UFLA-Conceitos B-forca_magnética

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I. INTERAÇÕES MAGNÉTICAS
A. Força magnética sobre um …o transportando corrente num campo magnético.
Obtenha os seguintes materiais:
� imã
� bateria
� dois clips de papel
� …os
� bússula
Monte o circuito de acordo com …gura ao lado. Atenção: não conecte os …os a bateria
até que seja pedido!
imã
fios
suporte
S
N
A. A …gura ao lado mostra uma parte aumentada da …gura acima. Esboce as linhas de
campo representando o campo magnético do imã. Esboce tanto as linhas dentro e fora
do imã.
No diagrama, indique a direção da corrente através do …o quando o circuito está
fechado.
Faça uma predição da direção da força exercida sobre o …o pelo imã quando o circuito
está fechado. Explique seu raciocínio.
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fios
imã
S
N
Atenção: Não deixe a bateria conectada aos …os por tempo maior do que alguns
segundos!
B. Faça predições para as seguintes cinco situações baseado no que você observou na parte
A. Veri…que suas respostas somente depois de fazer as cinco previsões.
1. O imã está posicionado tal que o polo sul está perto do …o enquanto a ba-
teria está conectada.
Predição:
Veri…cação:
2. Os pólos da bateria são conectados de forma invertida (considere ambas as
orientações do imã).
Predição:
2
Veri…cação:
3. O polo norte do imã é posicionado próximo ao …o porém a bateria está de-
sconectada.
Predição:
Veri…cação:
4. O polo norte do imã é posicionado: (a) próximo ao …o e (b) afastado do
…o.
Predição:
Veri…cação:
3
5. O imã é posicionado paralelo ao …o enquanto a bateria está conectada.
Predição:
Veri…cação:
Resolva quaisquer discrepância entre suas predições e suas observações. (Sugestão:
Considere a equação vetorial para a força magnética sobre um …o transportando uma
corrente na presença de um campo magnético:
�!
F = I
�!
L ��!B ).
B. Campo magnético de um …o transportando uma corrente
A. Suponha que você coloque um pequeno imã num campo magnético a permita que ele
gire livremente. Como o imã orienta-se relativamente as linhas do campo magnético
externo? Ilustre sua resposta abaixo.
B. Suponha que você segure uma bússula próximo a um …o transportando uma corrente
como mostrado na …gura. (Uma bússula é um imã que pode girar livremente.) A face
da bússula está paralela a mesa.
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1. Faça uma predição da orientação indicada pela bússula quando o circuito
está fechado. Esboce um diagrama que mostra o …o, a direção da corrente passando
por ele, a direção do campo magnético diretamente abaixo do …o e a orientação
mostrada pela bússula.
fios
suporte
bússula
2. Veri…que suas respostas. Se a de‡ecção da bússula não é igual a sua predição,
resolva as discrepâncias. (Sugestão: Existe mais que um campo magnético afetando a
bússula?)
C. Agora suponha que você segure a bússula em outras localizações próximas do …o. Para
cada posição, faça uma predição da orientação da bússula quando o circuito está
fechado. Faça ilustrações de suas predições.
Con…ra suas respostas. Se a orientação da bússula não está como você previu,
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resolva as discrepâncias.
D. Esboce as linhas de campo magnético de um …o transportando uma corrente. Inclua a
direção da corrente no …o em seu esboço.
C. Espiras de corrente e solenóides
A. Um…o é "enrolado" para formar uma espira retangular e suas extremidades são enroladas
juntas, conforme mostra fugura ao lado. Os lados da espira são rotulados A-D. A
direção da corrente é mostrada. (O diagrama usa a convenção que � indica corrente
saindo da página e 
 indica corrente entrando na página.)
corrente A
B
C
D
plano da seção transversal
seção transversal
do centro da espira
1. Nos diagramas acima esboce as linhas de campo magnético para a espira. Baseie
seu esboço no seu conhecimento do campo magnético de um …o transportando uma
corrente.
2. Considere o campo magnético de um imã em forma de barra.
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Como são as linhas de campo magnético para uma espira similar aquelas para um
imã pequeno?
Você pode identi…car um pólo norte e um pólo sul para uma espira?
Formule uma regra pela qual você pode usar sua mão direita para identi…car
os pólos magnéticos de uma espira de corrente usando seu conhecimento da direção
da corrente.
B. Uma pequena espira de corrente é colocada perto da extremidade de um imã como
mostrado na …gura.
N
1. Desenhe vetores para mostrar a força magnética sobre cada lado da espira.
Qual é o efeito resultante das forças magnéticas exercidas sobre a espira?
2. Suponha que o loop foi girado até estar orientado como mostrado na …gura.
N
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Agora, qual é o efeito resultante das forças magnéticas exercidas sobre a espira?
Existe uma orientação para a qual não há torque resultante sobre a espira?
Desenhe um diagrama para ilustrar sua resposta.
3. Os seus resultados acima são consistentes com o fato de tratarmos uma es-
pira de corrente como um pequeno imã em forma de barra?
Rotule os pólos da espira de corrente nos diagramas acima.
C. Um solenóide é um arranjo de muitas espiras colocadas lado a lado como mostrado
abaixo. A corrente através de cada loop é a mesma e está na direção mostrada.
A
B
C
D
E
1. Para cada ponto rotulado, desenhe um vetor que indica a direção e intensidade do
campo magnético. Use o princípio da superposção para determinar sua resposta.
2. Desenhe as linhas de campo magnético numa …gura aumentada.
Descreva o campo magnético próximo do centro do solenóide.
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3. Como o campo magnético do solenóide nos pontos A-E se comparam com
aqueles de um imã em forma de barra?
Qual lado do solenóide corresponde ao pólo norte? Qual lado corresponde ao
pólo sul?
4. Como seria o campo magnético num ponto dentro do solenóide afetado
pelas seguintes mudanças (explique seu raciocínio em cada caso):
� A corrente através de cada espira do solenóide é aumentada por um fator dois.
� O número de espiras por unidade de comprimento do solenóide é aumentada
por um fator dois, com a corrente através de cada espira permanecendo constante.
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