ACÇÃO DOS CAMPOS MAGNÉTICOS SOBRE … · 18-05-2014 1 ACÇÃO DOS CAMPOS MAGNÉTICOS SOBRE CARGAS EM MOVIMENTO E CORRENTES FísicaFísica 12.º 12.º AnoAno -- Marília PeresMarília

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ACÇÃO DOS CAMPOS

MAGNÉTICOS SOBRE CARGAS

EM MOVIMENTO E CORRENTES

FísicaFísica 12.º 12.º AnoAno -- Marília PeresMarília Peres

Um Breve História do Magnetismo

Século XII a.C.

– Chineses– Chineses

• Usam a agulha magnética (invenção árabe ou indiana)

800 anos a. C

– Gregos

• Descobrem que a magnetite (Fe3O4) atraí pedaços de ferro

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– Pierre de Maricourt Percebe a existência das linhas de campo magnético e dos pólos.

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16001600

–– William GilbertWilliam Gilbert

• Expande as experiências do magnetismo


Expande as experiências do magnetismo a outros materiais.

• Sugere que a Terra é em si mesmo um magnete permanente.

18191819

–– Hans Christian Hans Christian ÖerstedÖersted


• Descobriu a relação entre a electricidade e o magnetismo.

• Uma corrente eléctrica num fio condutor faz mover uma agulha magnética

18201820–– Faraday e HenryFaraday e Henry

E l õ l i id d


• Encontram novas relações entre a a electricidade e o magnetismo (a indução electromagnética)

–– MaxwellMaxwell

• Unificou o campo eléctrico e magnético


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NumaNuma regiãoregião emem queque aa influênciainfluência dede umauma fontefontemagnéticamagnética sese façafaça sentir,sentir, existeexiste umum campocampomagnéticamagnética sese façafaça sentir,sentir, existeexiste umum campocampomagnéticomagnético..

AA interacçãointeracção magnéticamagnética detectadetecta--sese nãonão sósó ememímanesímanes ouou magnetes,magnetes, masmas tambémtambém cargascargas ememmovimentomovimento (corrente(corrente eléctrica)eléctrica) podempodem originaroriginarumum campocampo magnéticomagnéticoumum campocampo magnéticomagnético..

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AA agulhaagulha magnéticamagnética dede umauma bússolabússola((colocadacolocada forafora dada acçãoacção dede umummagnetemagnete ouou dede umauma correntecorrenteeléctricaeléctrica)) apontaaponta sempresempre parapara ooNorteNorte..

MasMas sese aproximamosaproximamos deladela umumtt ll dd t dt d

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magnetemagnete,, elaela rodaroda,, tomandotomando aaorientaçãoorientação dodo campocampo criadocriado pelopelomagnetemagnete..

OsOs electrõeselectrões podempodem actuaractuar comocomo magnetesmagnetesindividuaisindividuais..

NoNo ferroferro éé maismais fácilfácil ““alinharalinhar”” osos electrõeselectrões quequeemem outrosoutros materiaismateriais..

QuandoQuando osos electrõeselectrões estãoestão alinhadosalinhados originamoriginam umumQua doQua do osos elect õeselect ões estãoestão al adosal ados o g ao g a uumagnetemagnete maismais forteforte..

FerroFerro

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MagnetiteMagnetite

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OO campocampo magnéticomagnético éé umauma grandezagrandeza vectorialvectorialqueque temtem umauma induçãoindução magnéticamagnética queque seserepresentarepresenta pelopelo vectorvector

B

AA unidadeunidade SISI dada intensidadeintensidadedede induçãoindução magnéticamagnética éé ooteslatesla (T)(T)

OutraOutra unidadeunidade (não(não pertencepertenceaoao SI)SI) éé oo gaussgauss (G)(G)

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aoao SI)SI) éé oo gaussgauss (G)(G)

11 GG == 11 xx 1010--44 TT http://www.commarts.com/ca/interactive/cai03/02_ia03.htmlhttp://tesladownunder.iinet.net.au/tesla_coil_sparks.htm

LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA

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10Marília Peres

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LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN EM BARRA

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11Marília Peres

•• As linhas de campo magnético são fechadas.As linhas de campo magnético são fechadas.

•• EmEm cadacada pontoponto dodo espaço,espaço, oo vectorvector éé tangentetangente àsàslinhaslinhas dede campocampo..

•• OO númeronúmero dede linhaslinhas dede campo,campo, porpor unidadeunidade dede área,área, éé

B

p ,p , pp ,,proporcionalproporcional àà intensidadeintensidade dodo campocampo magnéticomagnético..

•• ZonasZonas maismais densasdensas campocampo maismais intensointenso

•• UmUm campocampo magnéticomagnético aproximadamenteaproximadamente uniformeuniforme temtem asaslinhaslinhas dede campocampo paralelasparalelas..

•• AsAs linhaslinhas dede campocampo magnéticomagnético nãonão indicamindicam aa direcçãodirecção dada

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•• AsAs linhaslinhas dede campocampo magnéticomagnético nãonão indicamindicam aa direcçãodirecção dadaforçaforça dede interacçãointeracção comcom oo ímaníman.. EssaEssa forçaforça temtem aadirecçãodirecção perpendicularperpendicular aoao vectorvector B

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LINHAS DE CAMPO NUM ÍMAN GRANDE(EM FERRADURA)

P d idPode-se considerar uniforme, excepto na

extremidade dos pólos.


(Caldeira et al, 2006)

Acção de Campo Magnético sobre Acção de Campo Magnético sobre Cargas em MovimentoCargas em Movimento

O é i d i d d O campo magnético num determinado ponto pode serdefinido em termos de força magnética, FB

Essa força pode fazer mover uma partícula com carga, comuma velocidade v


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DIRECÇÃO DA FORÇA

F é di l l f d B

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FB é perpendicular ao plano formado por v e B

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FORÇA MAGNÉTICAFORÇA 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

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– 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


Valores de Campos Magnéticos, mais comuns


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Notação de Campo Magnético

( ) P t t t f t d l d l

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(a) Pontos: vector aponta para a frente do plano do papel

(b) Cruzes: vector aponta pra trás do plano do papel

19Marília Peres

Carga Eléctrica que entra perpendicularmente à direcção do campo

Sendo a trajéctória circular, a força magnética é centrípeta

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B

mvF qvB

r

mvr 2 2 2πr π πm

T


rqB

Tv ω qB

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Carga Eléctrica que entra num campo Uniforme com um ângulo diferente de 90º


Carga Eléctrica que entra num Campo Uniforme com um ângulo diferente de 90º

Page 22 Marília Pereshttp://www.youtube.com/watch?v=wT4hOuJ4QDU

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A Acção Simultânea de Campos Magnéticos e Eléctricos :O Campo ElectromagnéticoO Campo Electromagnético


Como fazer para obrigar ma partíc la


obrigar uma partícula mover-se com

velocidade constante?


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Fmag = - Fel


|q| v B = |q| E

Só partículas com velocidade inferior

Ev

B

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pou superior a E / B são desviadas.

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O Espectrómetro de Massa

Fonte

Se a velocidade for igual para todas as partículas, Rdepende apenas de

/| |


de Iões m/|q|

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O Espectrómetro de Massa


Fonte: http://www.iticlab.es/majwq/wq/ver/123 Espectrómetro de Massa da Thermo Scientific

Experiência de Thomsone a relação “ee//mm” (carga /massa) do electrão

Os electrões são acelerados no cátodo

Sã d fl tid São deflectidos por um campo magnético e eléctrico.

Os electrões colidem num ecrã fluorescente, produzindo um ponto l i

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luminoso.

Verifica-se que :

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2 2

2e U

m B R

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O ciclotrãoO ciclotrão é um aparelho que se destina 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 melhordaí resultantes, para melhor compreender a estrutura da matéria.

O ciclotrão foi inventado por ErnestLawrence (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 Ernest Lawrence (1902-1958)

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Ernest Lawrence recebeu, pelo seu trabalho , em 1939, o Prémio Nobel da Física.

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Ernest Lawrence (1902 1958)Fonte: http://www.tiki-toki.com/

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. Esquema do Ciclotrão

Fonte: http://profs.ccems.pt/


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O ciclotrão Um protão penetra, animado de uma dada velocidade , no D da esquerda e fica imediatamente sob a influência do do campo magnético , que é responsável por uma força 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 centrípetaforça centrípetadirecção da mesma, ou seja, uma força centrípetaforça centrípeta.

Antes de penetrar no D da direita, passa por um campo campo eléctricoeléctrico uniformeuniforme, entre os Ds.

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

Esquema do CiclotrãoFonte: http://profs.ccems.pt/

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Sendo:

Marília Peres

O ciclotrãoExperimenta:


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


Exemplos:


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Exercício – Lei de Laplace


Aplicações:


http://www.youtube.com/watch?v=649iUqrOKuE

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