Uma descoberta surpreendente no início da física foi que eletricidade e magnetismo são dois lados do mesmo fenômeno: eletromagnetismo. Na verdade, os campos magnéticos são gerados por cargas elétricas em movimento ou mudanças no campo elétrico. Como tal, as forças magnéticas atuam, não apenas em qualquer coisa magnetizada, mas também em cargas móveis.
Definição de Força Magnética
A força magnética é a força em um objeto devido às interações com um campo magnético.
A unidade SI para força magnética é o newton (N) e a unidade SI para campo magnético é tesla (T).
Qualquer pessoa que segurou dois ímãs permanentes próximos um do outro notou a presença de uma força magnética. Se dois pólos sul magnéticos ou dois pólos norte magnéticos são aproximados um do outro, a força magnética é repulsiva e os ímãs se pressionam em direções opostas. Se pólos opostos são aproximados, é atraente.
Mas a origem fundamental do campo magnético é a carga em movimento. Em um nível microscópico, isso está acontecendo devido aos movimentos dos elétrons nos átomos de materiais magnetizados. Podemos entender as origens das forças magnéticas de forma mais explícita, então, entendendo como um campo magnético afeta uma carga em movimento.
Equação de força magnética
A lei de força de Lorentz relaciona o campo magnético à força sentida por uma carga ou corrente em movimento. Esta lei pode ser expressa como um produto vetorial vetorial:
\ negrito F = q \ negrito v \ times \ negrito B
por uma taxaqmovendo-se com velocidadevno campo magnéticoB.A magnitude do resultado simplifica paraF = qvBsin (θ)Ondeθé o ângulo entreveB. (Portanto, a força é máxima quandoveBsão perpendiculares e 0 quando são paralelos.)
Isso também pode ser escrito como:
para corrente elétricaeuem um fio de comprimentoeuem campoB.
Isto é porque:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ negrito v
Pontas
Se um campo elétrico também estiver presente, esta lei de força inclui o termoqEpara incluir a força elétrica também, ondeEé o campo elétrico.
A direção da força de Lorentz é determinada pelaregra da mão direita. Se você apontar o dedo indicador de sua mão direita na direção em que uma carga positiva está se movendo, e o dedo médio na direção do campo magnético, o polegar indica a direção do força. (Para uma carga negativa, a direção muda.)
Exemplos
Exemplo 1:Uma partícula alfa carregada positivamente viajando para a direita entra em um campo magnético uniforme de 0,083 T com suas linhas de campo magnético apontando para fora da tela. Como resultado, ele se move em um círculo. Qual é o raio e a direção de seu caminho circular se a velocidade da partícula é 2 × 105 em? (A massa de uma partícula alfa é 6,64424 × 10-27 kg, e contém dois prótons carregados positivamente.)
À medida que a partícula entra no campo, usando a regra da mão direita, podemos determinar que ela experimentará inicialmente uma força descendente. À medida que muda de direção no campo, a força magnética acaba apontando para o centro de uma órbita circular. Entãoseu movimento será no sentido horário.
Para objetos em movimento circular a velocidade constante, a força resultante é dada porFinternet = mv2/r.Definindo isso igual à força magnética, podemos então resolver parar:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ implica r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6,64424 \ times10 ^ {- 27}) (2 \ vezes 10 ^ 5)} {(2 \ vezes 1,602 \ vezes 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ texto {m}
Exemplo 2:Determine a força por unidade de comprimento em dois fios retos paralelos a uma distânciarà parte carregando correnteeu.
Uma vez que o campo e a corrente estão em ângulos retos, a força no fio condutor de corrente éF = ILB, então a força por unidade de comprimento seráF / L = IB.
O campo devido a um fio é dado por:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Portanto, a força por unidade de comprimento sentida por um fio devido ao outro é:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Observe que se a direção das correntes for a mesma, a regra da mão direita nos mostra que esta será uma força atrativa. Se as correntes forem anti-alinhadas, será repulsivo.