Campo Magnético: Definição, Causas, Fórmula, Unidades e Medidas (c / Exemplos)

Os campos estão ao nosso redor. Seja o campo gravitacional causado pela massa da Terra ou os campos elétricos criados por partículas carregadas, como elétrons, existem campos invisíveis em todos os lugares, representando potenciais e forças invisíveis capazes de mover objetos com características.

Por exemplo, um campo elétrico em uma área significa que um objeto carregado pode ser desviado de seu caminho original quando entra na região, e o campo gravitacional devido à massa da Terra o mantém firmemente na superfície da Terra, a menos que você faça algum trabalho para superar seu influência.

Os campos magnéticos são a causa das forças magnéticas, e os objetos que exercem forças magnéticas sobre outros objetos o fazem criando um campo magnético. Os campos magnéticos podem ser detectados pela deflexão das agulhas da bússola que se alinham com as linhas de campo (o norte magnético da agulha apontando para o sul magnético). Se você está estudando eletricidade e magnetismo, aprender mais sobre campos magnéticos e a força magnética é uma etapa crucial em sua jornada.

Na física em geral, os campos são vetores com valores em cada região do espaço que indicam quão forte ou fraco um efeito é naquele ponto e a direção do efeito. Por exemplo, um objeto com massa, como o sol, cria um campo gravitacional, e outros objetos com massa entrando nesse campo são afetados por uma força como resultado. É assim que a atração gravitacional do Sol mantém a Terra em órbita ao seu redor.

Mais longe no sistema solar, como na faixa da órbita de Urano, a mesma força se aplica, mas a força é muito menor. É sempre direcionado diretamente para o sol; se você imaginar uma coleção de flechas ao redor do sol, todas apontando para ele, mas com comprimentos mais longos em distâncias próximas (força mais forte) e comprimentos menores em longas distâncias (força mais fraca), você basicamente imaginou o campo gravitacional no solar sistema.

Da mesma forma, objetos com carga criam campos elétricos e cargas em movimento geramCampos magnéticos, que pode dar origem a uma força magnética em um objeto carregado próximo ou outros materiais magnéticos.

Esses campos são um pouco mais complicados em termos de forma do que os campos gravitacionais, uma vez que possuem um circuito magnético linhas de campo que emergem do pólo positivo (ou pólo norte) e terminam no pólo negativo (ou pólo sul), mas preenchem a mesma base Função. Eles são como linhas de força, que informam como um objeto colocado em um local se comportará. Você pode visualizar isso claramente usando limalha de ferro, que se alinhará com o campo magnético externo.

Os campos magnéticos sãosempre​ ​campos de dipolo, portanto, não há monopólos magnéticos. Geralmente, os campos magnéticos são representados com a letraB, mas se um campo magnético passar por um material magnético, ele pode se polarizar e gerar seu próprio campo magnético. Este segundo campo contribui para o primeiro campo, e a combinação dos dois é referida pela letraH, Onde

com μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H / m (isto é, a permeabilidade magnética do espaço livre) e K_m sendo a permeabilidade relativa do material em questão.

A quantidade de campo magnético que passa por uma determinada área é chamada de fluxo magnético. A densidade do fluxo magnético está relacionada à intensidade do campo local. Uma vez que os campos magnéticos são sempre dipolares, o fluxo magnético líquido através de uma superfície fechada é 0. (Quaisquer linhas de campo que saiam da superfície, necessariamente entre novamente, cancelando.)

A unidade SI de força do campo magnético é o tesla (T), onde:

1 tesla = 1 T = 1 kg / A s² = 1 V s / m² = 1 N / A m

Outra unidade amplamente utilizada para a intensidade do campo magnético é o gauss (G), onde:

1 gauss = 1 G = 10⁻⁴ T

O tesla é uma unidade bastante grande, portanto, em muitas situações práticas, o gauss é uma escolha mais útil - por exemplo, um ímã de geladeira terá uma força de cerca de 100 G, enquanto o campo magnético da Terra na superfície da Terra é cerca de 0,5 G.

Eletricidade e magnetismo estão fundamentalmente interligados porque os campos magnéticos são gerados pelo movimento de carga (como correntes elétricas) ou campos elétricos variáveis, enquanto um campo magnético variável gera uma campo.

Em uma barra magnética ou um objeto magnético semelhante, o campo magnético resulta de vários "domínios" magnéticos tornando-se alinhados, que por sua vez são criados pelo movimento dos elétrons carregados em torno dos núcleos de seus átomos. Esses movimentos produzem pequenos campos magnéticos dentro de um domínio. Na maioria dos materiais, os domínios terão alinhamento aleatório e se cancelarão, mas em alguns materiais, os campos magnéticos em domínios vizinhos ficam alinhados, e isso produz uma escala maior magnetismo.

O campo magnético da Terra também é gerado pelo movimento de carga, mas, neste caso, é o movimento da camada derretida em torno do núcleo da Terra que cria o campo magnético. Isso é explicado porteoria do dínamo, que descreve como um fluido rotativo eletricamente carregado gera um campo magnético. O núcleo externo da Terra contém ferro líquido em constante movimento, com elétrons viajando através do líquido e gerando o campo magnético.

O sol também possui um campo magnético e a explicação de como isso funciona é muito semelhante. No entanto, as velocidades de rotação variáveis ​​de diferentes partes do sol (ou seja, o material semelhante a fluido em diferentes latitudes) leva às linhas de campo ficando emaranhado ao longo do tempo, bem como muitos fenômenos associados ao sol, como erupções solares e manchas solares, e os cerca de 11 anos solares ciclo. O sol tem dois pólos, assim como uma barra magnética, mas os movimentos do plasma solar e o aumento gradual da atividade solar fazem com que os pólos magnéticos girem a cada 11 anos.

Os campos magnéticos devido a diferentes arranjos de carga em movimento devem ser derivados individualmente, mas existem muitas fórmulas padrão que você pode usar para não ter que "reinventar a roda" a cada Tempo. Você pode derivar fórmulas para basicamente qualquer arranjo de carga em movimento usando a lei de Biot-Savart ou a lei de Ampère-Maxwell. No entanto, as fórmulas resultantes para arranjos simples de corrente elétrica são tão comumente usadas e citadas que você pode simplesmente trate-os como "fórmulas padrão" em vez de derivá-los da lei de Biot-Savart ou Ampere-Maxwell todas as vezes.

O campo magnético de uma corrente em linha reta é determinado pela lei de Ampère (uma forma mais simples da lei de Ampère-Maxwell) como:

Ondeμ​₀ é como definido anteriormente,eué a corrente em amperes eré a distância do fio que você está medindo o campo magnético.

O campo magnético no centro de um loop de corrente é dado por:

OndeRé o raio do loop e os outros símbolos são conforme definidos anteriormente.

Finalmente, o campo magnético de um solenóide é dado por:

OndeNé o número de voltas eeué o comprimento do solenóide. O campo magnético de um solenóide está amplamente concentrado no centro da bobina.

Aprender a usar essas equações (e outras semelhantes) é a principal coisa que você terá que fazer ao calcular um campo magnético ou a força magnética resultante, portanto, um exemplo de cada um ajudará você a lidar com os tipos de problemas que provavelmente encontro.

Para um fio longo e reto carregando uma corrente de 5 amperes, (ou seja, I = 5 A), qual é a intensidade do campo magnético a 0,5 m de distância do fio?

Usando a primeira equação com I = 5 A e r = 0,5 m dá:

Agora, para um loop de corrente carregando I = 10 A e com um raio de r = 0,2 m, qual é o campo magnético no centro do loop? A segunda equação dá:

Finalmente, para um solenóide com N = 15 voltas em um comprimento de L = 0,1 m, carregando uma corrente de 4 A, qual é a intensidade do campo magnético no centro?

A terceira equação dá:

Outros cálculos de campo magnético de exemplo podem funcionar de maneira um pouco diferente - por exemplo, informando o campo no centro de um solenóide e a corrente, mas pedindo a relação N / L - mas, desde que você esteja familiarizado com as equações, não terá problemas respondendo a eles.