Parte escrita - trabalho fisica - eletricidade

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UNIFACS - UNIVERSIDADE SALVADOR
FÍSICA - ELETRICIDADE
ENGENHARIA CIVIL
CAMPO MAGNÉTICO
ANTÔNIO PIMENTA
ELLEN DANTAS 
JOANNA MORAES
PATRÍCIA SOUZA
VITÓRIA FREITAS 
WAGNER LUÍS
SALVADOR, BAHIA, BRASIL
2014
UNIFACS - UNIVERSIDADE SALVADOR
FÍSICA - ELETRICIDADE
ENGENHARIA CIVIL
CAMPO MAGNÉTICO
ANTÔNIO PIMENTA
ELLEN DANTAS 
JOANNA MORAES
PATRÍCIA SOUZA
VITÓRIA FREITAS 
WAGNER LUÍS
Trabalho escrito referente ao seminário sobre Campo Elétrico apresentado à disciplina Física – Eletricidade, do curso de graduação em Engenharia Civil da Universidade Salvador - UNIFACS, turma VR01, ministrada pela docente Ana Claudia Souza Moreira para fins avaliativos. 
SALVADOR, BAHIA, BRASIL
2014
ÍNDICE
1. MAGNETISMO................................................................................................4
2. CAMPO MAGNÉTICO.....................................................................................6
2.1. CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE...........................................................7 
3. FORÇA MAGNÉTICA......................................................................................9
3.1. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CARGA EM MOVIMENTO.................9
3.2. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE CARGAS EM MOVIMENTO CIRCULAR..10
3.3. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CORRENTE ELÉTRICA...................13
4. APLICAÇÕES................................................................................................15
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................16
1. MAGNETISMO
Antes de estudar campo magnético, necessita-se compreender o conceito de magnetismo. O magnetismo é o fenômeno de atração ou repulsão observado entre ímãs, entre ímãs e substâncias magnéticas (ferro, níquel e cobalto, por exemplo) e entre ímãs e condutores de corrente elétrica. 
Diariamente convivemos com materiais magnetizados, ou seja, corpos que apresentam propriedades magnéticas e que atuam como se fossem ímãs. Isso ocorre com os cartões magnéticos dos bancos, em cujo verso existe uma tarja preta que é magnética (material que recebeu propriedades magnéticas). Ao guardar um desse cartão próximo a um imã ou atritá-lo com imãs, ele pode perder todas as informações gravadas nele, como por exemplo, o número da agência, do banco ou da conta bancária.
O estudo do magnetismo é importante para que possamos entender o funcionamento de aparelhos, como bússulas (importante no auxilio da orientação de pessoas e veículos), o aparelho de ressonância magnética (essencial para a medicina moderna), os dínamos (usados na geração de energia elétrica) e os fenômenos físicos associados a eles.
Os ímãs apresentam duas regiões diferentes, onde a influência magnética se manifesta com maior intensidade. Essas regiões são chamadas de pólos e estes possuem, na presença de outros ímãs, comportamentos distintos, e são denominados norte magnético (N) e sul magnético (S). Quando um ímã é suspenso horizontalmente por um fio atado ao seu centro, as suas extremidades se orientam para o norte geográfico e para o sul geográfico. A extremidade que se volta para o norte geográfico é o pólo norte magnético e a que se orienta para o sul geográfico é o pólo sul magnético.
Os ímãs interagem entre si, através da troca de forças, denominadas forças magnéticas; e apresentam as seguintes propriedades: 
· Pólos da mesma natureza se repelem
· Pólos de natureza diferentes se atraem
· Os pólos de um ímã são inseparáveis, isto é, na secção de um ímã surgem pólos contrários aos da extremidade da parte seccionada
 
2. CAMPO MAGNÉTICO
É a região de perturbação magnética criada em torno de um ímã. Dessa forma, qualquer outro ímã ou metal ferromagnético colocado nessa região ficará sujeito a uma força magnética. Ou seja, uma carga em movimento ou uma corrente elétrica cria um campo magnético e ao colocar outra carga ou um fio transportando corrente num campo magnético, uma força magnética atuará sobre eles.
Ao redor de um ímã, é possível construir as linhas de campo magnético ─ linhas imaginárias que saem do pólo norte em direção ao pólo sul. O campo magnético é forte onde as linhas estão mais próximas uma das outras.
Linhas de campo magnético em um ímã em forma de barra
Linhas de campo magnético em um ímã em forma de ferradura
Nos ímãs em forma de ferradura, entre as “pernas” da ferradura, forma-se uma região de campo magnético uniforme (as linhas de campo são paralelas e igualmente espaçadas).
O vetor campo magnético, num ponto qualquer ao redor de um ímã, é um vetor tangente às linhas e no mesmo sentido delas. No SI, esse vetor é medido em tesla (T).
B vetor campo magnético
A bússula é constituída de uma agulha magnética que se orienta sempre na direção e sentido do campo magnético existente à sua volta. Na ausência de outros campos magnéticos, a extremidade da agulha da bússula aponta para o pólo norte da Terra, também conhecido como pólo norte geográfico.
2.1. CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
A terra comporta-se como um gigantesco ímã. Ela cria em todo o espaço ao redor de si um campo magnético que pode ser constatado quando se observa a agulha de uma bússula. O norte da agulha magnética da bússula aponta sempre na direção do pólo norte geográfico da Terra, região na qual se encontra o pólo sul magnético terrestre, pois o pólo norte de um ímã é atraído pelo pólo sul. Assim, o pólo norte geográfico da Terra corresponde ao pólo sul magnético terrestre e o pólo sul geográfico da Terra corresponde ao pólo norte magnético terrestre. Os pólos magnéticos encontram-se próximos dos pólos geográficos, mas não são coincidentes. Além disso, são invertidos, como se vê na figura abaixo.
Os pólos geográficos são fixos, mas os pólos magnéticos mudam de posição com o decorrer dos anos. Isso ocorre por causa da movimentação do magma e das placas tectônicas no interior da terra.
3. FORÇA MAGNÉTICA
A descoberta da existência de força magnética sobre cargas em movimento em campos magnéticos e sobre fios percorridos por corrente elétrica foi muito significativo para o desenvolvimento tecnológico, pela aplicação em diversos aparelhos, como alguns tipos de galvanômetros, por exemplo.
Verificou-se que uma carga elétrica em repouso numa região de campo magnético não sofre a ação da força magnética. Se essa carga estiver em movimento, porém, poderá sofrer os efeitos de uma força magnética. Algo semelhante ocorre com um fio imerso numa região de campo magnético, isto é, quando percorrido pela corrente elétrica, fica sujeito a uma força magnética. 
3.1. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CARGA EM MOVIMENTO
Considere o lançamento de cargas elétricas numa região de campo magnético uniforme com o objetivo de analisar a força magnética que atua sobre elas. Coube ao físico holandês Hendrick Antoon Lorentz (1853-1920) estudar e estabelecer a relação da força magnética para diversos ângulos de lançamentos de cargas.
A intensidade da força magnética é dada pela fórmula F = lql. B . v . sen(α), onde lql é o modulo da carga elétrica, B é a intensidade do campo magnético, v é a velocidade da carga e α é o ângulo entre os vetores v e B. 
A força magnética F atua perpendicularmente ao vetor velocidade. Isso significa que um campo magnético constante e uniforme não pode nem aumentar nem diminuir a velocidade escalar da partícula em movimento, mas pode desviar a sua trajetória; isto é, a força pode variar a direção da velocidade v da partícula e não o módulo de v. Como o módulo de v não varia, a forca magnética não modifica a energia cinética da partícula.
Um campo magnético não exerce nenhuma força sobre uma carga que se move paralelamente ao campo, ou seja, quando v é paralelo a B.
O valor máximo para a força magnética é calculado quando a carga se move perpendicularmente ao campo magnético, ou seja, o α é igual a 90°.
O módulo da força magnética é diretamente proporcional a q e v. Quando maior for a carga da partícula ou quanto mais rápido ela estiver se movendo, maior será a força magnética. E, quando a partícula estiver em repouso (v = 0 m/s) ou for eletricamenteneutra (q = 0 C), não haverá nenhuma força atuando sobre ela. 
O sentido da força magnética depende do sinal de q. Uma carga positiva e outra negativa, com velocidades na mesma direção, apresentam forças em sentidos opostos.
O sentido da força magnética pode ser definido pela regra da mão direita espalmada, exemplificada na figura abaixo, quando a carga é positiva. Caso seja negativa, o sentido da força muda e passa a indicar para baixo.
Regra da mão direita espalmada para q>0.
3.2. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE CARGAS EM MOVIMENTO CIRCULAR
Quando uma partícula se move num círculo com velocidade escalar constante, a força resultante sobre a partícula tem módulo constante e aponta para o centro do círculo, mantendo-se perpendicular à velocidade da partícula, ou seja, a força resultante (Fr) é a força centrípeta (Fc). Um exemplo é quando um feixe de elétrons é projetado numa câmara por uma pistola eletrônica. Os elétrons entram no plano da figura com velocidade v e se movem numa região de campo magnético uniforme B apontado para fora do plano da figura. Por conta disso, uma força magnética Fm atua sobre os elétrons e, como v e B são perpendiculares entre si, os elétrons percorrem uma trajetória circular de raio r.
Assim, podemos determinar os parâmetros que caracterizam o movimento circular desses elétrons ou de outra partícula com carga q e massa m que se move perpendicularmente a um campo magnético uniforme B com velocidade escalar v.
Fr = Fm
Fc = lql. B . v . sen(90°)
 = lql. B . v
r = (onde r é o raio da circunferência)
O período T é o tempo necessário para a carga realizar uma volta completa. É dado pelo comprimento da circunferência dividido pela velocidade escalar v.
Como a freqüência (f) é o inverso do período, .
A freqüência angular () do movimento é .
Com essas fórmulas, percebe-se que o período, a freqüência e a freqüência angular não dependem da velocidade escalar v. As partículas mais rápidas se movem em círculos maiores, enquanto as mais lentas em círculos menores. Entretanto, todas as partículas que possuem a mesma razão q/m apresentam o mesmo período, ou seja, gastam o mesmo tempo para dar uma volta completa. 
Se a velocidade escalar v de uma partícula forma um ângulo θ qualquer (diferente de 90°) com o vetor campo magnético B uniforme, a partícula se move em torno da direção do campo em uma trajetória helicoidal. A decomposição da velocidade v gera dois componentes: um paralelo (v2) e outro perpendicular (v1) a B.
v1=v.senθ
v2=v.cosθ
O componente paralelo a B (v2) determina o passo da hélice (representado pela letra p), ou seja, a distância entre elos adjacentes. Olhando na direção de B, o sentido de rotação de uma partícula positiva é sempre anti-horário e a de uma negativa é horário.
O passo da hélice é calculado da seguinte forma:
p = v2.T = v.cosθ. T = V.cosθ. = 
Quando uma partícula carregada com carga q move-se em espiral num campo magnético não uniforme, as linhas de campo sofrem um estreitamento nos lados esquerdo e direito, indicando que nessas regiões o campo magnético é mais intenso. Se o campo numa extremidade é muito intenso, a partícula é “refletida” dessa extremidade e, caso a partícula seja refletida de ambas as extremidades, pode-se dizer que ela está aprisionada numa garrafa térmica. Isso é ilustrado na figura abaixo.
3.3. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CORRENTE ELÉTRICA
Assim como uma carga elétrica lançada numa região de campo magnético fica sujeita a ação de uma força magnética, o fio percorrido por uma corrente elétrica também fica sujeito a ação dessa força, já que a corrente elétrica é constituída por movimento de cargas elétricas.
Dado um fio de comprimento L, percorrido por uma corrente elétrica i e imerso numa região de campo magnético uniforme B, temos:
Fm = IqI.v.B.senθ
 (
Fm = i.
 
Δt
.L.B.sen
θ
.
 = i.L.B.sen
θ
 
)i =IqI ÷ Δt 
IqI = i. Δt
v = Δs ÷ Δt = L ÷ Δt
A força magnética tem o seu vetor perpendicular ao vetor campo e perpendicular ao fio e o seu sentido é definido pela regra da mão esquerda.
Se for dado o sentido do campo ou então o sentido da corrente elétrica percorrida no fio, pode-se, através da regra da mão direita, encontrar o sentido que ainda não foi definido.
Regra da mão direita
Convenciou-se que quando o vetor campo magnético é perpendicular ao plano e está entrando no plano é representado pelo símbolo; e quando o vetor campo magnético é perpendicular ao plano, mas está saindo do plano, é definido pelo símbolo.
Na imagem acima, como pela regra da mão direita o vetor campo magnético está saindo do plano, é representado por. Caso a corrente elétrica mudasse de sentido e apontasse para baixo, pela mesma regra, o vetor do campo magnético mudaria de sentido e, agora, estaria entrando no plano, sendo representado por.
4. APLICAÇÕES
O magnetismo apresenta várias aplicações nas diferentes áreas do conhecimento, desde a engenharia até a medicina. Materiais magnéticos estão presentes no nosso dia a dia, como, por exemplo, discos rígidos de computador, televisores, carros, fitas de videocassete, cartões de crédito, aparelhos de telecomunicação, motores, geradores e transformadores elétricos. Esses materiais também são usados na engenharia para a produção de energia nas usinas hidrelétricas.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
· TOFFOLI, Leopoldo. Força magnética sobre cargas. 2014. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/forca-magnetica-sobre-cargas/>. Acesso em: 21 maio 2014.
· SILVA, Domiciano Correa Marques da. Movimento circular no campo magnético. 2014. Disponível em: <http://www.mundoeducacao.com/fisica/movimento-circular-no-campo-magnetico.htm>. Acesso em: 21 maio 2014.
· SILVA, João Freitas da. Força magnética - condutores: Direção, sentido e intensidade. 2008. Disponível em: <http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/forca-magnetica---condutores-direcao-sentido-e-intensidade.htm>. Acesso em: 21 maio 2014.
· FERRARO, Nicolau Gilberto. Voltando ao segundo fenômeno eletromagnético. 2011. Disponível em: <http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2011/11/cursos-do-blog-eletricidade.html>. Acesso em: 21 maio 2014.
· HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth S. Física. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC,2003. Cáp. 30. Vol.3.
· PINHO, Luís Carlos Almeida Bastos de. Materiais Magnéticos e suas Aplicações. 2009. Disponível em: <http://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/59887/1/000135917.pdf>. Acesso em: 21 maio 2014.
· KNOBEL, Marcelo. Aplicações do magnetismo. 2009. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2005/215/aplicacoes-do-magnetismo>. Acesso em: 21 maio 2014.
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