12: Fontes de campos magnéticos
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Neste capítulo, examinamos como os campos magnéticos são criados por distribuições arbitrárias de corrente elétrica, usando a lei de Biot-Savart. Em seguida, observamos como os fios transportadores de corrente criam campos magnéticos e deduzimos as forças que surgem entre dois fios transportadores de corrente devido a esses campos magnéticos. Também estudamos os torques produzidos pelos campos magnéticos dos ciclos de corrente. Em seguida, generalizamos esses resultados para uma importante lei do eletromagnetismo, chamada lei de Ampère.
- 12.1: Prelúdio às fontes de campos magnéticos
- No capítulo anterior, vimos que uma partícula carregada em movimento produz um campo magnético. Essa conexão entre eletricidade e magnetismo é explorada em dispositivos eletromagnéticos, como um disco rígido de computador. Na verdade, é o princípio subjacente à maior parte da tecnologia na sociedade moderna, incluindo telefones, televisão, computadores e internet.
- 12.2: A Lei Biot-Savart
- Vimos que a massa produz um campo gravitacional e também interage com esse campo. A carga produz um campo elétrico e também interage com esse campo. Como a carga móvel (ou seja, a corrente) interage com um campo magnético, podemos esperar que ela também crie esse campo — e o faz.
- 12.3: Campo magnético devido a um fio reto fino
- Como a forma dos fios que transportam corrente afeta a forma do campo magnético criado? Sabemos que um circuito de corrente criou um campo magnético semelhante ao de uma barra magnética, mas o que dizer de um fio reto? Podemos usar a lei Biot-Savart para responder a todas essas perguntas, incluindo determinar o campo magnético de um fio longo e reto.
- 12.4: Força magnética entre duas correntes paralelas
- Você pode esperar que dois fios transportadores de corrente gerem forças significativas entre eles, já que correntes comuns produzem campos magnéticos e esses campos exercem forças significativas sobre correntes comuns. Mas você pode não esperar que a força entre os fios seja usada para definir o ampere. Também pode surpreendê-lo saber que essa força tem algo a ver com o motivo pelo qual disjuntores grandes queimam quando tentam interromper grandes correntes.
- 12.5: Campo magnético de um circuito de corrente
- Podemos usar a lei de Biot-Savart para encontrar o campo magnético devido a uma corrente. Primeiro, consideramos segmentos arbitrários em lados opostos do loop para mostrar qualitativamente pelos resultados vetoriais que a direção do campo magnético líquido está ao longo do eixo central do loop. A partir daí, podemos usar a lei de Biot-Savart para derivar a expressão do campo magnético.
- 12.6: Lei de Ampère
- Uma propriedade fundamental de um campo magnético estático é que, diferentemente de um campo eletrostático, ele não é conservador. Um campo conservador é aquele que faz a mesma quantidade de trabalho em uma partícula que se move entre dois pontos diferentes, independentemente do caminho escolhido. Os campos magnéticos não têm essa propriedade. Em vez disso, existe uma relação entre o campo magnético e sua fonte, a corrente elétrica. É expresso em termos da integral de linha B e é conhecido como lei de Ampère.
- 12.7: Solenóides e toroides
- Dois dos dispositivos eletromagnéticos mais comuns e úteis são chamados de solenóides e toróides. De uma forma ou de outra, eles fazem parte de vários instrumentos, grandes e pequenos. Nesta seção, examinamos o campo magnético típico desses dispositivos.
- 12.8: Magnetismo na Matéria
- Por que certos materiais são magnéticos e outros não? E por que certas substâncias são magnetizadas por um campo, enquanto outras não são afetadas? Para responder a essas perguntas, precisamos entender o magnetismo em um nível microscópico. Dentro de um átomo, cada elétron viaja em uma órbita e gira em um eixo interno. Ambos os tipos de movimento produzem ciclos de corrente e, portanto, dipolos magnéticos. Para um átomo específico, o momento de dipolo magnético líquido é a soma vetorial dos momentos de dipolo magnético.