ELETROMAGNETISMO

3º ANO ENSINO MÉDIOProfessor Marco Antonio

CONCEITOS INICIAIS

ÍMÃS

Conceitos iniciaisEstudo do conjunto de fenômenos associados à interação entre a eletricidade e o magnetismo.

Os ímãsImãs: são materiais ferromagnéticos sujeitos à presença de um campo magnético.

Todos os ímãs possuem dois polos: o norte (N) e o sul (S).

São nessas regiões onde as propriedades magnéticas se tornam mais intensas

Os ímãsOs polos interagem entre si por meio de uma força magnética, que pode ser de atração (polos diferentes) ou repulsão (polos iguais)

Quando aproximamos dois ímãs, verificamos que os polos magnéticos de mesmo nome se repelem e polos magnéticos de nomes diferentes se atraem

Os ímãsIsso ocorre pois um ímã é constituído de ímãs elementares ou moleculares que estão previamente orientados com os respectivos pares norte (N) e sul (S).

Se um ímã for partido, cada pedaço terá seus próprios polos norte e sul.

Os polos magnéticos de um ímã são inseparáveis, ou seja, não existem polos isolados.

Os ímãs• se um material

ferromagnético é aproximado de um ímã, ele se tornará magnetizado (magnetização por indução)

• agora, se atritarmos um material ferromagnético sempre no mesmo sentido ele se tornará um ímã (magnetização por imantação)

Os ímãsObserve que a imantação é a ordenação dos ímãs elementares que constituem o corpo ferromagnético!!!

Os ímãsObserve que a imantação é a ordenação dos ímãs elementares que constituem o corpo ferromagnético!!!

Os ímãsA Terra comporta-se como um grande ímã. CUIDADO

!!!Os polos geográficos e magnéticos da Terra não coincidem entre si.

CAMPO MAGNÉTICO

Campo MagnéticoRegião do espaço ao redor de um ímã na qual se manifesta um efeito magnético.

Unidade: no SI, a unidade de intensidade do vetor campo magnético B denomina-se tesla (T).

No interior de um ímã, as linhas de campo vão do polo sul para o polo norte.

Externamente, as linhas de indução saem do polo norte e chegam ao polo sul do ímã.

Campo MagnéticoObserve que as linhas de força magnética nunca se cruzam umas com as outras.

Quando dois ímãs interagem entre si, as linhas de força magnética são reconfiguradas.

Campo MagnéticoNo caso de um ímã em forma de U (ou ferradura), observamos que, entre os ramos paralelos do ímã, as linhas de indução são praticamente paralelas, originando, nessa região, um campo magnético que pode ser considerado uniforme.

Campo magnético uniforme é aquele no qual, em todos os pontos, o vetor   tem a mesma direção, o mesmo sentido e a mesma intensidade. No campo magnético uniforme, as linhas de indução são retas paralelas igualmente espaçadas e orientadas.

Campo Magnético Terrestre

Campo MagnéticoLembre-se que polos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem.

Mas um material ferromagnético, como um prego, por exemplo, sempre será atraído por um ímã!!

Neste caso, nem o imã atrai o ferro e nem o ferro atrai o imã. Ambos se atraem simultaneamente. (3ª Lei de Newton)

Campo MagnéticoAplicação: (FUVEST-SP) A Figura I representa um ímã permanente em forma de barra. N e S indicam, respectivamente, polos norte e sul. Suponha que a barra seja dividida em três pedaços, como mostra a Figura II. Colocando lado a lado os dois pedaços extremos, como indicado na figura III, é correto afirmar que eles:a) se atrairão, pois A é o polo norte e B é o polo sul.b) se atrairão, pois A é o polo sul e B é o polo norte.c) não serão atraídos nem repelidos.d) se repelirão, pois A é o polo norte e B é o polo sul.e) se repelirão, pois A é o polo sul e B é o polo norte.

Campo MagnéticoA Lei de Ampére é aplicada aos campos magnéticos gerados por uma corrente elétrica ao redor de um condutor retilíneo longo.

B=μo .i2. π . r

onde:• B é o vetor campo

magnético• μo é a permeabilidade

magnética no vácuo• i é a corrente elétrica• r é o raio do condutor

Representação do campo magnético ao redor do condutor

Campo MagnéticoO sentido do campo magnético é dado pela regra da mão direita.

Campo MagnéticoSegure o condutor com a mão direita, envolvendo-o com os dedos e mantendo o polegar apontando o sentido da corrente. O sentido das linhas de campo é dado pela indicação dos dedos que evolvem o condutor.

Campo MagnéticoSegure o condutor com a mão direita, envolvendo-o com os dedos e mantendo o polegar apontando o sentido da corrente. O sentido das linhas de campo é dado pela indicação dos dedos que evolvem o condutor.

Campo MagnéticoObserve que:• As linhas de campo são circulares e concêntricas ao fio por

onde passa a corrente elétrica e estão contidas num plano perpendicular ao fio.

• A direção do vetor campo magnético B é sempre tangente às linhas de campo em cada ponto considerado e sempre no mesmo sentido delas.

Campo MagnéticoRegra da mão direita

Campo MagnéticoER1. Um fio retilíneo longo e em posição vertical é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade igual a 3 A e sentido convencional ascendente. Determine:a) a direção e o sentido do

vetor indução magnética num ponto localizado à direita do fio;

b) a intensidade do campo magnético num ponto que se situa a 50 cm do fio, dado µ=4π.10-7 T.m/A

Campo MagnéticoER2. Dois fios retilíneos, longos e paralelos, são atravessados por correntes elétricas de intensidades iguais, respectivamente, a 1 A e 2 A. Os sentidos de tráfego das correntes são opostos e os fios estão distanciados 2 m. Determine a intensidade do vetor campo magnético resultante num ponto equidistante dos fios, no plano formado por eles. Dado:µ=4π.10-7 T.m/A

Campo MagnéticoER3. A agulha de uma bússola é colocada em um campo magnético cujas linhas de força estão representadas na figura.Então responda:a) com que sentido de

rotação a agulha iniciará o movimento?

b) em que posição ela ficará em equilíbrio?

Campo Magnético1- Represente o vetor indução magnética B no ponto P, gerado pela corrente elétrica que atravessa o conduto retilíneo, nos casos a seguir:

Campo Magnético2- Caracterize o vetor indução magnética B no ponto P da figura a seguir. Considere a intensidade da corrente elétrica i igual a 20 A, a distância r igual a 5,0 cm e a permeabilidade magnética do meio µ = 4Π.10-7 T.m/A.

3- Leia atentamente as afirmativas que se guem e assinale V(verdadeiro) ou F (falso): I. ( ) O polo Norte

geográfico é um polo sul magnético.

II. ( ) Em um ímã permanente, as linhas de indução saem do polo norte e vão para o polo sul, in dependentemente de estarem na parte inter na ou externa do ímã.

III. ( ) Considerando a agulha de uma bússola, a ex tremidade que aponta para o Norte geográfi co é o polo norte magnético da agulha.

Campo MagnéticoEP10. Um fio retilíneo, longo e em posição horizontal, é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade igual a 0,5 A. Determine a intensidade do campo magnético num ponto que se situa a 20 cm do fio. É dado: μ = 4π.10-7 T.m/AEP11. Dois fios muito longos e retilíneos estão dispostos paralelamente. Eles são percorridos por correntes elétricas, respectivamente, de 6 e 8 A de intensidade. Os sentidos das correntes são iguais e os fios estão distantes 4 m. Qual é a intensidade do vetor campo magnético resultante num ponto equidistante dos fios, sobre o plano formado por eles? É dado: μ = 4π.10-7 T.m/A

Campo Magnético4- Dois condutores retilíneos, paralelos e extensos são percorridos por corrente elétrica de mesma intensidade i = 10A. Determine a intensidade do vetor indução magnética B no ponto P, nos casos indicados a seguir. É dado: μ = 4π.10-7 T.m/Aa)

b)

Campo Magnético5- Na figura ao lado, têm-se as seções transversais de dois condutores retos, A e B, paralelos e extensos. Cada condutor é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 5,0 A no sentido indicado.

a) Determine a intensidade do vetor indução magnética, resultante no ponto P, que dista 20 cm de cada condutor. b) Como se orienta uma pequena agulha magnética colocada em P?É dado: μ = 4π.10-7 T.m/A

FORÇA MAGNÉTICA

Força magnéticaI- Força magnética sobre uma carga móvel imersa em um campo magnético uniforme• Quando uma carga

elétrica se move no interior de um campo magnético, experimenta a ação de uma força magnética!

• Inicialmente as características dessa força foram determinadas pelo físico holandês Hendrik A. Lorentz

Onde:• α é o ângulo formado entre o

vetor campo magnético B e a velocidade v.

• q é a carga elétrica (em módulo).

• A direção é perpendicular ao plano formado pelos vetores B e v.

• O sentido é dado pela REGRA DA MÃO ESQUERDA.

Fm=|q|. v .B . senα

Força magnéticaRegra da mão esquerda

A direção é perpendicular ao plano formado pelos vetores B e v.

Achou difícil? Acompanhe no desenho!!!

Força magnéticaRegra da mão esquerda

Esta regra vale apenas para uma carga positiva. Se a carga for negativa, o sentido da Fm será o oposto daquele indicado pelo polegar pelo polegar.

Força magnéticaRegra da mão esquerdaRepresente a força magnética que age sobre a carga elétrica q lançada no campo magnético de indução B nos seguintes casos:a) b)

Força magnéticaCasos particulares importantes:I. Partícula eletrizada abandonada em repouso no interior de um campo magnético:

II. Partícula eletrizada lançada paralelamente às linhas de indução de um campo magnético uniforme:

CONCLUSÃO:Cargas elétricas em repouso ou lançadas na mesma direção do campo magnético, não sofrem ação da força magnética (Fmag = 0).

Nesse caso, v = 0 e, portanto, a força magnética é nula (Fmag = 0).

Nesse caso, como sen 0º = sen 180º = 0, concluímos que a força magnética também é nula (Fmag = 0).

Força magnéticaCasos particulares importantes:III. Partícula eletrizada lançada perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme

Assim, quando lançada perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme, a partícula realiza um movimento circular e uniforme (MCU), em um plano perpendicular às linhas de indução.Nesse caso,  como sen 90º =

1, então:

Fm=|q|. v .B

Força magnéticaER2. Uma partícula eletrizada, de carga positiva q de 3 μC, está em movimento com velocidade instantânea de 5 m/s, num ponto de um campo magnético cujo vetor indução tem intensidade de 2.10-5 T. Observe a figura a seguir, em que o ângulo entre os vetores B e v é de 30º:

Determine o vetor força magnética, dando a direção, o sentido e seu módulo.

Força magnéticaER3. Uma partícula iônica, de carga positiva q, desloca-se numa região do espaço. Nela, coexistem um campo elétrico vertical E e um campo magnético horizontal B, ambos uniformes. Suas intensidades são: E = 3.102 N/C e B = 5.10-1T. Então, com que velocidade a partícula (cuja massa é desprezível) deve movimentar-se para que a força resultante (entre a elétrica e a magnética) seja nula sobre ela?

Força magnética

EP1. Se uma partícula eletrizada com carga de 5.10-3 C for abandonada (em repouso) no interior de um campo magnético uniforme, cuja intensidade é 6.10-2 T, qual será o módulo da força magnética atuante nessa partícula? Justifique sua resposta.

ER5. Uma partícula eletrizada, com quantidade de carga elétrica q = 0,02 μC e massa m = 2.10-11 g, move-se perpendicularmente às linhas de força de um campo magnético uniforme, com velocidade de 3.106 m/s. A figura ilustra a situação e mostra o raio da trajetória, que é R = 3 cm.

Desprezando-se a influência de outros campos, qual a intensidade desse campo magnético?

• Várias cargas percorrendo um fio condutor num mesmo sentido constituem uma corrente elétrica.

• Assim, quando um segmento retilíneo desse condutor é travessado por essa corrente i, no interior de um campo magnético B, sofre a ação de uma força magnética Fm.

Força magnéticaII- Força magnética sobre um condutor retilíneo imerso em um campo magnético uniforme

Fm=B . i .𝓁 . senα

Força magnéticaII- Força magnética sobre um condutor retilíneo imerso em um campo magnético uniforme

Onde:• i é a intensidade da corrente

elétrica (ampère).• ℓ é o comprimento do

condutor (metros).• A direção é perpendicular ao

plano formado pelos vetores B e i.

• O sentido é dado pela REGRA DA MÃO ESQUERDA.

Fm=B . i .𝓁 . senα

Força magnéticaRegra da mão esquerda

Observe que na Regra da Mão Esquerda, a velocidade v agora

é substituída pela corrente i.

Força magnética1- Aplicando a regra da mão direita número 2, represente a força magnética que age no condutor percorrido por corrente elétrica, nos casos indicados abaixo:

Força magnéticaER6. Um fio condutor retilíneo é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 1 A. Ele está mer gulhado num campo magnético uniforme de 0,8 T. O ângulo formado pelas direções do condutor e das linhas de força magnética é de 30°. Qual é o módulo da força magnética que atua num trecho de 10 cm desse condutor elétrico?

Força magnéticaER8. Que tipo de interação magnética (de atração ou repulsão) ocorre quando dois condutores retilíneos e paralelos são percorridos por correntes elétricas de:a) mesmo sentido?b) sentidos opostos?

Força magnética2- Um condutor reto e horizontal de comprimento L = 40 cm e massa m = 2,0 g, percorrido por corrente elétrica de intensidade i = 10 A, encontra-se em equilíbrio sob ação exclusiva do campo de gravidade e de um campo magnético uniforme de indução B, conforme esquematizado na figura abaixo.

Sendo o módulo do campo de gravidade igual a 10 N/kg, determine:a) a intensidade do vetor B;b) o sentido da corrente elétrica i que atravessa o condutor.

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