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Física Eletromagnetismo Campo magnético produzido por corrente; Lei de Àmpere. Professora: Kelly C M Faêda Campo magnético criado por uma corrente num condutor (lei de Biot-Savart) Em 1820, Hans Oersted descobriu que uma agulha de bússola, que é magnética, é desviada quando colocada perto de uma corrente elétrica Esta experiência mostra que a corrente elétrica é uma fonte de campo magnético Cargas elétricas produzem campo elétrico → cargas elétricas em movimento (corrente) produzem campo magnético. O campo magnético no ponto P, produzido por uma corrente I através do comprimento do fio é LEI DE BIOT-SAVART Bd sd 2 0 4 r esId Bd r = o = 4 x 10-7 T. m / A O campo magnético total será: == 2 0 4 r esdI BdB r Regra da mão direita para determinar a direcção do campo magnético → Em volta de um fio longo transportando uma corrente, as linhas do campo magnético formam círculos em torno do fio. Linhas de campo magnético ao redor do fio com corrente I evidenciadas com limalhas de ferro → B B B r i B = 2 0 Módulo do campo magnético gerado pelo fio o = 4 x 10-7 T. m / A Campo magnético criado por condutor retilíneo Em volta de um fio longo transportando uma corrente, as linhas do campo magnético formam círculos em torno do fio. A Figura a seguir mostra um fio reto muito longo conduzindo uma corrente de 3,0 A. Uma partícula tem uma carga de +6,5 × 10−6 C e está se movendo paralelamente ao fio a uma distância de 0,050 m. A velocidade da partícula é igual a 280 m/s. Determine o módulo, a direção e o sentido da força magnética exercida pela corrente no fio sobre a partícula carregada. Resp.: 2,2 x10-8 N Força entre duas correntes Exemplo 1 A Figura a seguir mostra um fio reto muito longo conduzindo uma corrente de 3,0 A. Uma partícula tem uma carga de +6,5 × 10−6 C e está se movendo paralelamente ao fio a uma distância de 0,050 m. A velocidade da partícula é igual a 280 m/s. Determine o módulo, a direção e o sentido da força magnética exercida pela corrente no fio sobre a partícula carregada. Resp.: 2,2 x10-8 N Força entre duas correntes Exemplo 1 Força entre duas correntes Exemplo 1 Experimento de Oersted file:///C:/Users/Kelly/Documents/PUC-Minas/1-2017/Física Geral III/oersted.wmv Força magnética sobre fios ou F = IL x B F = I.L.B.sen q Força magnética sobre fios ou F = IL x B F = I.L.B.sen q A figura mostra três fios longos, paralelos, igualmente espaçados, percorridos por correntes de mesmo valor absoluto, duas para fora e uma para dentro do plano da página. Coloque os fios na ordem do módulo da força a que estão sujeitos devido à corrente nos outros dois fios, começando pelo maior. a. Fa > Fb > Fc b. Fa > Fc > Fb c. Fb > Fa > Fc d. Fb > Fc > Fa e. Fc > Fa > Fb Força entre duas correntes Exemplo 2 Força entre duas correntes Exemplo 2 Força entre duas correntes Exemplo 2 Força entre duas correntes Exemplo 2 Força entre duas correntes Exemplo 2 Força entre duas correntes Exemplo 2 A figura mostra três fios longos, paralelos, igualmente espaçados, percorridos por correntes de mesmo valor absoluto, duas para fora e uma para dentro do plano da página. Coloque os fios na ordem do módulo da força a que estão sujeitos devido à corrente nos outros dois fios, começando pelo maior. a. Fa > Fb > Fc b. Fa > Fc > Fb c. Fb > Fa > Fc d. Fb > Fc > Fa e. Fc > Fa > Fb 18 Força entre duas correntes Força entre condutores paralelos Interação magnética entre correntes paralelas FORÇA MAGNÉTICA ENTRE DOIS CONDUTORES PARALELOS A corrente do fio 2 gera um campo magnético na posição do fio 1. é perpendicular ao fio 1. 2 B 2 B 211 BIF = 211 BIF = A força magnética sobre o fio 1 é ) 2 ( 20 11 a I IF = a II F 2 210 1 = Em termos de força magnética por unidade de comprimento a IIF 2 2101 = → Esta equação pode ser aplicada também a um fio de comprimento infinito 122 BIF = Supor agora que a corrente do fio 1 gera um campo magnético na posição do fio 2. é perpendicular ao fio 1. 1 B 1 B 12 FF −= a II F 2 210 2 = Os fios se atraem Correntes em direcções opostas se repelem Quando as correntes estão em direcções opostas, as forças magnéticas têm sentidos opostos e os fios se repelem Correntes na mesma direcção se atraem FORÇA MAGNÉTICA ENTRE DOIS CONDUTORES PARALELOS a IIF 2 2101 = A expressão é utilizada para definir o Ampère: Definição do Coulomb FORÇA MAGNÉTICA ENTRE DOIS CONDUTORES PARALELOS A Figura a seguir mostra dois fios retos paralelos muito longos. Os fios estão separados por uma distância de 0,065 m e conduzem correntes I1 = 15 A e I2 = 7,0 A. Determine o módulo, a direção e o sentido da força que o campo magnético do fio 1 aplica a um trecho de 1,5 m do fio 2 quando as correntes estão (a) em sentidos contrários e (b) no mesmo sentido. Resp.: 4,8 x 10 -4 N Força entre duas correntes Exemplo 3 Exemplo 3 Força entre duas correntes Exemplo 3 LINHAS DE CAMPO MAGNÉTICO NUMA ESPIRA CIRCULAR Linhas de campo magnético ao redor de uma espira com corrente I evidenciadas com limalhas de ferro → Líneas de campo creado por una espira circular Campo magnético criado por espira circular Dentro de uma espira circular A direção e o sentido do campo magnético no centro da espira podem ser determinados com o auxílio da RMD. Se o polegar da mão direita estiver apontando no sentido da corrente e os dedos encurvados estiverem colocados no centro da espira, como na figura ao lado os dedos encurvados indicam que o sentido do campo magnético. Um fio reto e longo conduz uma corrente I1 = 8,0 A. Como ilustrado na figura a seguir uma espira circular de fio está situada imediatamente à direita do fio reto. A espira tem um raio R = 0,030 m e conduz uma corrente I2 = 2,0 A. Supondo que a espessura de cada fio é desprezível, encontre o módulo, a direção e o sentido do campo magnético resultante no centro C da espira. Resp.: 1,146 x 10 -5 T Força entre duas correntes Exemplo 4 Força entre duas correntes Exemplo 4 Força entre duas correntes Exemplo 4 Cálculo do campo magnético de um solenoide O campo magnético gerido por um solenóide com as espiras mais espaçadas. Solenóide compacto b) O campo no espaço interior do solenóide é intenso e quase uniforme. Imane (a) (b) (c) Um fio longo enrolado formando uma bobina em espiral é chamado de solenóide. 37 Solenóide ideal Para calcular o campo magnético dentro do solenóide utilizamos a lei de Ampère considerando a trajetória tracejada. O campo magnético fora do solenóide é nulo. +++= 4321 sdBsdBsdBsdBsdB 0 == NIBsdB ===+++= 111 000 BdsBsdBsdBsdB nII N B 00 == Secção reta longitudinal do solenóide Cálculo do campo magnético de um solenoide Campo magnético criado por um toroide Fio condutor enrolado num anel não condutor (toro) São N espiras, cada uma conduz uma corrente I NIrBdsBsdB 0 )2( === Campo magnético criado dentro do toro r NI B 2 0=B=0 fora da bobine LEI DE AMPÈRE Vimos que uma corrente elétrica cria um campo magnético. Porém, o módulo, a direção e o sentido do campo em qualquer ponto do espaço dependem da geometria específica do fio conduzindo a corrente. Por exemplo, campos magnéticos consideravelmente diferentes envolvem um fio reto longo, uma espira de fio circular, e um solenoide. Embora diferentes, cada um destes campos pode ser obtido a partir de uma lei geral conhecida como lei de Ampère, que é válida para um fio de qualquer forma geométrica. A lei de Ampère especifica a relação entre uma corrente elétrica e ocampo magnético que ela cria. Ir r I dsBsdB 0 0 )2( 2 === (b) a bússola aponta na direcção de (a) A bússola aponta sempre na mesma direcção → norte geográfico) → Lei Ampère B Para qualquer trajetória temos IsdB 0= Slide 1: Física Eletromagnetismo Campo magnético produzido por corrente; Lei de Àmpere. Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39