponha que se pretenda dividir esse ímã em dois e que haja duas sugestões para

fazer essa divisão. A primeira, de efetuá-la na direção longitudinal, da linha ℓ; a

segunda, na direção normal, da linha n. Logo em seguida a essa divisão, em relação

aos ímãs resultantes, pode-se afirmar que:


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 01:Exemplo 01:a) ambos vão se repelir, em quaisquer das duas sugestões.

b) ambos vão se atrair, em quaisquer das duas sugestões.

c) vão se repelir, na primeira sugestão e se atrair na segunda.

d) vão se atrair, na primeira sugestão e se repelir na segunda.

e) perdem a imantação na primeira sugestão e se atraem na segunda.


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 02:Exemplo 02:Ao aproximar-se um ímã permanente de uma barra observa-se que a barra se

transforma em um ímã. Isto acontece porque:

a) a barra possui elétrons livres

b) a barra encontra-se em sua temperatura Curie

c) a barra sofreu indução eletrostática

d) a barra é de material ferromagnético

Exemplo 03:Exemplo 03:Quando uma barra de material ferromagnético é magnetizada, são:

a) acrescentados elétrons à barra

b) retirados elétrons da barra

c) acrescentados ímãs elementares à barra

d) retirados ímãs elementares da barra

e) ordenados os ímãs elementares da barra


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 04:Exemplo 04:Um ímã, em forma de barra, de polaridade N (norte) e S (sul), é fixado numa mesa

horizontal. Um outro ímã semelhante, de polaridade desconhecida, indicada por A e T,

quando colocado na posição mostrada na figura 1, é repelido para a direita.

Quebra-se esse ímã ao meio e, utilizando as duas metades, fazem-se quatro

experiências (I, II, III e IV), em que as metades são colocadas, uma de cada vez, nas

proximidades do ímã fixo.


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 04:Exemplo 04:Indicando por “nada” a ausência de atração ou repulsão da parte testada, os resultados

das quatro experiências são, respectivamente:


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 05:Exemplo 05:Analise cada uma das afirmações e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F).

( ) Nas regiões próximas aos polos de um ímã permanente, a concentração de linhas

de indução é maior do que em qualquer outra região ao seu redor.

( ) Qualquer pedaço de metal colocado nas proximidades de um ímã permanente

torna-se magnetizado e passa a ser atraído por ele.

( ) Tomando-se um ímã permanente em forma de barra e partindo-o ao meio em seu

comprimento, obtém-se dois polos magnéticos isolados, um polo norte em uma das

metades e um polo sul na outra.


Campo magnético gerado por corrente elétricaCampo magnético gerado por corrente elétrica

Experimento de OerstedExperimento de Oersted

Até o início do século XIX, não se conhecia a relação entre a eletricidade e o magnetismo.

Segundo algumas versões, em 1820 Hans Christian Oersted, um professor em Amsterdã,

notou que a agulha de uma bússola defletia quando próxima de um circuito.

Representação esquemática da Experiência de Oersted



Toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético

Fio retilíneo e longo:Fio retilíneo e longo:

“Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, cria-se um campo magnético

de tal forma que o vetor campo magnético é perpendicular ao plano que contém o fio.”



O sentido das linhas de campo magnético é determinado pela regra da mão direita.


Visto em perspectiva Visto de lado Visto de cima

Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano)



Onde:

B: módulo do vetor campo magnético (T-Tesla)

i: corrente elétrica ( A)

d: distância perpendicular entre o fio condutor e o

ponto P onde se encontra o vetor campo magnético

(m)

μ: permeabilidade magnética do meio


(SI)

No vácuo:



Onde:

B: módulo do vetor campo magnético (T)


R: Raio da espira (m)


Espira circular:Espira circular:



Onde:

B: módulo do vetor campo magnético (T)


n: número de espiras

R: Raio da espira (m)


Bobina chata:Bobina chata:

Uma bobina chata é uma coleção de espiras circulares, coladas umas sobre as outras.


Campo magnético gerado por corrente elétricaCampo magnético gerado por corrente elétricaSolenóide:Solenóide:

Se o solenoide for suficientemente longo, o campo magnético em seu interior é

praticamente uniforme.

Quantidade de voltaspor unidade de comprimento


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 06:Exemplo 06:Duas correntes de mesma intensidade i1 = i2 percorrem os condutores da figura. Essas

correntes produzem um campo magnético resultante nulo nos pontos:

a) P1 e P3

b) P1 e P2

c) P1 e P4

d) P2 e P3

e) P2 e P4


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 07:Exemplo 07:Dois fios retos, comprimidos e paralelos são colocados perpendicularmente ao plano desta folha e percorridos por correntes elétricas tais que i1 = 3i2, conforme a figura. Os

campos magnéticos resultantes criados pelas correntes, nos pontos M e N, estão mais

bem indicados na opção:


Exercícios de aplicaçãoExercícios de aplicaçãoExemplo 08:Exemplo 08:Um solenóide compreende 2000 espiras por metro. Qual o valor da intensidade do vetor

indução magnética, originado na região central, devido à passagem de uma corrente

elétrica de 0,5 A?

Exemplo 09:Exemplo 09:Dois fios paralelos são percorridos por correntes de intensidade i1 = 3,0 A e i2 = 4,0 A no

mesmo sentido. Calcule a intensidade do vetor indução magnética resultante num ponto P, que dista 2,0 cm de i1 e 4,0 cm de i2 localizado entre os fios.

Exemplo 10:Exemplo 10:As espiras da figura têm raios iguais a 4π cm, centros

coincidentes e estão colocadas em planos perpendiculares entre si. Sabendo que i1 = 5 A e i2 = 2 A , determine a

intensidade do vetor indução magnética no centro das espiras. Adote: μ0 = 4π x 10-7 T.m/A

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