o que é campo magnético uniforme? quais suas caracteristicas?

Answer 1

Tem o mesmo valor em todos os pontos do espaço - não necessáriamente constante no tempo

Answer 2

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http://www.ufsm.br/gef/Eletro.htm

Answer 3

Tem o mesmo valor em todos os pontos do espaço - não necessáriamente constante no tempo.

A história do magnetismo começou com um mineral chamado magnetita (Fe3O4), a primeira substância com propriedades magnéticas conhecida pelo homem. Sua história anterior é obscura, mas seu poder de atrair ferro já era conhecido séculos antes de Cristo. A magnetita está amplamente distribuída. No mundo antigo, os depósitos mais abundantes ocorriam na região chamada Magnésia, localizada no que é hoje a Turquia, e a palavra magneto é derivada de uma similar grega, que se diz ter vindo do nome dessa região.
No século III a. C., adivinhadores chineses da sorte operavam com duas placas, uma sobre a outra. A placa superior representava o céu e girava num pivô colocado sobre a placa inferior, que simbolizava a Terra. Além disso, na placa superior estava representada a constelação da Ursa Maior, que gira, no céu, ao redor do eixo Norte-Sul. O adivinho atirava contra as placas algumas peças de magnetita, que simbolizavam vários objetos, e de suas posições o futuro era deduzido. Uma das peças simbolizava a constelação da Ursa Maior e tinha a forma de uma colher. Com o tempo, colheres rotativas substituíram toda a placa superior e como essas colheres sempre se orientavam na direção Norte-Sul, os adivinhos se convenceram de que eram verdadeiramente objetos mágicos. Essa é, na verdade, a essência da bússola magnética, que se tornou um objeto familiar já no século I d. C. No século VI, os chineses descobriram que pequenas agulhas de ferro podiam ser magnetizadas caso fossem esfregadas com um pedaço de magnetita. Como a utilização da agulha magnética trouxe maior precisão na observação das direções magnéticas, os chineses também descobriram que o Norte e o Sul magnéticos não coincidiam com o Norte e o Sul geográficos, descoberta que só foi feita no Ocidente após mais de setecentos anos. Ainda mais tarde os chineses perceberam que era possível magnetizar o ferro aquecendo-o ao rubro e deixando-o esfriar estendido na direção Sul-Norte. No século XII, a bússola magnética era comum nos navios chineses. No Ocidente, o seu uso se iniciou pelo menos cem anos depois.
O primeiro a escrever sobre o magnetismo no Ocidente foi Peter Peregrinus, que exercia, ao que parece, as funções de engenheiro militar no exército do rei da Sicília, no século XIII. Peregrinus escreveu um tratado datado de 1269 onde, além de descrever a magnetita e suas propriedades, definia a propriedade do imã de apontar sempre para o Norte, mencionava pela primeira vez o termo pólo magnético e explicava como um imã, quando partido em dois, se transformava em dois imãs. O tratado continha, ainda, uma tentativa de aplicar a força magnética para gerar um movimento perpétuo e uma menção da declinação magnética, isto é, do fato de o imã apontar para o norte magnético e não para o Norte geográfico.
O segundo a escrever sobre esse assunto no Ocidente foi o fabricante de instrumentos inglês Robert Norman, cujo livro apareceu em 1581 contendo um pequeno discurso sobre imãs e uma descrição da inclinação magnética, isto é, da inclinação da agulha magnética em relação à horizontal, que difere de um lugar para outro. Mas o trabalho mais significativo desse tempo e o mais completo desde o tempo de Peter Peregrinus foi o livro De Magnete, publicado em Londres, em 1600, por William Gilbert, na época médico da rainha Elizabeth I. O livro discutia a bússola magnética, o comportamento do imã propriamente dito, com seus poderes de atração e repulsão, a distinção entre a ação magnética e a ação (elétrica) do âmbar e o envolvimento de cada imã por uma "órbita invisível de virtude", que afetava qualquer pedaço de ferro que fosse colocado em sua vizinhança. O livro discutia, também, como um imã de forma esférica poderia desempenhar o papel da Terra e com o auxílio de pequenos imãs, demonstrava o comportamento daquilo que hoje chamamos de campo magnético terrestre, explicando a propriedade da agulha da bússola de sempre apontar para o Norte ou para o Sul, a declinação magnética e a inclinação magnética.
Por mais de um século e meio depois de Gilbert, nenhuma descoberta de importância fundamental foi realizada, embora houvessem muitos melhoramentos práticos na construção de magnetos. Assim, no século XVIII construíram-se muitos magnetos compostos de ferro, formados de muitas lâminas de ferro magnetizadas presas juntas, que levantavam corpos de ferro com pesos 28 vezes maior que seus próprios pesos. Isso é mais notável quando observamos que existia um único modo de fazer magnetos naquela época: o ferro ou o aço tinham que ser esfregados com um imã ou com outro magneto que por sua vez tinha que ter sido esfregado com imã.
No século XIX, o professor dinamarquês Hans Christian Oersted conseguiu provar experimentalmente, em 1820, que quando uma corrente elétrica passava ao longo de um fio aparecia um campo magnético e Andrè-Marie Ampère, na França, entre 1821 e 1825, esclareceu o efeito de uma corrente sobre um imã e o efeito oposto, de um imã sobre uma corrente.
A pesquisa em materiais com propriedades magnéticas começou, pode-se dizer, com a invenção do eletromagneto, em 1825, uma vez que com ele se tornou possível obter campos magnéticos muito mais intensos do que aqueles produzidos por imãs ou magnetos feitos com eles. Nos anos seguintes, Michael Faraday, na Inglaterra, iniciou suas pesquisas argumentando que se uma corrente num fio produzia efeitos magnéticos, como Ampère tinha demonstrado, o inverso poderia ser verdadeiro, isto é, um efeito magnético poderia produzir uma corrente elétrica. Para testar essa hipótese, Faraday enrolou duas espiras de fio num anel de ferro, uma ligada a uma bateria e a outra, ligada a um medidor de corrente elétrica, verificando a existência, na segunda espira, de uma corrente temporária quando ligava e desligava a bateria. Noutra experiência, Faraday usou uma espira enrolada em uma haste de ferro e dois imãs em forma de barra para demonstrar que os imãs, por si sós, podiam produzir uma corrente. Para explicar como a eletricidade e o magnetismo podiam afetar um ao outro no espaço vazio, Faraday propôs a idéia de um campo, imaginando linhas de força magnética tanto mais próximas umas das outras quanto mais intenso era esse campo e supondo que essas linhas tendiam a se encurtar sempre que possível e a se repelir mutuamente. Mais tarde, em 1837, Faraday introduziu também a idéia de linhas de força elétrica.
A análise matemática completa dos fenômenos elétricos e magnéticos aceita hoje apareceu em 1873, quando o escocês James Clerk Maxwell publicou seu Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo.

Os efeitos magnéticos externos a uma barra imantada são mais intensos nas regiões próximas às suas extremidades, regiões essas chamadas pólos magnéticos.

Atividade 1: Pólos

O objetivo desta atividade é discutir pólos magnéticos e o tipo de interação (atrativa ou repulsiva) entre eles a partir da observação da interação de imãs entre si.

Linhas de Campo Magnético

Para determinar a direção do campo magnético em um determinado ponto utilizamos uma bússola, onde o seu eixo de giro será colocado sobre o ponto. A direção da agulha magnética mostra o campo magnético tangente a linha de campo naquele ponto. Mas para determinar a configuração completa do campo são necessárias várias experimentações e um tempo de observação muito longo. Então, podemos usar limalha de ferro, para facilitar a visualização destas linhas de campo, já que os átomos do material ferroso podem ser magnético ou não e que são capazes de se magnetizar, quando próximos de um ímã, este material acaba se orientando de acordo com as linhas de campo magnético.

Atividade 2: Linhas de Campo

O objetivo dessa atividade é observar diferentes configurações de linhas de campo usando limalha de ferro. Sobre um imã ou um conjunto de imãs se coloca uma folha de papel e sobre essa folha, limalha de ferro cobrindo uniformemente a região do ímã. Batidas leves na folha de papel facilitam a limalha a mostrar a configuração do campo no plano da folha de papel.

Atividade 3: Linhas do Campo da Terra

O objetivo dessa atividade é discutir a forma do campo magnético da Terra e a não coincidência dos pólos magnéticos e dos pólos geográficos usando uma esfera de madeira ou isopor com um ímã em forma de barra no seu interior e uma bússola montada na extremidade de um suporte, livre para girar ao redor de dois eixos perpendiculares.

Fluxo e Lei de Gauss

Numa região de campo magnético, consideremos uma superfície S dividida em um grande número N de partes (elementos de superfície) DAK (K = 1, 2, ... N), pequenas o suficiente para que, sobre cada uma delas, o campo possa ser considerado constante. A cada elemento de superfície DAK associamos um vetor DAK, perpendicular ao correspondente elemento de superfície. A grandeza:

f = S BK . DAK
ou
f = S BK DAK cos q

onde o somatório sobre K se estende de 1 a N, é chamada fluxo do campo magnético através da superfície S. A inseparabilidade dos pólos magnéticos é expressa pela lei de Gauss, que afirma: o fluxo do campo magnético através de uma superfície fechada qualquer é sempre nulo. Matematicamente:

S BK . DAK = 0 [Superfície Fechada]

Atividade 4: Experiência de Oersted

O objetivo dessa atividade é mostrar que uma corrente elétrica cria um campo magnético. Um fio condutor é ligado em série a uma fonte de tensão (4 pilhas) e uma bússola é colocada com a agulha orientada segundo qualquer porção do fio condutor. Fechado o circuito, a orientação da agulha muda, tornando-se perpendicular ao fio. Isso mostra, também, que o campo magnético gerado pela corrente é perpendicular à direção do fio.

Campo Magnético

O vetor campo magnético B em um dado ponto do espaço é definido a partir da força F que age sobre uma partícula de carga q que passa por esse ponto com velocidade v por:

F = q v x B

O símbolo v x B (produto vetorial) significa que o vetor F é perpendicular ao plano dos vetores v e B e o seu sentido é dado (se a carga q é positiva) pela regra da mão direita : se os dedos da mão direita são colocados na direção e no sentido do vetor v e girados para que fiquem na direção e sentido do vetor B, o polegar, que faz o papel de eixo de rotação, aponta o sentido do vetor F. O símbolo v x B significa também que o módulo da força F é dado por:

F = qvB senq

onde q é o ângulo entre v e B. Assim:

B = F / qv senq

Unidades: [B] = Ns/Cm = kg/sC = T (tesla). 1 T = 10 4 gauss. Por exemplo, o módulo do campo magnético perto da superfície da Terra, na altura do Equador, vale 1,3 x 10 - 5 T.

Trajetória de uma Partícula num Campo Magnético Uniforme

Considere uma partícula de carga positiva q se deslocando numa região de campo magnético uniforme B, com velocidade v perpendicular a B. Sobre a partícula atua, em todos os pontos de sua trajetória, uma força F, perpendicular a v e B. Nessas condições, o movimento da partícula é circular e uniforme e a força magnética F atua como força centrípeta. Assim, sendo R é o raio da trajetória:

qvB = mv 2 / R
ou
R = mv / qB

Lei de Biot-Savart

O campo magnético devido a uma corrente elétrica que passa em um fio de forma arbitrária pode ser calculado diretamente a partir da lei de Biot-Savart. Consideremos o fio dividido em um grande número N de segmentos (elementos de comprimento) DsK (K = 1, 2,... N), pequenos o suficiente para que o campo criado pela corrente em cada um deles possa ser considerado constante. A cada elemento de comprimento DsK associamos um elemento de corrente iDsK. O campo magnético criado em um ponto P pelo elemento de corrente iDsK é dado por:

DBK = ( m0 / 4p ) ( iDsK x r ) / r 3

onde r é o vetor que vai do elemento de corrente ao ponto P. Essa expressão constitui a lei de Biot-Savart. A direção do vetor DBK é perpendicular ao plano de iDsK e r e o sentido é dado pela regra da mão direita. É interessante observar que o módulo do campo depende do inverso do quadrado da distância: DBK ~ r - 2. O campo magnético total no ponto P, criado por todos os elementos de corrente, é a soma DB1 + DB2 + ... + DBN.
Como exemplo de aplicação da lei de Biot-Savart vamos calcular o campo magnético no centro de uma espira circular com uma corrente i. Para calcular o módulo do campo magnético no ponto considerado, dividimos a espira em um grande número N de partes, cada qual de comprimento Ds = 2pr/N. Assim, o módulo do campo magnético produzido pelo elemento de corrente iDsK vale:

DBK = ( m0 / 4p ) ( i DsK r sen 90 0 ) / r 3 = m0 i DsK / 4p r 2

O módulo do campo magnético produzido pela espira inteira é a soma dos módulos dos vetores campo magnético produzidos por todos os N elementos de corrente, já que esses vetores são paralelos e de mesmo sentido. Assim:

B = S DBK = ( m0 i / 4p r 2 ) S DsK

e como S DsK = 2pr, vem:

B = m0 i / 2 r

Atividade 5: Direção e Sentido do Campo

O objetivo dessa atividade é observar, com a ajuda de uma bússola, que a direção do vetor campo magnético é perpendicular ao plano da espira e o sentido é dado pela regra da mão direita. Nesse caso, a regra da mão direita pode ser vista como se os dedos da mão direita seguissem a corrente na espira com o polegar desse o sentido do vetor campo resultante.

Circulação e Lei de Ampère

Numa região de campo magnético, consideremos uma linha fechada C dividida em um grande número N segmentos (elementos de comprimento) DlK (K = 1, 2, ... N), pequenos o suficiente para que, sobre cada um deles, o campo possa ser considerado constante. A cada elemento de comprimento DlK associamos um vetor DlK. A grandeza:

c = S BK . DlK = S BK DlK cos q

onde o somatório sobre K se estende de 1 a N, é chamada circulação do campo magnético ao longo da linha C. A lei de Ampère afirma que a circulação do campo magnético ao longo de uma linha fechada que envolve as correntes i1, i2, ... iM é:

S BK . DlK = m0 i [Linha Fechada]

onde i = i1 + i2 + ... + iM. Quando se aplica essa equação deve-se considerar a linha fechada, chamada de amperiana, e, portanto, todos os elementos Dl1, Dl2, ... DlN, orientados segundo os dedos da mão direita com o polegar na direção da corrente total i.
Como exemplo do uso da lei de Ampère vamos calcular o campo magnético ao redor de um fio reto, de comprimento infinito, por onde passa uma corrente i . Pela simetria do problema, o módulo do campo magnético num ponto qualquer deve depender apenas da distância do ponto ao fio. Assim, escolhemos para o cálculo da circulação uma circunferência de raio R, centrada no fio e num plano perpendicular ao fio. Ainda pela simetria do problema temos que o campo em cada ponto da amperiana escolhida deve estar no plano da amperiana, numa direção perpendicular ou tangente a ela. Da atividade 4 (experiência de Oersted) temos que o campo é, na verdade, tangente à amperiana. Assim, como:

BK . DlK = BK DlK cos 0 0 = BK DlK
vem:
S BK . DlK = B S DlK = B 2pR

onde usamos o fato de o campo magnético ter o mesmo módulo em todos os pontos da amperiana. Então, pela lei de Ampère:

B 2pR = m0 i
ou
B = m0 i / 2pR

Assim, as linhas do campo magnético de um fio reto infinito são circunferências concêntricas, com centro no fio .

Solenóide
Um enrolamento helicoidal é chamado solenóide. As linhas do campo magnético de um solenóide. Como outro exemplo para a aplicação da lei de Ampère consideremos um solenóide com n espiras por unidade de comprimento com uma corrente i. Se as espiras estiverem muito próximas e o solenóide for muito comprido, o campo magnético é uniforme e está confinado completamente ao seu interior. Pela simetria do problema é conveniente escolher como amperiana a linha ACDEA. A contribuição do segmento DE à circulação é zero porque o campo é nulo fora do solenóide. A contribuição dos segmentos CD e EA também é zero ou porque o campo é nulo fora do solenóide ou porque o campo é perpendicular a esses segmentos na parte interior do solenóide. Assim, a única contribuição à circulação vem do segmento AC. Agora, levando em conta que, nesse segmento, B é constante e tem direção e sentido de A para C vem, para a circulação do campo magnético ao longo da amperiana escolhida:

S BK . DlK = S BK DlK cos 00 = B S DlK = BL

O número de espiras dentro da amperiana é nL, de modo que a corrente total que atravessa a espira é inL. A lei de Ampère garante, então, que:

BL = m0 inL
ou:
B = m0 in

Atividade 6: Campo do Solenóide

O objetivo dessa atividade é observar, com o auxílio de limalhas de ferro, a configuração do campo magnético de um solenóide.

Força sobre um Condutor de Corrente Elétrica

Um condutor percorrido por corrente elétrica mergulhado numa região de campo magnético fica sob a ação de uma força que resulta da soma das forças magnéticas que atuam sobre as partículas carregadas em movimento, que constituem a corrente. Como F = q v x B, a força magnética sobre uma partícula de carga negativa que se desloca numa direção tem a mesma direção e o mesmo sentido que a força magnética sobre uma partícula de carga positiva que se desloca na direção oposta.
Consideremos o segmento de comprimento L de um condutor por onde circulam n1 partículas de carga negativa por unidade de volume e n2 partículas de carga positiva por unidade de volume. Assim, nesse segmento existem n1LA cargas negativas e n2LA cargas positivas, se A é a área da seção reta do condutor, e a força resultante sobre o segmento tem um módulo:

F = ( n1 + n2 ) LAqvB ou ainda, como i = (n1 + n2)Aqv:

F = iLB

Se L for um vetor de módulo L e direção e sentido dados pela corrente i, o vetor força resultante sobre o segmento de comprimento L pode ser escrito:

F = i L x B

Atividade 7: Força sobre Condutor

O objetivo dessa atividade é observar o efeito da força magnética sobre um segmento de fio condutor.

Torque sobre uma Espira Retangular [ Início ]

Uma espira retangular ACDEA, percorrida por uma corrente i, está mergulhada num campo magnético uniforme. O plano da espira forma um ângulo q com a direção do campo. Nessas condições, a espira gira ao redor do seu eixo por efeito do torque resultante associado às forças F e - F.
Sobre cada um dos quatro lados da espira existe uma força magnética dada por F = i L x B, onde o vetor L tem módulo dado pelo comprimento do lado e direção e sentido dados pela corrente. Assim, as forças que atuam sobre os lados CD e EA se cancelam mutuamente e são as forças sobre os outros dois lados que originam o torque resultante sobre a espira. Suponhamos que os lados AC e DE têm comprimento d e os lados CD e EA, comprimento h. Como o torque de uma força F em relação a um ponto que se encontra a uma distância d do ponto de aplicação da força é dado por t = d x F, e como os torques associados às forças F e - F têm a mesma direção e o mesmo sentido (que é a direção do eixo da espira, no sentido de A para C), podemos escrever, para o módulo do torque resultante:

t = 2 (h / 2) (idB sen 900 ) senq = ihdB sen q

e definindo o vetor momento de dipolo magnético por m = iAn, onde A = hd é a área plana limitada pela espira e n, o vetor de módulo unitário, direção perpendicular ao plano da espira e sentido dado pelo polegar da mão direita quando os dedos da mesma mão seguem a corrente, vem, para o torque resultante sobre a espira de corrente:

t = m x B

Um motor elétrico a corrente contínua (cc) ou um galvanômetro funcionam, basicamente, aproveitando o torque sobre uma ou mais espiras numa região de campo magnético.

Atividade 8: Motor Elétrico CC

O objetivo desta atividade é discutir o funcionamento de um motor elétrico a corrente contínua. O motor é construído com uma espira, de modo que as extremidades do fio que constitui a espira formam o eixo de rotação. Uma das extremidades é completamente desencapada e a outra, apenas pela metade. Os fios que suportam a espira e a conectam à pilha são desencapados.

Força em Condutores Paralelos

Sejam dois fios condutores paralelos retos e infinitos percorridos pelas correntes elétricas i1 e i2. A corrente i1 gera um campo B1 no fio com a corrente i2, de modo que sobre um segmento de comprimento L desse fio existe uma força F2, e a corrente i2 gera um campo B2 no fio com a corrente i1, de modo que sobre um segmento de comprimento L desse fio existe uma força F1. Essas duas forças têm a mesma direção, contida no plano dos fios e perpendicular a eles, e também o mesmo módulo:

F1 = i1LB2 e F2 = i2LB1

e de B1 = m0i1 / 2pd e B2 = m0i2 / 2pd vem:

F1 = F2 = m0 i1 i2 L / 2pd

Assim, as forças F1 e F2 constituem um par ação-reação, no espírito da terceira lei de Newton. Se as duas correntes têm o mesmo sentido, as forças tendem a aproximar os fios, e se as correntes têm sentidos opostos, as forças tendem a afastar os fios.

Definição de Ampère

O ampère é a intensidade de uma corrente elétrica constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível, e situados à uma distância de um metro entre si, no vácuo, produz nesses condutores forças de módulo igual a 2 x 10 - 7 N por metro de comprimento.

Lei de faraday

Segundo a lei de Faraday, se o fluxo do campo magnético através da superfície limitada por um circuito varia com o tempo, aparece nesse circuito uma força eletromotriz (fem) induzida. Matematicamente:

e = - Df / Dt

O sinal negativo expressa matematicamente a lei de Lenz, discutida adiante.

Atividade 9: Lei de Faraday

O objetivo dessa atividade é verificar a lei de Faraday aproximando e afastando um ímã de uma espira ligada a um amperímetro e variando a corrente em uma espira próxima a outra espira, essa ligada a um amperímetro.

Como exemplo de aplicação da lei de Faraday vamos calcular a fem induzida em uma espira retangular que se movimenta entrando ou saindo, com velocidade constante, de uma região de campo magnético uniforme. O fluxo do campo magnético através da superfície limitada pela espira vale f = xLB e sua variação no tempo, Df/Dt = (Dx/Dt)LB = vLB. Assim:

e = vLB

e se a espira tem uma resistência R, a corrente induzida é:

i = e / R = vLB / R

Um condutor percorrido por uma corrente elétrica mergulhado numa região de campo magnético fica sob a ação de uma força dada por F = i L x B. Assim, por efeito da corrente induzida na espira, aparecem as forças F1, F2 e FM. As duas primeiras se cancelam mutuamente. A terceira é cancelada por uma força externa, necessária para manter a espira com velocidade constante. Como a força FM deve se opor à força FEXT, a corrente induzida na espira pela variação do fluxo magnético deve ter o sentido indicado. Esse fato constitui um exemplo particular da lei de Lenz.

Lei de Lenz

Segundo a lei de Lenz, qualquer corrente induzida tem um sentido tal que o campo magnético que ela gera se opõe a variarão do fluxo magnético que a produziu. Matematicamente, a lei de Lenz é expressa pelo sinal negativo que aparece na fórmula da Lei de Faraday. Para entender a lei de Lenz vamos considerá-la no contexto das atividades experimentais discutidas com a lei de Faraday.
Quando um imã é aproximado de uma espira, a corrente induzida na espira tem o sentido indicado porque, assim, gera um campo magnético cujo pólo norte se confronta com o pólo norte do imã. Os dois pólos se repelem, ou seja, o campo gerado pela corrente induzida se opõe ao movimento do imã. Quando o imã é afastado da espira, a corrente induzida tem sentido contrario àquele indicado porque, assim, gera um campo magnético cujo pólo sul se confronta com o pólo norte do imã. Os dois pólos se atraem, ou seja, o campo gerado pela corrente induzida se opõe ao movimento de afastamento do imã.
Quando duas bobinas são colocadas frente a frente, não existe corrente em qualquer delas. No instante em que a chave é fechada, aparece uma corrente na correspondente bobina. Então, uma corrente induzida aparece na segunda bobina. Ao se fechar a chave, a corrente da bobina correspondente vai de zero até um certo valor máximo que, a partir daí, permanece constante. Dessa forma, enquanto a corrente está mudando, o campo que ela gera, com pólo norte confrontando a segunda bobina, também está mudando, e o mesmo acontece com o fluxo desse campo através dessa segunda bobina. Então, aparece uma corrente induzida na segunda bobina cujo sentido é tal que o campo que ela gera tende a diminuir o fluxo mencionado, ou seja, apresenta um pólo norte confrontando o pólo norte do campo da primeira bobina. Quando a chave é aberta, a corrente na primeira bobina vai do valor máximo dado até zero, o campo correspondente diminui e o fluxo desse campo na segunda espira também diminui, de modo que a corrente induzida tem, agora, sentido contrário, sentido esse que é tal que o campo que a corrente induzida gera se soma àquele, ou seja, apresenta um pólo sul confrontando o pólo norte daquele campo.

O fato expresso na lei de Lenz, de que qualquer corrente induzida tem um efeito que se opõe à causa que a produziu, é uma realização, nesse contexto, do princípio de conservação da energia. Se a corrente induzida atuasse no sentido de favorecer a variação do fluxo magnético que a produziu, o campo magnético da espira teria um pólo sul confrontando o pólo norte do imã que se aproxima, com o que o imã seria atraído no sentido da bobina. Se o imã fosse, então, abandonado, seria acelerado na direção da bobina, aumentando a intensidade da corrente induzida, que geraria um campo cada vez maior que, por sua vez, atrairia o imã com uma força cada vez maior, e assim sucessivamente, com um aumento cada vez maior na energia cinética do imã. Se fosse retirada energia do sistema imã-espira na mesma taxa com que a energia cinética do imã aumenta, haveria um fornecimento infindável de energia às custas do nada. Teríamos um moto-perpétuo, que violaria o princípio da conservação da energia.

Atividade 10: Geradores

O objetivo dessa atividade é estudar os geradores de corrente contínua (cc) e de corrente alternada (ca). Por alguma causa mecânica, uma espira, numa região de campo magnético, gira ao redor do seu eixo, de modo que o fluxo desse campo através da espira varia com o tempo. Conforme o modo através do qual a espira é ligada ao resto do circuito, uma corrente contínua (cc) ou uma corrente alternada (ca) pode ser obtida.

Correntes de Foucault

Se o fluxo de campo magnético que atravessa uma chapa metálica varia no tempo, aparecem nessa chapa correntes induzidas, chamadas correntes de Foucault . Pela lei de Lenz, o sentido dessas correntes é tal que o campo magnético gerado tem o efeito de diminuir a variação do fluxo magnético. Em termos, aparece uma força que tende a impedir a chapa de sair da região de campo.


Atividade 11: Correntes de Foucault

O objetivo dessa atividade é observar os efeitos das correntes de Foucault numa placa plana e numa placa vazada.

MOVIMENTO DE UMA CARGA NUM CAMPO MAGNÉTICO

Se a velocidade da partícula tiver a mesma direção do campo magnético, a força será nula, resultando num movimento retilíneo uniforme. Por outro lado, se o ângulo entre o vetor velocidade e o vetor campo magnético for diferente de zero, podemos decompor o vetor velocidade em duas direções: uma na direção de B, e outra perpendicular. Isto é,

Portanto, o movimento de uma partícula, de massa m e carga q, numa região do espaço onde existe um campo magnético, é sempre composto de um movimento retilíneo uniforme e de um movimento circular. Como se vê a força centrípeta, que proporciona o movimento circular, é igual à força magnética.


Assim, a partícula movimenta-se num círculo com raio

r = mv/qB (8.5a)

Da relação v=wr, obtém-se a velocidade angular

w = qB/m (8.5b)

Da relação w=2pf, obtém-se a freqüência

F = qB/2pm (8.5c)

e o período

T = 1/f = 2pm/qB (8.5d)