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