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Campo Magnético
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''''''Imãs e magnetos''''''
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Um imã é definido com um objeto capaz de provocar um campo magnético à sua volta e pode ser natural ou artificial.
 
Um imã natural é feito de minerais com substâncias magnéticas, como por exemplo, a magnetita, e um imã artificial são feitos de um material sem propriedades magnéticas,mas que pode adquirir permanente ou instantaneamente características de um imã natural
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Os imãs artificiais também são subdivididos em: permanentes, temporais ou eletroímãs.
 
• Um imã permanente é feito de material capaz de manter as propriedades magnéticas mesmo após cessar o processo de imantação, estes materiais são chamados ferromagnéticos.
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• Um imã temporal tem propriedades magnéticas apenas enquanto se encontra sob ação de outro campo magnético, os materiais que possibilitam este tipo de processo são chamados paramagnéticos.
 
• Um eletroímã é um dispositivo composto de um condutor por onde circula corrente elétrica e um núcleo, normalmente de ferro. Suas características dependem da passagem de corrente pelo condutor; ao cessar a passagem de corrente cessa também a existência do campo magnético.
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Propriedades dos Imãs
'''Pólos magnéticos''' São as regiões onde se intensificam as ações magnéticas. Um imã é composto por dois pólos magnéticos, norte e sul, normalmente localizados em suas extremidades, exceto quando estas não existirem, como em um imã em forma de disco, por exemplo. Por esta razão são chamados '''dipolos magnéticos'''.
Para que sejam determinados estes pólos, se deve suspender o imã pelo centro de massa e ele se alinhará aproximadamente ao pólo norte e sul geográfico recebendo nomenclatura equivalente. Desta forma, o pólo norte magnético deve apontar para o pólo norte geográfico e o pólo sul magnético para o pólo sul geográfico.
'''Atração e repulsão''' Ao manusear dois imãs percebemos claramente que existem duas formas de colocá-los para que estes sejam repelidos e duas formas para que sejam atraídos. Isto se deve ao fato de que pólos com mesmo nome se repelem, mas pólos com nomes diferentes se atraem.
Esta propriedade nos leva a concluir que os pólos norte e sul geográficos não coincidem com os pólos norte e sul magnéticos. Na verdade eles se encontram em pontos praticamente opostos
Inclinação dos eixos magnéticos em relação aos eixos geográficos é de aproximadamente 191°, fazendo com os seus pólos sejam praticamente invertidos em relação aos pólos geográficos.
'''Interação entre pólos''' Dois pólos se atraem ou se repelem, dependendo de suas características, à razão inversa do quadrado da distância entre eles. Ou seja, se uma força de interação F é estabelecida a uma distância d, ao dobrarmos esta distância a força observada será igual a uma quarta parte da anterior F/4. E assim sucessivamente.
Inseparabilidade dos pólos de um imã
Esta propriedade diz que é impossível separar os pólos magnéticos de um imã, já que toda vez que este for dividido serão obtidos novos pólos, então se diz que qualquer novo pedaço continuará sendo um dipolo magnético.
'''Campo Magnético''' É a região próxima a um imã que influencia outros imãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro.
Compare campo magnético com campo gravitacional ou campo elétrico e verá que todos estes têm as características equivalentes.
Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por . Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o pólo norte magnético da agulha.
Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. Estas são orientadas do pólo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor tangencia estas linhas.
As linhas de indução existem também no interior do imã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do pólo sul ao pólo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.
'''Campo Magnético Uniforme''' De maneira análoga ao campo elétrico uniforme, é definido como o campo ou parte dele onde o vetor indução magnética é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido. Assim sua representação por meio de linha de indução é feita por linhas paralelas e igualmente espaçadas.
A parte interna dos imãs em forma de U aproxima um campo magnético uniforme.
'''Efeitos de um campo magnético sobre carga'''
Como os elétrons e prótons possuem características magnéticas, ao serem expostos a campos magnéticos, interagem com este, sendo submetidos a uma força magnética .
Supondo:
• Campos magnéticos estacionários, ou seja, que o vetor campo magnético em cada ponto não varia com o tempo;
• Partículas com uma velocidade inicial no momento da interação;
• E que o vetor campo magnético no referencial adotado é ;
Podemos estabelecer pelo menos três resultados:
Carga elétrica em repouso
"Um campo magnético estacionário não interage com cargas em repouso."
Tendo um imã posto sobre um referencial arbitrário R, se uma partícula com carga q for abandonada em sua vizinhança com velocidade nula não será observado o surgimento de força magnética sobre esta partícula, sendo ela positiva, negativa ou neutra.
'''Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campo'''"Um campo magnético estacionário não interage com cargas que tem velocidade não nula na mesma direção do campo magnético."
Sempre que uma carga se movimenta na mesma direção do campo magnético, sendo no seu sentido ou contrário, não há aparecimento de força eletromagnética que atue sobre ela. Um exemplo deste movimento é uma carga que se movimenta entre os pólos de um imã. A validade desta afirmação é assegurada independentemente do sinal da carga estudadas.
'''
Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico'''
Quando uma carga é abandonada nas proximidades de um campo magnético estacionário com velocidade em direção diferente do campo, este interage com ela. Então esta força será dada pelo produto entre os dois vetores, e e resultará em um terceiro vetor perpendicular a ambos, este é chamado um produto vetorial e é uma operação vetorial que não é vista no ensino médio.
Mas podemos dividir este estudo para um caso peculiar onde a carga se move em direção perpendicular ao campo, e outro onde a direção do movimento é qualquer, exceto igual a do campo.
• '''Carga com movimento perpendicular ao campo''' Experimentalmente pode-se observar que se aproximarmos um imã de cargas elétricas com movimento perpendicular ao campo magnético, este movimento será desviado de forma perpendicular ao campo e à velocidade, ou seja, para cima ou para baixo. Este será o sentido do vetor força magnética.
A intensidade de será dada pelo produto vetorial , que para o caso particular onde e são perpendiculares é calculado por:
A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina , em homenagem ao físico iugoslavo Nikola Tesla.
Consequentemente a força será calculada por:
'''Medida em Newton (N)''' • Carga movimentando-se com direção arbitrária em relação ao campo
Como citado anteriormente, o caso onde a carga tem movimento perpendicular ao campo é apenas uma peculiaridade de interação entre carga e campo magnético. Para os demais casos a direção do vetor será perpendicular ao vetor campo magnético e ao vetor velocidade .
Para o cálculo da intensidade do campo magnético se considera apenas o componente da velocidade perpendicular ao campo, ou seja, , sendo o ângulo formado entre e então substituindo v por sua componente perpendicular teremos:
Aplicando esta lei para os demais casos que vimos anteriormente, veremos que:
• Se v = 0, então F = 0
• Se = 0° ou 180°, então sen. = 0, portanto F = 0
• Se = 90°, então sen. = 1, portanto .
'''Regra da mão direita''' Um método usado para se determinar o sentido do vetor é a chamada regra da mão direita espalmada. Com a mão aberta, se aponta o polegar no sentido do vetor velocidade e os demais dedos na direção do vetor campo magnéticos.
Para cargas positivas, vetor terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai da palma da mão.
Para cargas negativas, vetor terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai do dorso da mão, isto é, o vetor que entra na palma da mão.
'''Efeito Hall''' Em 1879, durante experiências feitas para se medir diretamente o sinal dos portadores de carga em um condutor Edwin H. Hall percebeu um fenômeno peculiar.
Na época já se sabia que quando o fio percorrido por corrente elétrica era exposto a um campo magnético as cargas presentes neste condutor eram submetidos a uma força que fazia com que seu movimento fosse alterado.
No entanto, o que Edwin Hall descreveu foi o surgimento de regiões com carga negativa e outras com carga positiva no condutor, criando um campo magnético perpendicular ao campo gerado pela corrente principal.
Em sua homenagem este efeito ficou conhecido como Efeito Hall.