Campos magnéticos definição, Notas de aula de Física

Baixe Campos magnéticos definição e outras Notas de aula em PDF para Física, somente na Docsity! Capítulo 28: r Sã Campos Magnéticos  O que Produz um Campo Magnético? Definição de Campo Magnético  Campos Cruzados: O Efeito Hall Uma Partícula Carregada em um Movimento Circular  Força Magnética em um Fio Percorrido por uma Corrente  Torque em Espiras Percorridas por Correntes  Momento Magnético Dipolar Índice Cap. 28: Campos Magnéticos Linhas de Campo Magnético Cap. 28: Campos Magnéticos  As linhas de campo magnético são sempre tangentes ao campo magnético local.  A densidade de linhas de campo é proporcional ao modulo do campo magnético.  Não existe um ponto do espaço em que duas linhas de campo magnético se cruzam! O Campo Magnético Cap. 28: Campos Magnéticos  Podemos determinar o campo magnético em um ponto do espaço medindo a força F, a velocidade v, sobre uma partícula de carga q. BvqF    Pela definição do produto vetorial: )(senBvqF   zyx zyx BBB vvv kji qF ˆˆˆ    O vetor velocidade e o vetor campo magnético formam um plano que sempre será perpendicular à força magnética. Unidades de Medida no SI: q [C]; v [m/s]; F [N]; B = Tesla [T] = N/[C(m/s)] = N/Am 1 Tesla = 104 Gauss A Força Magnético Cap. 28: Campos Magnéticos  Para facilitar a determinação do sentido da força, usamos a Regra da Mão Direita. BvqF   )(senBvqF    O vetor velocidade e o vetor campo magnético formam um plano que sempre será perpendicular à força magnética. A Força Magnético Cap. 28: Campos Magnéticos 28-5) pg. 206 Um elétron se move em uma região onde existe um campo magnético uniforme dado por . Em um certo instante um elétron tem uma velocidade e força magnética . . Determine Bx BvqF   Da equação da Força: jBiBB xx ˆ3ˆ  smjiv /)ˆ4ˆ2(   NkF )ˆ104,6( 19  03 042 ˆˆˆ 10602,1 ˆˆˆ 19 xxzyx zyx BB kji BBB vvv kji eF   )ˆ0ˆ0ˆ4ˆ6ˆ0ˆ0(10602,1ˆ104,6 1919 jikBkBjik xx   )ˆ2(10602,1ˆ104,6 1919 kBk x   TBx 0,2 Campos Cruzados Cap. 28: Campos Magnéticos  Registrar a posição na tela com E = 0 e B = 0.  Aplicar E diferente de zero e ajustar B até que o feixe ilumine o ponto inicial quando E e B eram nulos. maEq  qvBsenqE  B Ev   Sem campo magnético, a deflexão y, que a partícula sofreria ao percorrer uma região do campo elétrico L seria: 22 )/( 22 vL y t y a  2 2 2mv ELq y  yE BL q m 2 )( 2  O Efeito Hall Cap. 28: Campos Magnéticos Determinação do número de portadores de carga! BqvqE d  Temos um fio de seção reta A = dl (l não aparece nas figuras), que é percorrido por uma corrente i na presença de um campo magnético.  Um campo elétrico é aplicado de modo a gerar uma força oposta à força magnética.  Da velocidade de deriva vd, temos:  O campo E pode ser reescrito em termos da diferença de potencial: neA i ne J vd  EdV  eVl iB n  Trajetórias Helicoidais Cap. 28: Campos Magnéticos Uma carga que se move com direção oblíqua em relação a um campo magnético uniforme descreve uma Trajetória Helicoidal  O vetor velocidade deve ser decomposto em duas componentes: uma paralela e outra perpendicular ao campo magnético. senvv   cos// vv   qB mv r  Raio da Trajetória        qB m vTvp 2 //// Passo da Trajetória Trajetórias Helicoidais Cap. 28: Campos Magnéticos Uma carga que se move com direção oblíqua em relação a um campo magnético inomogêneo descreve uma Trajetória Helicoidal. Garrafa magnética: As partículas situadas próximas das extremidades da região sofrem a ação de uma força magnética orientada para o centro da região, confinando-as. Trajetórias Helicoidais Cap. 28: Campos Magnéticos Exemplos de trajetórias Helocoidais Elétrons e prótons são aprisionados nos Cinturões de Van Allen, excitando átomos, que por sua vez emitem luz. O oxigênio por exemplo ao ser excitado por elétrons emite a luz verde. Cínclotrons e Síncrotrons Cap. 28: Campos Magnéticos  Um cínclotron é composto por duas peças metálicas com formato de Dê, conectadas a uma fonte de tensão alternada.  Prótons gerados no centro do cínclotrons são defletidos pelo campo magnético, se movimentando em trajetórias circulares.  Toda vez que cruzam de um Dê para outro, ganham velocidade por causa do potencial que a fonte aplica alternadamente.  A frequência da fonte é ajustada para que o ganho de velocidade seja maximizado. Nesta condição a frequência de ocilação da fonte entra em ressonância com a frequência natural do cínclotron.  Sabendo que nas ultimas voltas o raio de trajetória quase não varia, da segunda lei de Newton, temos: m qB ff cínclotronfonte 2  Cínclotrons e Síncrotrons Cap. 28: Campos Magnéticos m qB ff cínclotronfonte 2  Exemplo 28-5) pg. 216. A frequência de um oscilador de um cínclotron é de 12 MHz, e o raio dos Dês é de 53 cm. Qual é o módulo do campo para acelerar dêuterons. (md = 3,34x10 -27 kg, q = e) T q mf B cínclotron 57,1 2   Qual é a energia cinética desses dêuterons?   m rqBmv K 22 22  m rqB v  MeVJK 17107,2 12   Força Magnética em um Fio com Corrente Cap. 28: Campos Magnéticos Um fio percorrido por uma corrente elétrica sobre a ação de uma força magnética quando está submetido a um campo magnético. )/( dvLiitq  BLiBvqF d   iLBsenF    L é um vetor que tem a direção da corrente elétrica e aponta no sentido da corrente elétrica.   é o ângulo entre o vetor L e o campo magnético.  Quanto maior i, L e B maior a força. Torque em Espiras Percorridas por Corrente Cap. 28: Campos Magnéticos A força magnética que atua sobre a espira tende a faze-lá girar. Esse ilustração mostra como funcionam alguns motores de corrente contínua. Torque em Espiras Percorridas por Corrente Cap. 28: Campos Magnéticos  iaBsen b iaBsen b Fr 22   O vetor normal é sempre perpendicular ao plano da espira. As forças F2 e F4 se cancelam, pois são opostas e possuem a mesma linha de ação (que passa pelo eixo de rotação). No entanto, F1 e F3, possuem linhas de ação diferentes e por isso não se anulam produzindo torque na espira. Vista da espira na direção do campo magnético Vista lateral da espira  ibaBsen  NiABsen Torque em uma bobina deN espiras de área A Momento Magnético Dipolar Cap. 28: Campos Magnéticos  Por definição o vetor Momento Magnético Dipolar aponta sempre na direção normal ao plano da espira (regra da mão direita): No SI (J/T = A/m2) NiA  Bsen B     A energia potencial associada à orientação do momento magnético está associada ao campo da seguinte maneira: Ep   EpU  )( B    )cos()(  BBU   A orientação antiparalela é aquela que armazena maior energia potencial )(UWa   NiABsen