Magnetismo - 07. Regra de Fleming (regra da mão esquerda) e força nula

Regra da mão esquerda (regra de Fleming)

A regra de Fleming é uma forma alternativa de determinarmos o sentido da força magnética, segue o raciocínio abaixo:

1.       Indica-se o sentido de $B$ com o dedo indicador;

2.       Indica-se o sentido de $v$ com o dedo médio (formando-se um plano entre $B$ e $v$);

3.       Tem-se, então, o sentido de $F_m$ indicado pelo polegar se $q>0$, mas, se $q<0$, terá sentido oposto.

Em algumas literaturas, esta forma alternativa é utilizada para determinar o sentido da corrente elétrica $i$ atuante entre fios condutores, onde há passagem de corrente elétrica.

Quando a força magnética é nula?

Ora, quando uma das variáveis envolvidas na equação $F_m=|q|.v.B.sen\theta$ forem nulas, em um caso mais detalhado termos:

Quando $v$ tiver a mesma direção de $B$, pois ${\theta}{=}{0°}$ ou ${\theta}={180°}$, desta forma, o seno de 180° e 0° é zero.

Neste caso $F_m$ é nulo, pois o seno do ângulo formado entre $v$ e $B$ é zero.

Quando a carga q for neutra, pois $|q|=0$, $q=0$;

Quando $B$ for igal a zero, neste caso NÃO EXISTE FORÇA, logo NÃO EXISTE CAMPO;

Quando a carga estiver em repouso, pois $v=0$

Estudar o assunto

Magnetismo - 06. Força magnética - Módulo e sentido

Força magnética sobre uma carga puntiforme (forma de ponto)

Um campo magnético $B$ gerado por uma carga qualquer, influencia outra carga $q$, que está se movimentando a uma velocidade $v$, tal que  forma com $B$ um ângulo $\theta$, onde $B$ exerce sobre $q$ uma força magnética $F_m$, tal que:

Ilustração da situação descrita acima. Note que o sinal da carga q não importa neste caso

Regra da mão direita para $F_m$

Para se determinar o sentido da força magnética procede-se da seguinte maneira:

1.       Aponta-se o polegar no sentido de ;

2.       Aponta-se, agora, os outros dedos no sentido de ;

3.       Se q>0 o sentido de  será dado no sentido de um tapa com a palma da mão;

4.       Se q<0 o sentido de  será dado no sentido de um tapa com as costas da mão.

Pronto, a partir do conceito da regra da mão direita, podemos fazer inúmeros problemas sobre o assunto, basta treinar. Comece sempre pelo básico. Existe outro modo fácil de se determinar o sentido do campo além da regra da mão direita, é a regra de Fleming, que estudaremos a seguir.

Referências: as imagens apresentadas acima foram retiradas do livro

- Habilitação Técnica em Eletrônica – Máquinas e instalações elétricas, gov. São Paulo, Centro Paula Souza, 2011. (com algumas poucas adaptações)

Estudar o assunto

Magnetismo - 05. Introdução ao Estudo da Força magnética

Estudo da Força magnética

É comum, atualmente, a utilização de aparelhos televisores, de motores, cartões de crédito, etc. O mundo, hoje, é cheio de acessórios que podemos utilizar como forma de conforto, lazer, necessidade, mas, para isso tudo ser possível, o homem contou com um fator natural denominado magnetismo. Muitos nem se perguntam, por exemplo, como funcionam os objetos que utilizam. O televisor, por exemplo, é uma das maiores invenções da história. Antigamente, a TV que se conhecia era bem diferente das conhecidas hoje em questão de design, qualidade de som e de imagem, entre outros. A televisão com tubos de imagem é um dos maiores exemplos de aplicação da força magnética, pois nela, os elétrons são lançados a uma determinada velocidade em uma espécie de conjunto de pontos denominados pixels, esses pixels em conjunto formam as imagens.

Outro exemplo importante são os disjuntores, que temos em nossas casas costumeiramente e é utilizado para evitar problemas domésticos em casos de queda brusca de energia, onde há curtos-circuitos. Do assunto anterior, sabe-se que altos valores de corrente elétrica resulta em fortes campos magnéticos, quando há curto-circuito o disjuntor recebe uma enorme quantidade de carga, acima do normal. Na sua parte interna existe um eletroímã que, quando recebe a alta corrente gera um forte campo magnético, esse campo magnetiza o núcleo do eletroímã, fazendo com que o contato móvel seja atraído pelo mesmo, assim ele se movimenta junto com a chave, que abre o circuito (cessa a passagem de energia elétrica) (veja a imagem abaixo).

Dentre essas, existem ainda várias aplicações para a força magnética, que será estudada agora.

Estudar o assunto

Magnetismo - 04. A regra da mão direita

Regra da mão direita

Existe uma maneira prática, simples e rápida determinarmos a direção e o sentido do campo magnético, a regra da mão direita. Tendo em vista um condutor retilíneo, atravessado por uma corrente $i$,   é possível determinarmos o sentido de $\vec {B}$. Para tanto, procede-se com os seguinte passos:

1.       Identificando o sentido da corrente direcione seu polegar no sentido da mesma;

2.       O restante dos dedos devem “abraçar” o fio;

3.      Com a mão fechada o vetor $\vec {B}$ é determinado, de forma circular como os outros dedos que abraçam o fio.

Em direções perpendiculares à uma folha de papel, por exemplo, é comum utilizarmos os termos saindo e entrando no papel. Existe uma forma de representar isso:

O campo magnético, quando atua sobre corpos (cargas, por exemplo) que estão imersos no mesmo exerce uma forca magnética, que será estudada a seguir.

Referências: a imagem que ilustra a regra da mão direita, descrita acima, foi retirada do livro

- Habilitação Técnica em Eletrônica – Máquinas e instalações elétricas, gov. São Paulo, Centro Paula Souza, 2011.

Estudar o assunto

Magnetismo - 03. Determinando o módulo do vetor $\vec {B}$

Lei de Ampère

O campo magnético pode ser medido por meio de formulações feitas e estudadas por cientistas como Félix Savart e Jean-Baptist Biot, que formularam por exemplo o vetor indução magnética . Mas, por hora, consideremos apenas um fio retilíneo que conduz corrente gerando um campo magnético  ao seu redor, onde  é dado pela Lei de Ampère:

Onde, acima:

B – representa o campo magnético

$\mu$ - representa a permeabilidade magnética do meio e, no vácuo é representada por $mu_0$ e vale $4.10^{-7} \frac {T.m}{A}$

d – representa a distância até um ponto P considerado

i – representa a corrente elétrica.

No SI, a unidade de  é o tesla T.

Campo gerado numa espira circular, bobina e solenoide

O campo presente numa espira circular, por definição, é dado por:

O campo presente numa bobina é dado por:

Note que a única diferença entre a formula da espira e da bobina é apenas o “n ”, pois uma bobina é formada por um conjunto de espiras e  é o número de espiras da bobina.

O campo presente num solenoide é dado por:

 ou  

A razão ${n}/{L}$ é denominada densidade linear de espiras, logo pode-se fazer:

Porém, essa relação é pouco utilizada, mas é muito útil saber disso. No interior de um solenoide o campo tem sentido saindo do Sul e entrando no norte, semelhante a um imã e o campo magnético é uniforme.

Essas equações são formuladas baseando-se nos princípios fundamentais inicialmente obtidos pelos cientistas. Esta parte foi mais quantitativa. No próximo post falaremos sobre a regra da mão direita aplicada ao campo magnético.

Referências: neste post, as imagens apresentadas (exceto as fórmulas) foram retirada dos livro

- Habilitação Técnica em Eletrônica – Máquinas e instalações elétricas, gov. São Paulo, Centro Paula Souza, 2011.

Estudar o assunto

Magnetismo - 02. Os polos dos ímãs e o campo magnético

Os polos dos imãs e sua inseparabilidade

Os imãs além de possuir a capacidade de “criar” imãs possuem ainda polos Norte (N) e Sul (S), que se atraem e são inseparáveis, isto é se partíssemos um imã separando seus polos, seriam criados novos polos N e S nas partes S e N divididas, respectivamente. Isso ocorre, pois os imãs são constituídos de, ainda, pequenos imãs (denominados imãs elementares), que, se repartidos novamente formariam dois polos, N e S. Não existe um imã monopólio (um polo, apenas).

                Este princípio é fundamental para o estudo do magnetismo baseado em comportamentos de imãs, e o denominamos de Princípio da inseparabilidade dos imãs.

Os polos dos imãs possuem um campo magnético mais atrativos e, portanto, mais intenso. Isso pode ser observado ao jogar-se limalhas de ferro (“ferro em pó”) ao redor de um imã que está sobre uma superfície plana, por exemplo. Observa-se que toda a limalha se distribui, porém, essa distribuição não é uniforme, pois nos polos dos imãs o campo magnético é mais intenso.

                Observe que a limalha ao redor do imã parece formar linhas, denominadas linhas de campo. Quanto aos polos as linhas de campo tendem a sair do polo Norte em direção curvilínea até o polo Sul.

                É fácil perceber que dentro do imã as linhas de campo saem do polo Sul e entram no polo norte.

O campo magnético terrestre

Não são apenas os imãs que possuem campos magnéticos. A terra funciona, também, como um imã gigante, pois possui campo magnético. Como, então, você acha que funciona uma bússola? Popularmente, sabemos que uma simples bússola aponta sempre para o norte. Porém, o norte ao qual nos referimos é o geográfico (NG), o norte geográfico é o Sul magnético. Isso se dá devido ao fato de polos diferentes se atraem e polos semelhantes se repelem e, para que o norte geográfico atraia um lado da agulha da bússola, esse lado tem que ser o Sul magnético da mesma. Portanto o Norte magnético da terra corresponde ao seu Sul geográfico e vice-versa.

Determinando o módulo do vetor Campo Magnético  $\vec { B }$

Gerado por uma corrente elétrica i

Hans Christian Öersted, físico e químico dinamarquês demonstrou experimentalmente em 1820 que, num condutor, a passagem de corrente elétrica geravam campos magnéticos. Constatou também que o campo elétrico é capaz de influenciar objetos como cartões magnéticos, etc.

Seu experimento foi simples: ele colocou um circuito elétrico simples, onde um condutor está esticado horizontalmente e, próximo à ele, está uma bússola logo abaixo do fio.

Observa-se, então, que, com a passagem de corrente elétrica, a agulha da bússola teve uma mudança de direção, onde o norte da agulha segue o campo.

Este experimento ficou conhecido como Experimento de Öersted e pode ser esquematizado da seguinte forma:

Onde, em a) temos o circuito descrito com a chave aberta (sem corrente). Já em b) temos o momento em que a chave é fechada (há passagem de corrente), note que a direção da agulha imantada da bússola se altera.

Neste post falamos um pouco sobre o comportamento do campo nos imãs, o próximo falará sobre como determinar o módulo do vetor $\vec {B}$.

Referencias:
As imagens mais bem produzidas, que mostram de maneira mais esclaecidas as situações foram retiradas do livro - Habilitação Técnica em Eletrônica – Máquinas e instalações elétricas, gov. São Paulo, Centro Paula Souza, 2011.

Estudar o assunto

Magnetismo - 01. Os ímãs e sua propriedades

O que são imãs?

Talvez, a palavra principal de todo o assunto de magnetismo seja imã. Os imãs são materiais que possuem campo magnético organizado. Sabe-se que praticamente 90% dos corpos da terra possuem campos magnéticos, inclusive nós, seres humanos, porém não somos imãs, pois não atraímos metais como o ferro. Isso é devido aos vetores campos magnéticos dos nossos corpos que tendem, de alguma forma, a se anularem, porém nos imãs o quadro é bem diferente.

Já vimos que uma propriedade fundamental de um ímã é ter seus vetores campos magnéticos organizado, mas existem outras como, por exemplo o fato de eles conseguirem magnetizar outros materiais/corpos, pois é, os ímãs conseguem transformar outros corpos em ímãs também.

Magnetização

Quando um corpo não possui a propriedade fundamental de um ímã (atrair metais, por exemplo), dizemos que ele não é um ímã, pois ele tem seus campos magnéticos desorganizados de forma que seus vetores campo magnético se anulem. Porém, verifica-se experimentalmente que é possível organizar os vetores campo magnéticos dos não-ímãs, mas como proceder? A resposta é simples: se o material ao qual se quer magnetizar for um material magnetizável (chamado de material ferromagnético) – sim, nem todos os materiais são magnetizáveis – basta colocá-lo diante (muito próximo) de um ímã, assim os vetores do material magnetizável irão se organizar e teremos, assim, um ímã.

Na figura acima há magnetização do ferro através de um ímã, onde os campos magnéticos do material magnetizável.

Magnetismo, Paramagnetismo e Diamagnetismo

Quando realizamos o simples experimento acima, pode ocorre os seguinte fenômenos:

Paramagnetismo: o material que acabara de ser magnetizado permanecerá magnetizado.

Diamagnetismo: o material que acabara de ser magnetizado será um ímã temporário, isto é, com o tempo prévio ele perderá sua propriedade de ímã.

Magnetismo: é o fenômeno referente ao magnetismo natural do ímã. No experimento citado, o magnetismo seria referente ao ímã que magnetizou o outro objeto.

São esses os principais casos onde ocorre (ou não) magnetização. O próximo post os ímãs e suas propriedades.

Estudar o assunto

Cinemática - 01. Conceitos iniciais

Cinemática é o ramo da mecânica que trata do movimento sem se preocupar com sua causa. Para o estudo da cinemática faz-se necessários a conceituação de alguns atributos que deverão ser usados com frequência como uma espécie de “linguagem da física”.

Abaixo, em tópicos daremos a definição de alguns conceitos sem os quais não seríamos capazes de entender praticamente nada:

Espaço – a posição onde se encontra um determinado corpo. (ex.: você, sentado numa cadeira lendo este post)

Corpo – porção limitada de matéria.

Deslocamento – dadas duas posições, chama-se deslocamento a distância percorrida entre as duas posições. (ex. um carro que viaja de Penedo-AL à Maceió tem um deslocamento de 150 km, aproximadamente.).

Ponto material – corpo no qual, na situação proposta tem suas dimensões desprezadas. (ex. uma formiga se deslocando numa autoestrada)

Corpo extenso – corpo no qual, na situação proposta tem suas dimensões consideradas.

Referencial – corpo ou sistema no qual nos baseamos para formulas equações e analisar os fatos da situação descrita. Através do referencial conseguimos identificar se um corpo está ou não em movimento.

Sistema – conjunto de corpo que analisamos e diversos casos.

Entender essa linguagem é essencial para o estudo da cinemática e de outros diversos assuntos.

Analise agora casos em que veremos esses conceitos serem usados:

“[...] a distância total percorrida por um automóvel que parte de um hotel, no km 78 de uma rodovia, leva os hóspedes até uma fazenda de gado, no km 127 dela. [...]” – neste caso, temos um veículo se movimentando numa pista, note que ele varia seu espaço, pois inicialmente ele encontra-se na posição 78 (Km 78) e em seguida diz-se que ele chegaria à fazenda de gado na posição 127 (Km 127).

“Um atleta correndo ultrapassa um trem com 100 metros de comprimento, que se move vagarosamente no mesmo sentido. [...]” – nesta situação o trem pode ser considerado ou não um corpo extenso. Depende muito do que se pede. Se por acaso quisermos saber em qual instante ele pularia do trem nunca saberíamos, pois isso é arbitrário à ele, perceba que o trem será tratado como um ponto material, mesmo sendo grande, pois seu tamanho não tem nada haver se ele vai pular ou não. Mas se quiséssemos saber, por exemplo, com qual velocidade ele ultrapassou o trem precisaríamos do tempo que ele levou para ultrapassar o trem, neste caso, precisamos considerar também o deslocamento do atleta (tamanho do trem), assim o trem é um corpo extenso.

“O cliente em um táxi que está “rodando” (em movimento) está em repouso com relação à quem está dirigindo, mas em movimento com relação à quem o está observando de fora sentado num banco de praça, por exemplo.” – a ideia de referencial parte da necessidade de observar separadamente os fenômenos cinemáticos dos corpos. Temos neste exemplo dois referenciais, o motorista e o observador da praça.

Os veículos da imagem estão em repouso entre si, e se estivessem viajando, lado a lado, com mesma velocidade, ainda estariam em repouso, um em relação ao outro.

Esses e outros conceitos básicos, como visto, proporciona uma nova linguagem para quem está ingressando no estudo física. Não precisa de bastante treino para aprender, e isso também não é coisa de se decorar. É só analisar seu próprio cotidiano que você vai ver muita coisa parecida com o que já foi falado aqui.

Estudar o assunto