Lista de Fisica Eletromagnetismo

Página 1 de 2 Lista A3 2 pontos Física Geral Eletromagnetismo FIS01182 20252 1 04 pontos A figura ao lado mostra um ímã e um anel condutor de raio r por onde passa uma corrente i Se o campo magnético produzido pelo ímã faz um ângulo θ com a vertical na posição onde está o anel qual é a magnitude e a direção da força resultante sobre o anel Forças magnéticas podem realiza trabalho Justifique sua resposta 2 04 pontos A figura ao lado mostra dois cilindros concêntricos o cilindro interno tem raio a por onde passa uma corrente I o externo possuí um raio interno b e externo c na região entre c e b passa uma corrente I Determine o campo magnético para i r a ii a r b iii b r c iv r c v Desenhe o gráfico campo magnético B em função da distância radial r em todos os casos anteriores de i até iv 3 04 pontos A figura ao lado mostra uma espira por onde passa uma corrente I no sentido indicado A espira está imersa em um campo magnético externo B cuja direção é uma seta saindo do polo Norte e entrando no polo Sul a Qual é a somatória de forças magnéticas que atuam sobre a espira b Qual é a direção do momento de dipolo magnético da espira Página 2 de 2 c Explique por que a espira gira quando há corrente passando por ela e por que a corrente precisa inverter sua direção quando a espira estiver alinhada verticalmente perpendicular ao campo magnético d A partir da expressão de torque 𝛕 𝐫 𝐅 deduza a expressão do torque magnético 𝛕𝐦𝐠 𝛍 𝐁 4 04 pontos Uma corrente i circula na direção horária em um anel de raio R a Determine a intensidade e a direção do campo magnético B no centro do anel b O campo magnético B medido em um ponto P que se encontra z distante do eixo do anel é dada por Bz 2μ0 4π 𝜇 r3 explique o que representa o termo 𝜇 r3 nessa expressão 5 04 pontos Explique e se necessário ilustre graficamente desenhe a O que caracteriza um material ser paramagnético ou diamagnético b O que caracteriza os materiais ferromagnéticos Como a temperatura de Curie afeta esses materiais Descreva a curva de histerese para a magnetização de um material ferromagnético c Em quais casos a lei de Ampère não pode ser empregada para calcular o campo magnético d Explique a lei de Gauss para o magnetismo e o que ela implica I a r b entro do cilindro Ic I B 2πr Mo I 2πr B Mo I 2πr B campo eletromagnético 10 Distância radial 20 III b r c Dentro do conduto externo A corrente envolvida é a do cilindro interno I menos a porção da corrente do cilindro externo I que está dentro de r A densidade da corrente no externo é Jext I Aext π c² b² Ic I Jext Ai I π r² π b² π c² b² I 1 r² b² c² b² Ic I c² r² c² b² B Mo I 2 π r c² r² c² b² 05 B campo eletromagnético 2 tilibra Distância radial 3 Lista A3 Física geral Eletromagnetismo 1 O campo magnético B é decomposto em uma componente retilínea e uma radial A componente retilínea Br que é paralelo ao eixo cria forças radiais dF I dL Br sobre a corrente I no anel Essas forças radiais se cancelam e a força resultante dessa componente é zero Já a componente radial Br que vale BsenΘ cria forças verticais dF I dL Br sobre a corrente I no anel Essas forças verticais se somam já que apontam para a mesma direção ao longo de todo o anel Logo a força resultante é vertical e sua magnitude é F IB senθ 2πr ou F 2πr IBsenθ Forças magnéticas realizam trabalho Não pois a força magnética é sempre perpendicular à velocidade da carga Como o trabalho depende do produto F v que é zero a força magnética não realiza trabalho Ela apenas altera a direção da velocidade mas não a energia cinética 2 I r a Dentro do cilindro interno Assumindo que a corrente I é distribuída uniformemente a corrente anelar nesta Ic é proporcional à área Ic I πr²πa² Ir²a² B 2πr Mo I r²a² B Mo Ir 2πa² a B campo magnético Distância radial tilibra IV r c fora de ambos Ic I I 0 B 2πr Mo 0 B 0 B campo eletromagnético Distância radial 0 3a Para uma espira fechada percorrida por corrente I em um campo magnético uniforme B a força magnética resultante é zero A força total é F I d L B Como a integral vetorial d L sobre uma espira fechada é zero F 0 b A direção é dada pela regra da mão direita Como pela força a corrente flui no sentido horário M aponta para dentro e perpendicular ao plano da espira M N I A n c A espira gira porque as forças magnéticas nos lados oposto criam um torque τ M B que age para alinhar o momento de dipolo magnético M da espira com o campo B externo para que a espira continue girando e a corrente dessa nos mantida assim que ela se alinha naturalmente Isso significa o M é pivô que o toque continuo a empurrála na mesma direção d F I a B tilibra b m Θ força de alavanca total Tc I a B b m Θ A a b Tc IAB m Θ M IA Tc μ B m Θ F mag M x B Ya B μo I 2 R A corrente circular na direção horária Usando a regra da mão direita o polegar aponta para dentro Θ b A fórmula Bz 2 μo M 4 π r³ descreve o campo de um dipolo magnético em pontos distantes ao longo de seu eixo O termo r³ mostra a dependência característica do campo de um dipolo que decai com o cubo da distância 5a Materiais paramagnéticos como o alumínio possuem elétrons desem parelhados que atuam como pequenos dipolos magnéticos Quando um campo B é aplicado esses dipolos tendem a se alinhar paralelamente ao campo reforçando o elemento Por outro lado o diamagnetismo é um efeito muito fraco presente em todos os materiais Nestes matérias o campo B externo induz um momento de dipolo magnético que se alinha sempre de forma oposta ao campo enfraquecendo o elemento b Materiais ferromagnéticos como o ferro são caracterizados por uma inter ações de troca quântica que alinham espontaneamente os spins em domínios mag néticos macroscópicos resultando em uma magnetização muito forte e uma suscetibilidade pontual e grande Se aquecido acima da temperatura do Cu res a estrutura térmica muda seu alinhamento e eles perdem essa pro priedade tornandose paramagnético A curva de histarês descreve como a magnetização desses materiais reage a um campo aplicado Ela tem um formato de laço que mostra que o material retém uma magnetização remanescente mesmo após o campo externo ser removido c A Lei de Ampère B dl M0 I e não pode ser empregada para calcu lar o campo magnético em qualquer situação Ela não é aplicável em casos que possuem um alto grau de simetria e para correntes con tínuas Ela mais é prática em sistemas com baixa simetria e para cor rentes que variam no tempo e como correntes alternadas d A Lei de Gauss para o magnetismo afirma que o fluxo magnético ligado através de qualquer superfície gaussianas fechada é sempre igual a zero Φ mag B da 0 A principal implicação desta lei é a com petição de que monopolos magnéticos não existem Diferente do campo elétrico que pode se originar de cargas pontuais as linhas de campo magnético são sempre linhas fechadas o que significa que a unidade fun damental do magnetismo é o dipolo