Sumário
- Campo elétrico e magnético.
Carga elétrica
◼ Tem origem em cargas elétrica
◼ É uma propriedade fundamental das partículas que constituem a matéria.
◼ A unidade SI de carga elétrica é o coulomb (C)
◼ A carga do eletrão é −1,602 × 10
−19C
◼ A carga do protão é simétrica da carga do
eletrão e representa-se pela letra e: +e =
1,602 × 10
−19C
Experiência de Milikan
• Físico norte-americano
• Determinação da carga elétrica do eletrão (1909)
• Prémio Nobel da Física (1923)
Robert Millikan
Princípio da conservação da carga elétrica
◼ Quando eletrões se transferem de um corpo para outro, um perde eletrões e outro ganha-os, mas a soma algébrica de todas as cargas dos dois corpos é a mesma
◼ Este princípio é aplicado, por exemplo,
quando se acertam equações químicas
Notas
◼
A carga elétrica de um corpo, uma grandeza simbolizada por Q (ou q), resulta das cargas de todas as partículas que o formam. O seu módulo é sempre um múltiplo do módulo da carga elementar.
◼
É possível eletrizar os corpos transferindo eletrões para esse corpo (por exemplo, através da fricção.
|Q| = n e
n é um número inteiro
+
-
Um corpo eletrizado (ou carregado) interage com os corpos à sua volta, o que se manifesta pela presença de forças elétricas sobre esses outros corpos.
+
+
𝐹Ԧ𝐹Ԧ
Cargas de sinais iguais Cargas de sinais opostos
Força repulsiva Força atrativa
Q Q
q q
Uma carga elétrica Q cria um campo elétrico, o que se reconhece pela força elétrica que exerce sobre outras cargas à sua volta.
Campo elétrico
◼ Uma carga elétrica Q cria um campo elétrico à sua volta
◼ A unidade SI de campo elétrico é o volt por metro (V/m)
◼ A carga Q cria o campo elétrico – é a
fonte do campo – e a carga q sofre a ação
desse campo, ou seja, fica sujeita a uma
força elétrica.
Campo elétrico
-
Q > 0
+
Q < 0𝐸 𝐸
𝐸
𝐸 𝐸
𝐸
Direção de 𝑬: radial (a da linha que une o ponto à carga).
Sentido de 𝑬: aponta para a carga se Q < 0 e no sentido contrário se Q > 0.
Intensidade (módulo) de 𝑬:
• aumenta quando aumenta o módulo da carga que cria o campo.
• diminui quando aumenta a distância do ponto à carga.
Linhas de campo
Uma forma de representar um campo elétrico recorre às chamadas linhas de campo elétrico.
Estas linhas são imaginárias, mas dão-nos a noção da intensidade e da orientação do campo.
Q > 0 Q < 0
As linhas de campo nunca se cruzam.
Linhas de campo
Se houver mais do que uma carga pontual a criar um campo elétrico, este será a sobreposição dos campos produzidos por cada uma das cargas e as linhas de campo podem tomar formas diversas.
Cargas simétricas Cargas positivas Cargas negativas Nota: O vetor campo elétrico, 𝐸, é tangente às linhas de campo e a sua intensidade é tanto maior quanto maior for a densidade das linhas de campo.
Campo elétrico uniforme
O vetor 𝐸 é igual em intensidade, direção e sentido em todos os pontos de uma dada região.
+ + + + + + + + +
− − − − − − − − − − − − − −
𝐸 𝐸
𝐸
Um campo elétrico uniforme é representado por linhas de campo retilíneas, paralelas, com o mesmo sentido e igualmente espaçadas.
Força elétrica
Um campo 𝐸 será tanto mais intenso quanto maior for a força elétrica que atua sobre uma carga colocada no ponto.
+ -
q > 0
q < 0 𝐹Ԧ
𝐹Ԧ
A força exercida sobre a partícula
tem a direção e o sentido do campo elétrico.
Carga positiva
Carga negativa A força exercida sobre a
partícula
tem a direção do campo elétrico,
mas sentido oposto.
Exercício
1. Indique os sinais de cada uma das cargas responsáveis pela criação dos seguintes campos elétricos.
2. Ordene os pontos A, B e C por ordem crescente de intensidade do campo elétrico.
A C
B
Q5 Q6
𝑬𝐁 < 𝑬𝐀 < 𝑬𝐂
+ -
+ +
+
-
Campo magnético
Ímanes
◼ Os ímanes criam à sua volta um campo magnético
◼ Têm sempre um polo norte e um polo
sul
Campo magnético
◼ Os campos magnéticos detectam-se pela presença de forças, que actuam sobre corpos de prova, tais como a limalha de ferro ou agulhas magnéticas
◼ As forças magnéticas são mais intensas
junto dos polos dos ímanes
Campo magnético
◼ É uma grandeza vetorial, simbolizada por 𝐵 Ԧ.
◼ A unidade SI de campo magnético é o
tesla (símbolo T).
“Ver” o campo magnético…
Interação do íman sobre a limalha de ferro
Interação do íman sobre bússolas
A esta distribuição da limalha à volta do íman chama-se espetro magnético.
Representar o campo magnético…
(Linhas de campo)
• As linhas de campo magnético orientam-se do polo norte para o polo sul, fora do íman, e do polo sul para o polo norte, dentro do íman, formando linhas fechadas
• Tangente ao campo;
• Orientadas no mesmo sentido do campo magnético;
• A densidade aumenta à medida que a intensidade do campo aumenta.
Linhas de campo
Em cada ponto, o vetor 𝐵 é tangente à linha de campo e tem o sentido dessa linha, sendo mais intenso onde for maior a concentração das linhas (junto às pontas).
𝑩 𝑩
𝑩 𝑩
Íman em U
Num íman em «U» com ramos paralelos e compridos relativamente à distância que os separa, as linhas de campo entre os ramos serão aproximadamente paralelas e
equidistantes.
O campo magnético é uniforme nessa região.
𝐵
Campo magnético terrestre
A Terra possui um campo magnético pouco intenso, que é da ordem das dezenas de microteslas.
A forma do campo magnético terrestre assemelha-se à do campo que seria produzido por um hipotético íman em forma de barra.
Eixo de rotação Polo norte
magnético
Polo norte geográfico
Bússola e o campo magnético
• A bússola indica o polo norte magnético.
• A direção do eixo norte-sul magnético faz um ângulo de cerca de 11°
com a direção do eixo norte-sul geográfico, ou seja, com o eixo de rotação da Terra.
Experiência de Oersted
Um campo magnético é criado por magnetes (ímanes), mas pode também ser criado por correntes elétricas.
Oersted observou que a agulha de uma
bússola oscilava quando havia uma trovoada.
Mais tarde, verificou que a corrente elétrica num circuito, colocado perto de uma
bússola, fazia mover a sua agulha.
.
Hans Oersted
◼
Verificou que um fio condutor, quando percorrido por uma corrente elétrica, provocava pequenos desvios numa agulha magnética existente nas proximidades desse fio.
◼
Oersted concluiu que uma corrente elétrica produzia
um campo magnético
Hans Christian OerstedExperiência de Oersted
Oersted estabeleceu, pela primeira vez, uma ligação direta entre magnetismo e eletricidade.
O desvio da bússola só é explicado se estiver presente um campo magnético.
As agulhas das bússolas orientam-se segundo as linhas de campo magnético, nas proximidades de um condutor
percorrido por corrente elétrica.
Campo magnético criado por uma corrente elétrica
Campo magnético criado por um fio retilíneo longo percorrido por corrente elétrica:
I
I
o campo magnético 𝐵 num ponto será tanto mais intenso quanto maior for a corrente elétrica e quanto menor for a distância do ponto ao fio.
o campo magnético 𝐵 tem a mesma intensidade em pontos situados à mesma distância do fio (sobre a mesma linha de campo).
o sentido das linhas de campo é dado pela regra da mão direita.
as linhas de campo são circunferências em planos perpendiculares ao fio e centradas neste.
𝑩 𝐵
𝑩
Campo magnético criado por uma corrente elétrica
𝑩 𝑩
𝑩
Se o fio percorrido por corrente tiver a forma de anel, a que chamamos espira circular, as linhas de campo passam pelo interior da espira;
sobre o eixo da espira o campo magnético tem a direção do próprio eixo.
I
𝐵
Regra da mão direita
Classifique cada uma das seguintes afirmações em verdadeira ou falsa:
1. Um campo magnético só pode ser criado por ímanes.
2. Polos iguais de dois ímanes repelem-se.
3. Quando as linhas de campo magnético são paralelas estamos na presença de um campo magnético uniforme.
4. O campo magnético no interior de um solenoide é uniforme.
5. Oersted verificou que a passagem de uma corrente elétrica cria um campo magnético.
6. Na superfície da Terra, a bússola aponta para o polo norte geográfico.
Falsa. Também pode ser criado por correntes elétricas.
Verdadeira.
Falsa. Têm que ser paralelas e equidistantes.
Verdadeira.
Verdadeira.
Falsa. Aponta para o polo norte magnético que se encontra desviado 11˚ do polo norte geográfico.
Oersted observou que as correntes elétricas criavam campos magnéticos.
No século XIX, o inglês Michael Faraday, colocou a hipótese inversa: poderiam os campos magnéticos gerar correntes elétricas em circuitos?
Michael Faraday
Em 1831, cerca de dez anos após a descoberta de Oersted, Faraday confirmou experimentalmente a sua hipótese.
Michael Faraday
Fluxo magnético
1 o caso: Fluxo magnético nulo
2ºcaso: Fluxo magnético máximo
Num enrolamento de fio condutor, ou seja, numa bobina (sobreposição de várias espiras), o fluxo obtém-se multiplicando o número N de espiras pelo fluxo numa só espira:
φ
bobina= N φ
espiraφ
bobina= N B A cos α
Produção de corrente elétrica
Quando existe movimento relativo entre a bobina e o íman, o ponteiro do galvanómetro mexe-se, indicando a passagem de corrente elétrica.
Íman aproxima-se ou afasta-se da bobina
Bobina aproxima-se ou afasta-se do íman
