Força magnética sobre correntes e partículas carregadas
FísicaCampos elétricos e magnéticosIdades 17–18
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Modo fio: um trecho de fio de comprimento l percorrido por uma corrente I está em um campo magnético uniforme B formando um ângulo α; a força magnética F = BIl·sinα é determinada pela regra da mão esquerda — arraste para girar o fio e ver F mudar. Modo partícula: uma partícula carregada (próton ou elétron) entra perpendicularmente no campo magnético; a força de Lorentz f = |q|vB a faz descrever uma circunferência de raio r = mv/(|q|B) com período T = 2πm/(|q|B). Mais três modos: um seletor de velocidades com campos cruzados, em que só as partículas com v = E/B passam sem desvio; um tubo de feixe fino, em que o raio do círculo dos elétrons dá e/m = 2U/(B²r²); e dois fios paralelos que se atraem ou se repelem com F/l = μ₀I₁I₂/(2πd).
Aula: Força magnética sobre um fio percorrido por corrente; força de Lorentz e movimento de uma partícula carregada em um campo magnético
O que mostra
Um campo magnético exerce força sobre cargas em movimento. Um fio de comprimento l com corrente I em um campo B sofre F = BIl·senα, e uma partícula carregada sofre a força de Lorentz qvB, sempre perpendicular à velocidade, por isso descreve um círculo de raio r = mv/(|q|B). Com campos elétrico e magnético cruzados, as forças qE e qvB só se anulam para v = E/B: é o princípio do seletor de velocidades. Em um tubo de feixe fino, elétrons acelerados por uma tensão U giram em um campo conhecido, e o raio dá e/m = 2U/(B²r²). Duas correntes paralelas se atraem ou se repelem com F/l = μ₀I₁I₂/(2πd).
Como usar
Escolha um Modo. Com o fio e a partícula, mova o controle de B, arraste a ponta do fio ou troque entre próton e elétron. Em Seletor de velocidades, ajuste Campo elétrico E e B até a partícula destacada passar pela fenda. Em Tubo de feixe fino, mude Tensão de aceleração U e Corrente nas bobinas I, faça o feixe coincidir com uma marca, clique em Registrar e calcule e/m. Em Fios paralelos, varie Corrente I₁, Corrente I₂ e Distância d. A vista 3D mostra cada montagem.
Parâmetros que você pode mudar
- Modo Fio percorrido por corrente, Partícula carregada, Seletor de velocidades, Tubo de feixe fino (e/m), Fios paralelos
- Indução magnética B 0,1–2 T
- Corrente I 0–10 A
- Comprimento do fio l 0,1–1 m
- Ângulo α entre o fio e B 0–90 °
- Velocidade da partícula v 1–10 ×10⁵ m/s
- Campo elétrico E (seletor de velocidades) 10–1000 kV/m
- Tensão de aceleração U (tubo de feixe) 100–500 V
- Corrente nas bobinas I (tubo de feixe) 0,5–3 A
- Corrente I₂ no segundo fio -10–10 A
- Distância entre os fios d 1–100 cm
Perguntas para explorar
- Por que a força de Lorentz nunca altera a rapidez da partícula?
- Se B dobrar, como muda o raio da trajetória circular do próton?
- Como o fio deve ser posicionado no campo para que a força magnética sobre ele seja nula?
