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Biblioteca de Física
Curso: Biblioteca de Física > Unidade 13
Lição 1: Ímãs e força magnética- Introdução ao magnetismo
- Força magnética sobre uma carga
- O que é força magnética?
- Produto vetorial 1
- Produto vetorial 2
- Exemplo de força magnética em um próton (parte 1)
- Exemplo de força magnética em um próton (parte 2)
- Campo magnético em um fio condutor de corrente
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O que é força magnética?
Aprenda o que é força magnética e como calculá-la.
O que é a força magnética?
A força magnética é uma consequência da força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza, e ocorre pelo movimento de cargas. Dois objetos, contendo carga, se movimentando no mesmo sentido possuem uma força magnética de atração entre eles. Similarmente, objetos com cargas se movimentando em direções opostas possuem uma força repulsiva entre eles.
No nosso artigo sobre campos magnéticos, nós aprendemos como mover uma carga envolvendo-a em um campo magnético. Nesse contexto, uma força magnética é uma força que surge devido à interação de campos magnéticos.
Como determinar a força magnética?
Considere dois objetos. A magnitude da força entre eles depende de quanta carga está em quanto movimento em cada um dos dois objetos e quão distantes eles estão. A direção da força depende das direções relativas de movimento da carga em cada caso.
A maneira usual de tentar achar a força magnética é enquadrada em termos de uma quantidade fixa de carga q se movendo com uma velocidade constante v, em um campo magnético uniforme B. Se nós não conhecemos a magnitude do campo magnético diretamente, então nós ainda podemos usar este método, pois normalmente é possível calcular o campo magnético baseado na distância até uma corrente conhecida.
A força magnética é descrita pela lei da força de Lorentz:
Nessa forma, ela é escrita usando o produto vetorial. Nós podemos escrever a magnitude da força magnética ao expandir o produto vetorial. Escrito em termos do ângulo theta (is less than, 180, degrees) entre o vetor velocidade e o vetor de campo magnético:
A direção da força pode ser encontrada usando a regra da mão direita. Essa regra descreve a direção da força como a direção da 'palma' numa mão aberta. Assim como a regra do 'aperto' da mão direita, os dedos apontam na direção do campo magnético. O polegar aponta na direção que a carga positiva está movendo. Se a carga que se move é negativa (por exemplo, elétrons), então você precisa inverter a direção do seu polegar, pois a força estará no sentido oposto. Como alternativa, você pode usar sua mão direita para mover a carga negativa.
Às vezes, nós queremos encontrar a força sobre um fio que conduz uma corrente I imerso em um campo magnético. Isso pode ser feito ao rearranjar nossa expressão anterior. Se nós nos lembrarmos que velocidade é uma distância / tempo, então, se um fio tem comprimento L, nós podemos escrever
E visto que a corrente é a quantidade de carga fluindo por segundo,
E, portanto,
Força sobre um fio
Exercício 1a:
Figura 2 mostra um fio que atravessa os polos norte e sul de um ímã. Uma bateria é conectada ao fio, o que causa uma corrente de 5, space, A que flui através do fio na direção mostrada. Se o campo magnético entre os polos é conhecido como 0, comma, 2, space, T, qual é a magnitude e direção da força nos 10, space, m, m de seção de fio entre os polos?
Exercício 1b:
Suponha que o ímã foi deslocado um pouco para a esquerda de modo que o fio está agora mais perto do polo sul do ímã. Você espera alguma mudança na força sobre o fio?
Exercício 1c:
Suponha que a força do ímã não fosse conhecida. Você seria capaz de sugerir um modo de modificar esse experimento para medir a força do campo magnético? Assuma que você possui uma régua, corda e alguns pesos calibrados disponíveis.
Deflexão magnética de elétrons em um tubo de rádios catódicos
Um tubo de raios catódicos (ou cinescópio) é um tubo de vácuo com um canhão de elétrons numa extremidade e uma tela fosforescente na outra extremidade. Os elétrons são ejetados pelo canhão de elétrons em alta velocidade e atingem a tela onde uma região de luz é produzida sob o impacto com a substância fosforescente.
Dado que os elétrons possuem carga, é possível defleti-los durante a descarga com a força elétrica ou magnética. Controlar a deflexão permite que a região de luz seja movida ao redor da tela. Televisões antigas "de tubo" usam esse princípio com deflexão magnética para formar imagens ao rapidamente percorrer a região.
Exercício 2a:
A Figura 3 mostra um experimento com um tubo de raios catódicos. Um par de bobinas é colocado fora do tubo de raios catódicos e produz um campo magnético uniforme através do tubo (não é mostrado). Em resposta ao campo, os elétrons são defletidos e seguem um caminho que é um segmento de círculo, como mostrado na figura. Qual é a direção do campo magnético?
Exercício 2b:
Se sabemos que os elétrons são expulsos pela bomba de elétrons horizontalmente numa velocidade de v de 2, dot, 10, start superscript, 7, end superscript, space, m, slash, s, qual é a força do campo magnético? Assuma que o raio do caminho circular pode ser aproximado por L, squared, slash, 2, d onde L é o comprimento do tubo e d é a deflexão horizontal.
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Como calcular a força sobre um fio?(1 voto)
Para o exercício 2a parece que pela regra da mão direita o vetor B está entrando na página. O polegar aponta na direção inclinada com sentido da esquerda para a direita, com a força apontado para o centro do movimento circular descrito, aí o vetor B aponta para dentro da folha.(0 votos)