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Força Eletromagnética sobre um Condutor Retilíneo

4. Fontes do Campo Eletromagnético

5.1 Força Eletromagnética sobre um Condutor Retilíneo

Seja, por exemplo, um condutor retilíneo colocado entre os polos de um ímã em forma de ferradura, como mostra a figura 5.1.

Figura 5.1 – Sentido da força eletromagnética sobre o condutor

Quando este condutor for percorrido por corrente uma força é exercida sobre ele. Esta força não age na direção dos polos do ímã, mas na direção perpendicular às linhas do campo magnético, como mostra a figura 5.2. Se o sentido da corrente for invertido, a direção da força continua a mesma, mas há uma inversão no sentido da força exercida sobre o condutor.

A força age na direção perpendicular às linhas de campo.

Assim, um condutor percorrido por corrente elétrica submetido a um campo magnético sofre a ação de uma força eletromagnética. Se aumentarmos a intensidade da corrente I, aumentaremos a intensidade da força exercida

sobre o condutor. Da mesma forma, um campo magnético mais intenso (maior densidade B) provoca uma intensidade de força maior.

Também pode ser comprovado que se o comprimento ( ) ativo do condutor (atingido pelas linhas de campo) for maior, a intensidade da força sobre ele será maior.

A intensidade da força eletromagnética exercida sobre o condutor também depende do ângulo entre a direção da corrente e a direção do vetor densidade de campo magnético, como mostra a Figura 5.2.

Figura 5.2 - Força eletromagnética sobre um condutor retilíneo.

Quando o campo for perpendicular à direção da corrente, a força exercida sobre o condutor será máxima como mostra a figura 5.3 (a).

Figura 5.3 (a) – Campo perpendicular à direção da corrente

Quando o campo e a corrente tiverem a mesma direção a força sobre o condutor será nula como mostra a figura 5.3 (b).

Figura 5.3 (b) – Campo e corrente com mesmo sentido

Isso significa que a intensidade da força eletromagnética ⃗ exercida sobre o condutor é diretamente proporcional à densidade do campo magnético B que atinge o condutor, à intensidade de corrente elétrica que percorre o condutor, ao comprimento longitudinal do condutor atingido pelas linhas do campo e ao ângulo de incidência dessas linhas na superfície longitudinal do condutor.

Figura 5.3 ( c ) – Força magnética depende do ângulo de incidência do campo

magnético

A direção da força é sempre perpendicular à direção da corrente e também perpendicular à direção do campo magnético.

Portanto, considerando-se um condutor retilíneo de comprimento sob a ação de um campo magnético uniforme B, percorrido por uma corrente elétrica de intensidade Ι e sendo θ o ângulo entre B e a direção do condutor, o módulo do vetor força magnética que age sobre o condutor pode ser dado por:

onde:

I - corrente elétrica, [A];

- comprimento ativo do condutor sob efeito do campo magnético, [m]; B - densidade de campo magnético ou densidade de fluxo magnético [T];

 - ângulo entre as linhas de campo e a superfície longitudinal do condutor [graus ou radianos].

Observação: devemos lembrar que o comprimento não é necessariamente o

comprimento total do condutor, mas apenas a parte ativa, ou seja, o comprimento que está sob a ação do campo magnético uniforme.

A direção e o sentido da força que o condutor sofre, são determinados pela

Regra de Fleming.

A Regra de Fleming é usada para determinar a relação entre os sentidos da

Força Magnética, do Campo Magnético e da Corrente Elétrica, cujas direções são ortogonais (perpendiculares entre si), como mostra a figura 5.4. Para usarmos a Regra de Fleming devemos posicionar os dedos polegar, indicador e médio de tal forma que fiquem ortogonais entre si.

Quando um condutor percorrido por corrente é submetido a um campo magnético surge uma ação motriz devido à força magnética resultante. Por outro lado, quando um condutor em movimento é submetido a um campo magnético surge nesse condutor uma ação geradora devido à indução magnética (esse fenômeno será estudado posteriormente).

Ação Motriz – Regra da Mão Esquerda: quando resulta uma força:

 o dedo polegar indica o sentido da força magnética, ⃗ .

 o dedo indicador representa o sentido do vetor campo magnético, ⃗⃗ .  o dedo médio indica o sentido do corrente, I.

Ação Geradora – Regra da Mão Direita: quando resulta uma corrente gerada:

 o dedo polegar indica o sentido da força magnética, ⃗ .

 o dedo médio indica o sentido do corrente, I.

Observação: se quisermos analisar o comportamento de cargas elétricas em

particular (e não a corrente) devemos lembrar que as cargas elétricas negativas têm movimento real contrário ao sentido convencional para a corrente elétrica.

(a) Ação Motriz: mão esquerda (b) Ação Geradora: mão direita

Figura 5.4 – Regra de Fleming

5.1.1 Exercícios de Fixação

1. Um condutor retilíneo é percorrido por uma corrente elétrica de 5A e está com 20cm de seu comprimento longitudinal imerso em um campo magnético uniforme de 3T que o atinge fazendo um ângulo de 30°, como mostra a figura a seguir. Determine o vetor força eletromagnética resultante (módulo; direção e sentido).

2. Calcule a intensidade e determine a direção e o sentido do vetor força a que fica sujeito o condutor na figura abaixo (B=0,6T).

5.1.2 Exercícios Propostos

1. Um trecho reto MN de um fio condutor que é percorrido por uma corrente de intensidade I= 2A tem comprimento

igual a 0,50m e está situado na região de um campo magnético uniforme, sendo a indução ⃗⃗ de intensidade igual a 5.10-2 T., conforme indica figura a seguir. Determinar a força magnética sobre o trecho do condutor.

2. Calcule a força que age em um condutor de comprimento 50cm, conduzindo uma corrente de 6A no interior de um campo magnético de 1,2T. O condutor forma um ângulo de 45° em relação às linhas de força.

3. Um condutor reto de 10cm de comprimento, é percorrido por uma corrente de intensidade 4A, é colocado perpendicularmente a um campo magnético uniforme de intensidade igual a 5T. Determine a intensidade da força que o campo exerce no condutor.

4. Um condutor reto de comprimento 50cm, percorrido por uma corrente de intensidade 6A, é colocado em um campo magnético uniforme de intensidade 4T e que forma com o fio um ângulo igual a 60° . Determine as características da força magnética (intensidade, direção e sentido) da força que atua sobre o fio.

5. Um campo magnético uniforme e horizontal é capaz de impedir a queda de um fio condutor retilíneo de comprimento 0,2m e massa 5g, horizontal e perpendicular às linhas de indução, quando por ele passa uma corrente de 2,5A, conforme indica a figura a seguir.

Admitindo-se g= 10m/s2, determine:

a) a intensidade do vetor campo magnético;

b) o que ocorreria se o sentido de corrente que passa pelo fio condutor fosse invertido.

5.2 Força Eletromagnética sobre uma partícula carregada – Força de

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