Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Momento de dipolo magnético


Momento de dipolo magnético é um conceito essencial que nos ajuda a entender as propriedades fundamentais dos ímãs e suas interações com os campos magnéticos. É uma quantidade vetorial que representa a força e a direção de uma fonte magnética. Este conceito é importante tanto no eletromagnetismo clássico quanto na física quântica. Nesta lição, discutiremos em profundidade o que é o momento de dipolo magnético, como ele funciona e quais são suas implicações na física.

O que é um dipolo magnético?

Para entender o momento de dipolo magnético, é primeiramente importante entender o que é um dipolo magnético. Um dipolo magnético é uma entidade magnética que possui um polo norte e um polo sul, semelhante a um ímã de barra ou à Terra. Quando colocados em um campo magnético, esses dipolos se alinham com o campo.

Imagine um pequeno ímã de barra. Ele tem um polo norte e um polo sul, e se for permitido girar livremente, ele se alinhará com o campo magnético externo de tal forma que seu polo norte apontará na direção do campo. Este comportamento é a base do dipolo magnético.

Momento de dipolo magnético: uma definição

O momento de dipolo magnético (frequentemente denotado como μ ou μ) é uma quantidade vetorial que expressa a magnitude e a direção da força de um dipolo magnético. Na física, o momento de dipolo é definido como:

μ = I * A

Onde:

  • I é a corrente fluindo em um loop.
  • A é o vetor área do loop.

A direção do momento de dipolo magnético é perpendicular ao plano do loop, e a magnitude depende do produto da corrente e da área do loop.

Exemplo: Loop de corrente como um dipolo magnético

Um exemplo comum de dipolo magnético é um loop de fio transportando uma corrente elétrica. Considere um loop circular de fio de raio r através do qual a corrente I flui. O momento de dipolo magnético associado a este loop de corrente é dado por:

μ = I * π * r²
μ I

O diagrama acima mostra um loop circular com corrente. A seta indica a direção do momento de dipolo magnético, que é perpendicular ao plano do loop.

Base teórica

No campo da física atômica e molecular, o momento de dipolo magnético desempenha um papel importante. Elétrons orbitando o núcleo ou girando em torno de seu eixo são exemplos de dipolos atômicos e moleculares naturais. Esses comportamentos criam minúsculos campos magnéticos que podem afetar significativamente as propriedades magnéticas no nível macroscópico.

Spin do elétron e momento angular orbital

Os elétrons têm uma propriedade chamada "spin", que produz um momento de dipolo magnético. Além disso, elétrons girando em suas orbitais atômicas criam um momento magnético devido ao seu momento angular orbital. O momento magnético devido ao momento orbital do elétron é dado por:

μ_l = − (e/2m) * L

onde L é o vetor momento angular orbital do elétron, e é a carga, e m é a massa do elétron.

Acoplamento de dipolos magnéticos

Nos materiais, dipolos atômicos e moleculares tendem a se alinhar em resposta a um campo magnético externo. Este alinhamento é devido a interações dipolo-dipolo, que contribuem para o momento de dipolo magnético líquido do material. Um tipo de magnetismo, o ferromagnetismo, exibido por alguns materiais como o ferro, é devido ao alinhamento de spins: um resultado direto dessas interações.

Momento de dipolo magnético em sistemas macroscópicos

Em sistemas maiores, como solenóides ou ímãs de barra, que contêm muitos loops de corrente elétrica ou momentos atômicos combinados, o momento de dipolo magnético torna-se o valor cumulativo de todos os momentos individuais.

Exemplo: Ímã de barra

Considere um ímã de barra, que é semelhante aos ímãs encontrados em um laboratório básico de física. Ele possui um polo norte e um polo sul. O momento de dipolo magnético M de um ímã de barra pode ser descrito da seguinte forma:

M = m * d

Onde m é a força do polo e d é a distância de separação entre os polos. A direção de M é do sul para o norte, que está confinado dentro do ímã.

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Momento de dipolo magnético e campo magnético

A interação entre um dipolo magnético e um campo magnético forma a base de muitas tecnologias, desde motores elétricos até soluções de armazenamento de dados. Quando um dipolo magnético é colocado em um campo magnético uniforme B, ele experimenta um torque τ que tende a alinhá-lo com o campo:

τ = μ × B

Esta interação é a base do funcionamento da bússola e desempenha um papel importante em maquinarias eletromagnéticas.

Além disso, dipolos magnéticos são valiosos em técnicas de imagem médica como ressonância magnética (MRI), onde são medidos e manipulados para criar imagens internas detalhadas do corpo humano.

Exemplos: agulha de bússola

A agulha da bússola se alinha naturalmente com o campo magnético da Terra porque a própria agulha é um dipolo magnético. O torque gerado pelo campo magnético da Terra alinha a agulha de tal forma que o polo norte aponta para o Polo Norte geográfico.

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Conclusão

O conceito de momento de dipolo magnético é integral para entender o comportamento de materiais e dispositivos magnéticos na física. Ele conecta o mundo quântico microscópico aos fenômenos magnéticos macroscópicos, fornecendo uma ponte entre interações em nível atômico e aplicações eletromagnéticas em grande escala. Do comportamento dos elétrons a tecnologias modernas complexas, o momento de dipolo magnético é um alicerce da relação intrincada entre eletricidade e magnetismo.


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Momento de dipolo magnético

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