Existem três tipos de forças magnéticas:
- Entre ímãs e outros ímãs
- Entre imãs e materiais ferromagnéticos
- Entre ímãs e cargas em movimento, que será estudado nesse capítulo
FORÇA SOBRE CARGAS ELÉTRICAS
Uma partícula carregada pode sofrer ação de um campo magnético desde que haja movimento relativo entre a carga e o campo. Essa força apenas desvia o corpo, é máxima quando a partícula de move perpendicularmente ao campo e nula quando a velocidade é paralela ao campo magnético. Fizemos a descrição experimental para determinar os fatores que influenciam nessa força magnética:
- a carga elétrica envolvida (q)
- o campo magnético atuante (B→)
- a velocidade dessa carga (v→)
- a direção dessa velocidade (θ)
Tudo isso pode ser sintetizado na seguinte equação:
F=q · v ·B · sen(θ)
Para encontrarmos a direção e o sentido da força, basta usarmos a regra da mão direta, como na figura abaixo.
Observação: Caso a carga seja negativa, basta que invertamos o sentido da força encontrada na regra da mão direita.
Atenção!
A força magnética é nula quando:
- a velocidade for paralela (ou anti-paralela) ao campo magnético: θ = 0 ou θ = π.
- a velocidade for nula.
- a partícula for neutra.
CICLOTRON
A força que atua sobre uma partícula carregada que se movimenta atua perpendicularmente tanto ao campo magnético como ao feixe de elétrons. Portanto, a força magnética age como uma força centrípeta.
Suponha que uma partícula carregada com carga q > 0 penetre com velocidade v perpendicular ao campo magnético uniforme uma região conforme a figura abaixo. Nesse caso, a partícula irá executar um movimento circular uniforme de raio R e período T.
Exemplo: É esse fenômeno utilizado em alguns aceleradores de partículas. As cargas elétrica são aceleradas por uma ddp, para então entrarem na região onde atua o campo magnético executarem sua trajetória circular.
MOVIMENTO HELICOIDAL
Suponha agora que a partícula carregada com carga q > 0 penetre com velocidade v inclinada de um ângulo 0 < θ < 90° ao campo magnético uniforme uma região conforme a figura abaixo. Nesse caso, a partícula irá executar um movimento circular uniforme de raio R e período T no plano xy além de um movimento uniforme na direção z.
No plano xy, temos que a velocidade vxy = v . senθ
Observação: O passo é a distância percorrida na direção zdepois de um período do MCU.
Curiosidade: As auroras ocorrem pela deflexão das partículas cósmicas no campo magnético terrestre.
FORÇA EM FIOS CONDUTORES
Cargas elétricas em movimento podem sofrer ação do campo magnético. O mesmo vale para um fluxo ordenado de cargas em movimento ou corrente elétrica. O módulo dessa força pode ser deduzido a partir da equação para uma única carga.
Força magnética em um fio
Observação: A direção e sentido da força são dados pela regra da mão direita. Basta usar a corrente elétrica no lugar da velocidade da carga.
Não há forças magnéticas se a corrente for paralela (ou anti-paralela) ao campo magnético: θ = 0 ou θ = π.
FORÇA ENTRE DOIS FIOS PARALELOS
O campo magnético que provoca força em um fio condutor pode ser originado a partir de outro fio. Portanto, fios com corrente elétrica se influenciam magneticamente.
Consideremos dois fios paralelos de comprimento L, a uma distância um do outro e cada um com uma corrente i1 e i2. A interação entre eles depende do sentido das correntes, mas o valor da força será o mesmo nos dois casos:
O campo magnético que o fio 2 faz no fio 1:
Esse campo interagirá com a corrente elétrica i1 causando a força
Pela terceira lei de Newton: a força que o fio 1 faz no fio 2 é de mesmo módulo, direção e sentido contrário.
