Descreva a força exercida por um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente. (Resp. Slide 17 do pdf da aula de Força Magnética)
Passo 1
Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Ela quer que a gente descreva como uma força é exercida por um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente. O conteúdo envolvido aqui é a força magnética e o campo magnético em circuitos elétricos. Para resolver isso, vamos precisar saber sobre a Lei de Lorentz, que explica como campos magnéticos interagem com correntes elétricas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é uma espira. Uma espira é basicamente um fio condutor dobrado em forma de círculo ou laço. Quando uma corrente elétrica passa por essa espira, ela cria um campo magnético ao seu redor. Esse campo é importante para entender como a força magnética atua na espira.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre o campo magnético. Um campo magnético é uma região ao redor de um ímã ou de uma corrente elétrica onde forças magnéticas podem ser sentidas. Ele é representado por linhas de campo que indicam a direção e a intensidade do campo. A direção do campo magnético é importante para determinar como a força vai atuar na espira.
Passo 4
Para calcular a força exercida pelo campo magnético em uma parte da espira, usamos a Lei de Lorentz. A fórmula da força magnética (
) sobre um segmento de fio com corrente (
) é dada por:
Aqui,
é um vetor que representa o comprimento e a direção do segmento de fio, e
é o campo magnético.
Passo 5
Como a espira é um laço fechado, a força magnética atua em diferentes direções em cada segmento do fio. Isso faz com que as forças se anulem em partes opostas, mas criem um torque que tenta girar a espira. Esse torque é importante em dispositivos como motores elétricos, onde queremos converter energia elétrica em movimento mecânico.
Passo 6
O torque (
) na espira pode ser calculado pela fórmula:
Onde:
-
é o número de espiras, -
é a corrente, -
é a área da espira, -
é a intensidade do campo magnético, -
é o ângulo entre o campo magnético e a normal da espira.
Resposta
A força exercida por um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente resulta em forças distribuídas ao longo do fio, que criam um torque na espira. Esse torque tende a alinhar o plano da espira com o campo magnético, conforme descrito pela Lei de Lorentz. A interação entre a corrente elétrica e o campo magnético é fundamental para o funcionamento de motores elétricos e outros dispositivos eletromagnéticos.
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