Força Magnética
1- Introdução
A história do magnetismo começou com um mineral chamado magnetita (Fe 3O4), a primeira substância com
propriedades magnéticas conhecida pelo homem, seu poder de atrair ferro já era conhecido séculos antes de Cristo. A força
magnética que age em condutores percorridos por corrente, em um campo magnético, é muito importante, e através de seu
conhecimento podem-se explicar os fenômenos magnéticos. Cargas elétricas em movimento originam campo magnético.
Estando a carga elétrica em movimento em um campo magnético, há uma interação entre esse campo e o campo originado pela
carga. Esta interação manifesta-se por forças que agem na carga elétrica, denominadas forças magnéticas.
2- Força magnética sobre carga móvel no campo magnético Uniforme:
- Módulo:
Fm = |q| . v . B . sen θ;
θ - ângulo formado entre B e v;
- Direção: É sempre perpendicular a B e a V;
- Sentido: É dado pela Regra da Mão Esquerda;
Polegar – Fm; Indicador - B; Médio - v;
Obs.: Se a carga for negativa inverte o sentido da força;
2.1- Movimento de carga elétrica no campo magnético Uniforme:
a) 1º Caso: v lançada Paralelamente a B (v // B);
- Carga não desvia - Movimento Retilíneo Uniforme;
Fm = 0 (mínima); θ = 0; M.R.U.;
b) 2º Caso: v lançada Perpendicularmente a B;
- A força magnética exerce a função de resultante centrípeta. M.C.U.;
Fm = |q| . v. B;
Fm = Fcp;
r = m . v / |q| . B
- Raio da Trajetória Circular;
θ = 90º;
- Período (T): Tempo gasto numa volta completa:
T = 2 π . m / |q| . B
π - Equivalente a "Pi" (3,14) ;
c) 3º Caso: v lançada Obliquamente a B;
- Movimento Helicoidal (hélice Cilíndrica) Uniforme (M.H.U.);
Fm = |q| . v . B . Sen θ;
Carga em repouso, sob a ação exclusiva do campo magnético uniforme permanece em repouso;
3- Força Magnética sobre condutor Retilíneo no Campo Magnético Uniforme:
- Módulo:
Fm = B . i . L . sen θ;
- Direção: É perpendicular ao plano de B e de i;
- Sentido: É dado pela regra da Mão Esquerda:
Polegar - Fm; Indicador - B; Médio - i; Obs.: O sentido pode ser pela Regra do Tapa (mão direita) também, onde a palma da
mão indica a Fm, o polegar o i e os demais dedos o campo B;
4- Força Magnética entre condutores Paralelos:
Condutores paralelos percorridos por correntes elétricas de mesmo sentido se atraem e de sentidos opostos se repelem;
Fm = µo . i1 . i2 . L / 2.π.r
π - Equivalente a "Pi" (3,14);
Indução eletromagnética
A indução eletromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma força eletromotriz (f.e.m. ou voltagem)
num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou bem num meio móvel exposto a um campo magnético
estático. É assim que, quando o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida. Este fenómeno foi descoberto por
Michael Faraday que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético
(Lei de Faraday).
Por outro lado, Heinrich Lenz comprovou que a corrente devida ao f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de
forma tal que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que o a intensidade do fluxo varie, ou que o
corpo condutor se mova em relação a ele. Indução eletromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam
transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas elétricas.
Φ = Fluxo magnético; B = vetor indução magnética; A = S = área da espira; N = reta normal à superfície da espira.
Casos especiais
Quando o ímã está em movimento faz o fluxo magnético que sai do pólo norte do ímã entrar com mais ou menos intensidade
na espira e com o ímã parado o fluxo é constante.
Quando um pólo se aproxíma da espira, o sentido da corrente elétrica é de um jeito, e quando o mesmo pólo se afasta, o
sentido da corrente se inverte.
"O sentido da corrente induzida é tal que seus efeitos se opõem as causas que as originam. (Lei de Lenz)" Ou seja, aproximase o pólo norte da espira, e isto faz surgir na espira um mesmo pólo para repelir o ímã, e quando o ímã se afasta da espira, faz
surgir na espira um pólo sul que atrái o ímã.
a) A lei de Lenz estabelece urna relação entre o sentido do fluxo induzido e o sentido do fluxo indutor, e com isso nos
possibilita a determinar o sentido da corrente induzida. A lei de Lenz é na verdade um postulado, porque não pode ser
demonstrada diretamente. Sabemos que ela é verdadeira porque as conseqüências de sua aplicação são verdadeiras. O seu
enunciado é:
Quando o fluxo indutor está aumentando, o fluxo induzido tem sentido oposto; quando o fluxo
indutor está diminuindo, o fluxo induzido tem o mesmo sentido que o indutor.
Assim, na figura a esquerda imaginamos que o fluxo indutor esteja aumentando. Então o fluxo induzido
tem
sentido oposto ao do , isto é, a indução magnética
produzida pela corrente induzida i tem sentido oposto ao da indução
magnética
indutora (primitiva). Depois de conhecer o sentido de
determinamos o sentido da corrente induzida i
aplicando a regra do saca-rolhas ou a regra da mão direita (não esquecer que
é a indução magnética produzida pela corrente
induzida i).
b) Lei de Faraday - Neumann
Em qualquer condutor em que aparece corrente elétrica, aparece uma força eletromotriz. A força eletromotriz que
aparece no condutor por causa da indução eletromagnética é chamada força eletromotriz induzida. A lei de Faraday-Neumann
dá o valor dessa força eletromotriz. Consideraremos dois casos.
1º Caso - Força eletromotriz induzida média
Consideremos um instante t e o intervalo de tempo
durante o tempo
contado imediatamente após o instante t. Seja
. A lei de Faraday-Neumann estabelece que a f.e.m. induzida média durante o tempo
O sinal menos aparece por causa da lei de Lenz. Essa fórmula supõe que
unidades. No sistema MKS,
a variação do fluxo
vale:
e t sejam expressos num mesmo sistema de
deve ser expresso em webers, t em segundos, e em volts.