Campo Magnéticow3.ualg.pt/~rguerra/CBM/aula9.pdf · amplitude do campo magnético. ... • O...
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Electromagnetismo
Campo Magnético:
Existência de ímans
Observação de efeitos Semelhantes (ao do íman) quando se colocam cargas em movimento.
http://image.tutorvista.com/content/magneticeffectselectriccurrent/hanschristianoerstedexperimentalsetup.jpeg
http://bugman123.com/Physics/OppositePoleslarge.jpg
Corrente eléctrica
A bússolaé desviada
Electromagnetismo
Linhas de Força:
Tal como para o campo eléctrico, podemos definir um campo magnético.
Podemos usar bússolas para obtera direccção do campo magnéticoem cada ponto do espaço:
Electromagnetismo
Linhas de Força:
Podemos ainda medir a intensidade do campo (medindo o momento aplicado naagulha da bússola). Podemos então definir um vector campo magnético em cadaponto do espaço:
BCampomagnético
Electromagnetismo
Força Magnética:
Uma carga no interior de um campo magnético sofre uma força:
B
v
F
Carga emmovimento
Velocidade da carga
Campomagnético
Força magnéticaaplicada na carga
Electromagnetismo
Características da Força Magnética:
• A amplitude da força magnética a que a partícula fica sujeita é proporcional à sua carga e à sua velocidade.
• A amplitude da força magnética é proporcional à amplitude do campo magnético.
• Se a velocidade da partícula for paralela à direcção do campo, a força será nula.
• A força é perpendicular ao plano formado pela velocidade da partícula e pelo campo magnético.
• O sentido da força sobre uma carga positiva é o oposto ao que fica sujeita uma carga negativa.
• A amplitude da força é proporcional ao seno do ângulo formado pela velocidade e pelo campo magnético.
Electromagnetismo
Características da Força Magnética:
Comparando a força eléctrica com a magnética pode concluirse que:
• A força eléctrica é paralela ao campo eléctrico, a força magnética é perpendicular ao campo magnético;
• A força eléctrica actua sobre cargas em repouso, enquanto que a força magnética actua sobre cargas em movimento;
• A força eléctrica realiza trabalho ao deslocar uma partícula, a força magnética não (desde que o campo seja estacionário)
F m a g=q v×B Também chamada deForça de Lorentz
Electromagnetismo
Unidades
F m a g=q v×BDesta equação se vê que
[B]=N/(Cms1)=kg C1 s1
=TESLA =T
Outra unidade: Gauss1 T = 10000 G
Valores típicos
Em lab: B < 20 T = 200000 GRMN clínico: 1.5 a 3 TCampo da Terra: 0.00005 T = 0.5 GRede eléctrica: 0.0002 a 0.7 GEspaço interestelar: 109 G
Electromagnetismo
Corrente Eléctrica:
http://www.sprawls.org/ppmi2/ERAD/2ERAD11.gif
Potencialpositivo
Potencialnegativo
+
A corrente eléctrica é originada quando se ligam por um fio condutor duasregiões com potenciais eléctricos diferentes
Os electrões vão do pólo negativo para o pólo positivo
Electromagnetismo
Corrente Eléctrica:
I=qΔt
O sentido convencional da corrente eléctrica nem sempre é o sentido real.
No que respeita à capacidade de transportar corrente eléctrica os materiais podem ser:
1. Condutores - aqueles que possuem cargas eléctricas livres;
2. Isolantes - os que têm dificuldade em transportar carga eléctrica
3. Semi‑condutores, aqueles que possuem propriedades intermédias.
Corrente = carga por unidade de tempo
[I] = C/s = A (Ampere)
É o sentido de cargas positivas!
(voltar ao slide anterior)
Electromagnetismo
Corrente Eléctrica:Quando a corrente é transportada em condutores (em
geral, metais que exibem electrões livres) pode ser:
1. Contínua (DC) [1]. 2. Alternada (AC) [2].
Na primeira, o fluxo de electrões dirige‑se sempre no mesmo sentido, no segundo caso o movimento dos electrões circulam ora num sentido ora noutro
No caso particular dos equipamentos eléctricos a corrente utilizada é geralmente alternada sinusoidal
[1] Do inglês Direct Current.[2] Do inglês Alternating Current.
Electromagnetismo
Corrente Eléctrica Alternada:
EFECTIVOMÉDIO
Valor médiodo quadrado da onda
Valor médiodo módulo da onda
Electromagnetismo
Força magnética num fio percorrido por corrente
http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/images/28_22_Force_on_wire.jpg
A ideia é simples: se uma cargaem movimento sofre uma forçade Lorentz, então uma corrente,que é um conjunto de cargas emmovimento, também sofre o mesmotipo de força.
F = I L x B
Força (N)
Corrente (A)
Vector com módulo e direcção iguais aos do fio (m)
Campo Magnético (T)
Nota: da expressão se vê que[B] = T = N/Am
Esta é a componenteque exerce força
Esta componentenão exerce força
Electromagnetismo
Como já se observou,uma corrente eléctrica pode gerar um campo magnético
Experiência de Oersted:
Há uma reciprocidade muito importante:
Uma carga em movimentoé actuada por um campomagnético
Uma corrente (= cargas emmovimento) gera um campomagnético
A passagem dacorrente fazdeflectir a bússola
Electromagnetismo
http://sdsuphysics.org/physics180/physics196/images_196/30_biot_savart.gif
A geração do campo por uma corrente é governada pela lei de BiotSavart:
d B=km
I d s×rr2
Esta lei dá o campo produzido por um elementoInfinitesimal de circuito.
dB = campo magnético produzido em P (ou P')k
m = constante = 107 T m A1
I = correnteds = vector com comprimento e direcção doelemento de circuito considerador = distância do elemento de circuito ao ponto P^r = versor
Electromagnetismo
A lei de BiotSavart permite calcular o campo no interior de um solenóide
http://web.ncf.ca/ch865/graphics/Solenoid.jpeghttp://members.wri.com/jeffb/visualization/solenoid.jpg
B=0 I
2R0=4×10−7 TmA−1
é a permeabilidade do vácuo;R é o raio do solenóide
Electromagnetismo
Um campo magnético variável (no tempo) gerauma corrente
Uma corrente (= cargas emmovimento) gera um campomagnético
A corrente e o campo magnético têm efeitos recíprocos:
Já vimos! Também é verdadePara correntes variáveis
Lei de Faraday
Vejamos uma ilustração da lei de Faraday:
Electromagnetismo
Lei de Faraday:O campo magnético naespira é variável porqueo íman muda a sua posiçãoA variação do
campo magnéticoatravés da espirainduz uma corrente,que se pode medirno galvanómetro
Se o fluxo de B atraves da espira estiver a diminuir, então a corrente muda de sentido
Fluxo a aumentar
Fluxo a diminuir
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Lei de Ohm e resistências:
V
R
+
Fonte de tensão:aos seus terminaisexiste uma diferençade potencial (ddp)
Terminal positivo
Terminal negativo
Ié a corrente
R é uma resistência(o filamento de umalâmpada, por exemplo)
V, R e I satisfazem à lei de Ohm
V=RI
Unidade de R: V/A = Ω (Ohm)
Electromagnetismo
Associação de resistências:
R1
R2
a)
R1 R2
b)
V V
Associação em série:
RT=R1R2
Associação em paralelo:
1RT
=1
R1
1R2
Energia dissipada em calor:
P=RI 2
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Condensadores:
+−
V+
O condensador temduas placas quearmazenam carga
Esta armazenacarga negativa
Esta armazenacarga positiva
O condensador é caracterizadopor uma capacidade, C, que semede em Farad (F).
A relação entre a cargaArmazenada (Q, em C), aCapacidade (C, em F) e aVoltagem (V, em Volt), é
Q=CV
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Associação de Condensadores:
Associação em série:
Associação em paralelo:
Energia de um condensador:
1CT
=1
C1
1
C2
CT=C1C2
E=12
CV 2
V
C1 C2
V
C1
C2
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Indutores:
V=LΔIΔt
O indutor é um componente que se opõe a mudanças na intensidade de corrente, de modo que a indutância, L, que mede essa oposição, é definida através da relação:
(Unidades de L: Henry (H))