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Engenharia Agrícola e Ambiental ·
Física 2
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Disciplina: Física II – Eletromagnetismo Instrutor: Prof. Carlos Eduardo Souza - Cadu Sala: A2-15 (IF, andar 1P) Email: carloseduardosouza@id.uff.br cap. 33 - O campo magnético O campo magnético O campo magnético é uma grandeza física relacionada ao Magnetismo 2 Magnetismo: área da física relacionada ao estudo dos ímãs e suas propriedades https://escola.britannica.com.br/levels/fundamental/assembly/view/215093 O campo magnético O magnetismo tem muitas aplicações no nosso mundo contemporâneo. 3 A máquina de ressonância magnética produz a imagem dos órgãos em 3D. https://escola.britannica.com.br/levels/fundamental/assembly/view/215093 O campo magnético Historicamente, a origem do magnetismo data do período da Grécia antiga. 4 magnetita Thales de Mileto 600AC. Observou que a magnetita interagia com outras pedras de magnetita e com minerais de ferro. O campo magnético INSTITUTO DE FÍSICA Universidade Federal Fluminense Magnésia... O campo magnético Almirante Zheng He - 1405/1435 Os chineses já exploravam o magnetismo com a bússola antes mesmo dos anos 1000 … pronúncia: "djang rá" O campo magnético 8 O magnetismo é bem explicado através do uso do conceito de campo magnético. O conceito campo magnético se torna fundamentalmente importante quando se descobre que podemos construir dispositivos "sem ímãs", capazes de produzir "magnetismo". Isso abre portas para o desenvolvimento tecnológico… ● Maglev ● Ressonância Magnética 9 As questões que abordaremos O que é o magnetismo? Como são criados os campos magnéticos? Quais são as propriedades dos campos magnéticos? Como os campos magnéticos são utilizados? O campo magnético ? O campo magnético Objetivos: ● Reconhecer fenômenos magnéticos básicos ● Descrever o movimento de uma partícula carregada em um campo magnético ● Calcular o campo magnético produzido por correntes elétricas ● Calcular forças e torques sobre correntes ● Descrever propriedades magnéticas de materiais 10 O campo magnético Objetivos: ● Reconhecer fenômenos magnéticos básicos ● Descrever o movimento de uma partícula carregada em um campo magnético ● Calcular o campo magnético produzido por correntes elétricas ● Calcular forças e torques sobre correntes ● Descrever propriedades magnéticas de materiais 11 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 1 Experimento 2 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 3 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 4 O norte de uma bússola é atraído pelo pólo sul de um ímã Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 5 Ímãs sempre atraem minerais com ferro: ferromagnetismo independente do polo, o ímã sempre atrai o ferro... Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 5 Ímãs não interagem com alguns materiais: Paramagnetismo sem efeito... vidro, plástico... Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 6 A não ser pela polarização, um ímãs não interage com as cargas elétricas. sem efeito... Descobrindo o magnetismo 18 Observações ● pólos magnéticos* são diferentes de cargas elétricas ● Força magnética é de ação a distância ● Nem todos os materiais exibem comportamento magnético ● Materiais magnéticos são sempre atraídos por ímãs, independente do pólo. *região do ímã na qual o campo magnético é mais intenso. O campo magnético 19 Substâncias paramagnéticas: substâncias que apresentam dificuldade de imantação em presença de um campo B. - madeira, couro, óleo, vidro… Substâncias ferromagnéticas: substâncias que apresentam facilidade de imantação em presença de um campo B. - ferro, cobalto... Substâncias diamagnéticas: substâncias que apresentam imantação oposta em presença de um campo B. - cobre, ouro... O campo magnético 20 A descoberta do campo magnético Outro tipo de magnetismo?? Hans Christian Oersted, em 1819, durante uma aula experimental. O campo magnético O campo magnético As agulhas das bússolas posicionam-se tangencialmente ao círculo, com o pólo norte no mesmo sentido dos seus dedos. O polegar da mão direita aponta no sentido da corrente. 22 ● Toda corrente que flui cria um campo magnético em todos os pontos do espaço. ● Em cada ponto do espaço o campo é um vetor ● O campo magnético B exerce forças sobre os pólos magnéticos O campo magnético Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 23 Representando o campo magnético vetores linhas de campo sempre são fechadas! experimento O campo (magnético) produzido por um fio que conduz uma corrente é muito diferente do campo (elétrico) produzido por um fio carregado. Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 24 Representando o campo magnético As linhas de campo sempre são fechadas! linhas de campo campo vetorial 25 A força magnética no ímã O campo magnético 26 O magnetismo produzido por ímãs permanentes é igual ao magnetismo produzido por correntes? ? O campo magnético 27 O magnetismo produzido por ímãs permanentes é igual ao magnetismo produzido por correntes? ? O campo magnético Responderemos a essa pergunta com base na análise (mais detalhada) do movimento de cargas elétricas sujeitas a influência de campos magnéticos. 28 Consideremos uma carga positiva q se movendo em uma região com campo magnético... O campo magnético B v F = ? 29 Teste conceitual - 1 O campo magnético Uma partícula positiva de carga q se desloca com velocidade v em uma região onde o campo magnético é uniforme, conforme mostrado na figura. Desconsiderando a aceleração da gravidade, o movimento subsequente desta partícula é: A) MRU B) MRA C) Parabólico D) MCU 30 Teste conceitual - 1 (Resposta) O campo magnético Uma partícula positiva de carga q se desloca com velocidade v em uma região onde o campo magnético é uniforme, conforme mostrado na figura. Desconsiderando a aceleração da gravidade, o movimento subsequente desta partícula é: A) MRU B) MRA C) Parabólico D) MCU 31 Teste conceitual - 2 O campo magnético Uma partícula positiva de carga q e velocidade cte v entra na região de campo magnético, conforme ilustrado na figura. Como é o movimento da partícula após a entrada nesta região? A) Helicoidal B) MRA C) Parabólico D) MCU 32 Teste conceitual - 2 (Resposta) O campo magnético Uma partícula positiva de carga q e velocidade cte v entra na região de campo magnético, conforme ilustrado na figura. Como é o movimento da partícula após a entrada nesta região? A) Helicoidal B) MRA C) Parabólico D) MCU O campo magnético INSTITUTO DE FÍSICA Universidade Federal Fluminense Aula 2 34 O campo magnético Aula passada… Uma corrente elétrica gera campo magnético. i 35 O campo magnético Aula passada... Força magnética sobre uma partícula em movimento Historicamente: A fórmula exata da força magnética só apareceu no fim do séc. XIX 36 O campo magnético Aula passada... Força magnética sobre uma partícula em movimento Casos Particulares: 37 O campo magnético O espectrômetro de massa O que acontece com a partícula (positiva) depois que ela escapa do capacitor? 38 O campo magnético O espectrômetro de massa O que acontece com a partícula (positiva) depois que ela escapa do capacitor? 39 O campo magnético O espectrômetro de massa Análise de isóbaros e isótopos 40 O campo magnético O que acontece com os portadores de carga deste condutor achatado que conduz uma corrente i ? 41 O campo magnético O Efeito Hall Cargas de um condutor que conduz corrente elétrica também são defletidas lateralmente por um campo B. Considerando os portadores de carga (partículas móveis) como sendo partículas positivas 42 O campo magnético Duas possibilidades para os portadores 43 O campo magnético Duas possibilidades para os portadores Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 91 Na semana passada… Forças magnéticas e torques sobre espiras O torque é nulo quando o momento de dipolo magnético é paralelo (antiparalelo) ao campo magnético. Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 92 Propriedades magnéticas da matéria Da onde vem o magnetismo? 93 Propriedades magnéticas da matéria Da onde vem o magnetismo? 94 Propriedades magnéticas da matéria A amostra não possui momento magnético resultante. Da onde vem o magnetismo? 95 A amostra possui momento magnético resultante e, consequentemente, pólos Norte e Sul. Propriedades magnéticas da matéria N S Da onde vem o magnetismo? Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 96 Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 97 Propriedades magnéticas da matéria Dipolos magnéticos induzidos Por que ímãs atraem objetos ferromagnéticos? Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 98 Propriedades magnéticas da matéria Por que ímãs atraem objetos ferromagnéticos? ● elétrons do material têm spin: momento de dipolo magnético ● um material ferromagnético (com spins alinhados) está estruturado em domínios magnéticos ● Os domínios individuais se alinham com o campo magnético externo, o que produz um dipolo magnético induzido na substância.
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Disciplina: Física II – Eletromagnetismo Instrutor: Prof. Carlos Eduardo Souza - Cadu Sala: A2-15 (IF, andar 1P) Email: carloseduardosouza@id.uff.br cap. 33 - O campo magnético O campo magnético O campo magnético é uma grandeza física relacionada ao Magnetismo 2 Magnetismo: área da física relacionada ao estudo dos ímãs e suas propriedades https://escola.britannica.com.br/levels/fundamental/assembly/view/215093 O campo magnético O magnetismo tem muitas aplicações no nosso mundo contemporâneo. 3 A máquina de ressonância magnética produz a imagem dos órgãos em 3D. https://escola.britannica.com.br/levels/fundamental/assembly/view/215093 O campo magnético Historicamente, a origem do magnetismo data do período da Grécia antiga. 4 magnetita Thales de Mileto 600AC. Observou que a magnetita interagia com outras pedras de magnetita e com minerais de ferro. O campo magnético INSTITUTO DE FÍSICA Universidade Federal Fluminense Magnésia... O campo magnético Almirante Zheng He - 1405/1435 Os chineses já exploravam o magnetismo com a bússola antes mesmo dos anos 1000 … pronúncia: "djang rá" O campo magnético 8 O magnetismo é bem explicado através do uso do conceito de campo magnético. O conceito campo magnético se torna fundamentalmente importante quando se descobre que podemos construir dispositivos "sem ímãs", capazes de produzir "magnetismo". Isso abre portas para o desenvolvimento tecnológico… ● Maglev ● Ressonância Magnética 9 As questões que abordaremos O que é o magnetismo? Como são criados os campos magnéticos? Quais são as propriedades dos campos magnéticos? Como os campos magnéticos são utilizados? O campo magnético ? O campo magnético Objetivos: ● Reconhecer fenômenos magnéticos básicos ● Descrever o movimento de uma partícula carregada em um campo magnético ● Calcular o campo magnético produzido por correntes elétricas ● Calcular forças e torques sobre correntes ● Descrever propriedades magnéticas de materiais 10 O campo magnético Objetivos: ● Reconhecer fenômenos magnéticos básicos ● Descrever o movimento de uma partícula carregada em um campo magnético ● Calcular o campo magnético produzido por correntes elétricas ● Calcular forças e torques sobre correntes ● Descrever propriedades magnéticas de materiais 11 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 1 Experimento 2 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 3 Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 4 O norte de uma bússola é atraído pelo pólo sul de um ímã Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 5 Ímãs sempre atraem minerais com ferro: ferromagnetismo independente do polo, o ímã sempre atrai o ferro... Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 5 Ímãs não interagem com alguns materiais: Paramagnetismo sem efeito... vidro, plástico... Ímãs e magnetismo: observações experimentais O campo magnético Experimento 6 A não ser pela polarização, um ímãs não interage com as cargas elétricas. sem efeito... Descobrindo o magnetismo 18 Observações ● pólos magnéticos* são diferentes de cargas elétricas ● Força magnética é de ação a distância ● Nem todos os materiais exibem comportamento magnético ● Materiais magnéticos são sempre atraídos por ímãs, independente do pólo. *região do ímã na qual o campo magnético é mais intenso. O campo magnético 19 Substâncias paramagnéticas: substâncias que apresentam dificuldade de imantação em presença de um campo B. - madeira, couro, óleo, vidro… Substâncias ferromagnéticas: substâncias que apresentam facilidade de imantação em presença de um campo B. - ferro, cobalto... Substâncias diamagnéticas: substâncias que apresentam imantação oposta em presença de um campo B. - cobre, ouro... O campo magnético 20 A descoberta do campo magnético Outro tipo de magnetismo?? Hans Christian Oersted, em 1819, durante uma aula experimental. O campo magnético O campo magnético As agulhas das bússolas posicionam-se tangencialmente ao círculo, com o pólo norte no mesmo sentido dos seus dedos. O polegar da mão direita aponta no sentido da corrente. 22 ● Toda corrente que flui cria um campo magnético em todos os pontos do espaço. ● Em cada ponto do espaço o campo é um vetor ● O campo magnético B exerce forças sobre os pólos magnéticos O campo magnético Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 23 Representando o campo magnético vetores linhas de campo sempre são fechadas! experimento O campo (magnético) produzido por um fio que conduz uma corrente é muito diferente do campo (elétrico) produzido por um fio carregado. Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 24 Representando o campo magnético As linhas de campo sempre são fechadas! linhas de campo campo vetorial 25 A força magnética no ímã O campo magnético 26 O magnetismo produzido por ímãs permanentes é igual ao magnetismo produzido por correntes? ? O campo magnético 27 O magnetismo produzido por ímãs permanentes é igual ao magnetismo produzido por correntes? ? O campo magnético Responderemos a essa pergunta com base na análise (mais detalhada) do movimento de cargas elétricas sujeitas a influência de campos magnéticos. 28 Consideremos uma carga positiva q se movendo em uma região com campo magnético... O campo magnético B v F = ? 29 Teste conceitual - 1 O campo magnético Uma partícula positiva de carga q se desloca com velocidade v em uma região onde o campo magnético é uniforme, conforme mostrado na figura. Desconsiderando a aceleração da gravidade, o movimento subsequente desta partícula é: A) MRU B) MRA C) Parabólico D) MCU 30 Teste conceitual - 1 (Resposta) O campo magnético Uma partícula positiva de carga q se desloca com velocidade v em uma região onde o campo magnético é uniforme, conforme mostrado na figura. Desconsiderando a aceleração da gravidade, o movimento subsequente desta partícula é: A) MRU B) MRA C) Parabólico D) MCU 31 Teste conceitual - 2 O campo magnético Uma partícula positiva de carga q e velocidade cte v entra na região de campo magnético, conforme ilustrado na figura. Como é o movimento da partícula após a entrada nesta região? A) Helicoidal B) MRA C) Parabólico D) MCU 32 Teste conceitual - 2 (Resposta) O campo magnético Uma partícula positiva de carga q e velocidade cte v entra na região de campo magnético, conforme ilustrado na figura. Como é o movimento da partícula após a entrada nesta região? A) Helicoidal B) MRA C) Parabólico D) MCU O campo magnético INSTITUTO DE FÍSICA Universidade Federal Fluminense Aula 2 34 O campo magnético Aula passada… Uma corrente elétrica gera campo magnético. i 35 O campo magnético Aula passada... Força magnética sobre uma partícula em movimento Historicamente: A fórmula exata da força magnética só apareceu no fim do séc. XIX 36 O campo magnético Aula passada... Força magnética sobre uma partícula em movimento Casos Particulares: 37 O campo magnético O espectrômetro de massa O que acontece com a partícula (positiva) depois que ela escapa do capacitor? 38 O campo magnético O espectrômetro de massa O que acontece com a partícula (positiva) depois que ela escapa do capacitor? 39 O campo magnético O espectrômetro de massa Análise de isóbaros e isótopos 40 O campo magnético O que acontece com os portadores de carga deste condutor achatado que conduz uma corrente i ? 41 O campo magnético O Efeito Hall Cargas de um condutor que conduz corrente elétrica também são defletidas lateralmente por um campo B. Considerando os portadores de carga (partículas móveis) como sendo partículas positivas 42 O campo magnético Duas possibilidades para os portadores 43 O campo magnético Duas possibilidades para os portadores Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 91 Na semana passada… Forças magnéticas e torques sobre espiras O torque é nulo quando o momento de dipolo magnético é paralelo (antiparalelo) ao campo magnético. Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 92 Propriedades magnéticas da matéria Da onde vem o magnetismo? 93 Propriedades magnéticas da matéria Da onde vem o magnetismo? 94 Propriedades magnéticas da matéria A amostra não possui momento magnético resultante. Da onde vem o magnetismo? 95 A amostra possui momento magnético resultante e, consequentemente, pólos Norte e Sul. Propriedades magnéticas da matéria N S Da onde vem o magnetismo? Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 96 Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 97 Propriedades magnéticas da matéria Dipolos magnéticos induzidos Por que ímãs atraem objetos ferromagnéticos? Disciplina: Física II – Eletromagnetismo 98 Propriedades magnéticas da matéria Por que ímãs atraem objetos ferromagnéticos? ● elétrons do material têm spin: momento de dipolo magnético ● um material ferromagnético (com spins alinhados) está estruturado em domínios magnéticos ● Os domínios individuais se alinham com o campo magnético externo, o que produz um dipolo magnético induzido na substância.