Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Eletricidade e Magnetismo → Magnetismo e Eletromagnetismo ↓


Força magnética em cargas em movimento


Em física, o magnetismo e as forças electromagnéticas desempenham um papel importante na compreensão de como objetos e partículas se comportam em campos magnéticos. Um campo magnético é um campo de força criado por objetos magnéticos ou cargas elétricas em movimento, que exerce uma força sobre outros objetos magnéticos ou partículas carregadas. Quando falamos de "força magnética em cargas em movimento," estamos nos referindo ao efeito de um campo magnético sobre cargas elétricas em movimento dentro desse campo. Este conceito é fundamental na teoria eletromagnética e tem aplicações importantes em muitas áreas, como motores elétricos, geradores e até na forma como o nosso universo opera.

Compreendendo os campos magnéticos

Antes de entrar nos detalhes da força magnética em cargas em movimento, é importante entender o que é um campo magnético. Um campo magnético é um campo vetorial ao redor de substâncias magnéticas e correntes elétricas. Consiste em linhas de força invisíveis que se estendem do polo norte ao polo sul de um ímã. Estas linhas são chamadas de linhas de campo magnético.

NSLinhas de campo magnético

A densidade dessas linhas indica a força do campo magnético. Quanto mais próximas as linhas estiverem, mais forte será o campo magnético, e vice-versa. Um campo magnético exerce uma força sobre cargas em movimento através dele, e essa força depende da velocidade da carga, da força do campo e da própria carga.

Força de Lorentz

A força experimentada por uma carga em movimento em um campo magnético é descrita pela força de Lorentz. Inclui tanto forças elétricas quanto magnéticas, mas focaremos na componente magnética. Para uma carga q movendo-se com velocidade v em um campo magnético B, a força magnética F é dada por:

F = q(v × B)

Aqui estão os detalhes das condições:

  • F é a força magnética que atua sobre a carga.
  • q é a magnitude da carga.
  • v é a velocidade da carga.
  • B é o vetor do campo magnético.
  • × denota o produto vetorial, resultando em um vetor que é perpendicular a ambos v e B

A direção da força segue a regra da mão direita: se você apontar o dedo indicador direito na direção da velocidade v e seu dedo médio na direção do campo magnético B, seu polegar apontará na direção da força que a carga positiva experimenta.

VBF

Se a carga for negativa, a direção da força será oposta. Isto é importante para determinar a trajetória da partícula em um campo magnético.

Cálculo de exemplo

Para reforçar este conceito, consideremos alguns cálculos de exemplo com a equação da força magnética.

Exemplo 1: Carga positiva em um campo magnético uniforme

Suponha que você tenha uma carga positiva de 2 C movendo-se a uma velocidade de 3 m/s perpendicular a um campo magnético uniforme de 5 T. Qual é a força experimentada pela carga?

Uso da fórmula:

F = q(v × B)

Inserimos os valores:

F = 2 C × (3 m/s × 5 T) = 30 N

A força experimentada pela carga é de 30 N na direção perpendicular à velocidade e ao campo magnético.

Exemplo 2: Desvio de trajetória da carga negativa

Agora vejamos o que acontece com uma carga negativa. Considere uma carga de -1 C movendo-se a uma velocidade de 4 m/s em um campo magnético uniforme de 5 T. Qual é a força sobre esta carga?

Novamente, use a fórmula:

F = q(v × B)

A inserção dos valores fornece:

F = -1 C × (4 m/s × 5 T) = -20 N

O sinal negativo indica que a força está na direção oposta àquela de uma carga positiva. Esta inversão na direção afeta como a carga se move através do campo magnético.

Aplicações no movimento circular

Quando uma partícula carregada se move perpendicularmente a um campo magnético, ela realiza um movimento circular uniforme. Isso acontece porque a força magnética atua como uma força centrípeta, mudando constantemente a direção da partícula, resultando em um movimento circular.

Para uma carga q movendo-se com velocidade v em um campo magnético B, o raio r do círculo pode ser encontrado usando a fórmula para força centrípeta:

F = m(v²/r)

Substituindo a força magnética:

q(v × B) = m(v²/r)

Solução para r:

r = m(v/qB)

Assim, o raio da trajetória da partícula é determinado pela sua massa, velocidade, carga e a magnitude do campo magnético.

Aplicações no mundo real

Este princípio de força magnética em cargas em movimento é utilizado em uma variedade de tecnologias:

  • Motores elétricos: usam campos magnéticos para converter corrente elétrica em movimento rotacional.
  • Ciclotrons e sincrotrons: aceleram partículas carregadas a altas velocidades usando campos magnéticos.
  • Espectrômetros de massa: determinam a estrutura e abundância de diferentes isótopos medindo a razão carga-massa.

Compreender estes princípios ajuda cientistas e engenheiros a projetar e otimizar eficazmente estas aplicações.

Conclusão

Em resumo, a força magnética em cargas em movimento é um conceito chave na física, baseado em princípios eletromagnéticos fundamentais. Suas implicações profundas na física teórica e aplicada destacam a importância de dominar este assunto. A formulação matemática através da equação da força de Lorentz fornece um meio quantitativo de prever o comportamento das cargas em campos magnéticos. Desde a compreensão de como as partículas se movem, até aplicações práticas na tecnologia, este conceito fornece insights tanto para o mundo microscópico quanto macroscópico.


Grade 11 → 6.3.2


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (6.3.1)
Campos magnéticos e suas fontes
Próximo (6.3.3) →
Indução eletromagnética

Comentários 



Força magnética em cargas em movimento

https://www.physicsflow.com/g11/6.3.2?pfal=pt