Forças Magnéticas e Dipolos

Campos magnéticos exercem forças sobre cargas e correntes em movimento, e torques que alinham dipolos magnéticos.

Definition

A força magnética é a parte da força de Lorentz dependente da velocidade que atua sobre cargas e correntes em movimento; um dipolo magnético, caracterizado por seu momento de dipolo, experimenta um torque que tende a alinhá-lo com o campo e uma força em um campo não uniforme.

Scope

Este tópico abrange a parte magnética da força de Lorentz sobre cargas em movimento, a força e o torque em condutores que transportam corrente, o momento de dipolo magnético e sua energia, força e torque em um campo, e o campo produzido por um dipolo. Inclui por que a força magnética não realiza trabalho e a aproximação de dipolo para espiras de corrente distantes.

Core questions

• Como um campo magnético deflete cargas em movimento e fios condutores de corrente?
• Por que a força magnética não realiza trabalho sobre uma carga pontual?
• Como os dipolos magnéticos respondem a campos uniformes e não uniformes?

Key concepts

• Força de Lorentz
• movimento ciclotrônico
• força sobre uma corrente
• momento de dipolo magnético
• torque sobre um dipolo
• campo de dipolo

Key theories

Força de Lorentz (parte magnética)

Uma carga movendo-se em um campo magnético sente uma força perpendicular tanto à sua velocidade quanto ao campo, causando movimento circular ou helicoidal; por ser sempre perpendicular à velocidade, a força magnética não realiza trabalho.

Dipolo magnético em um campo

Uma espira de corrente comporta-se como um dipolo magnético que experimenta um torque que o alinha com o campo e, em um campo não uniforme, uma força resultante; seu campo distante tem a forma universal de dipolo.

Clinical relevance

As forças magnéticas impulsionam motores elétricos, espectrômetros de massa, cíclotrons e sensores de efeito Hall, enquanto as interações de dipolo magnético fundamentam o comportamento de bússolas, a ressonância magnética e o alinhamento de materiais magnéticos.

History

Ampère descreveu as forças entre correntes na década de 1820 e modelou o magnetismo como surgindo de correntes circulantes. A força dependente da velocidade sobre as cargas foi esclarecida por Lorentz por volta de 1900, completando o quadro clássico mais tarde denominado força de Lorentz.

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

Por que a força magnética não realiza trabalho?

A força magnética sobre uma carga é sempre perpendicular à sua velocidade, de modo que ela altera a direção do movimento, mas não a velocidade, e, portanto, não transfere energia para a carga.

O que é um momento de dipolo magnético?

É um vetor que caracteriza uma pequena espira de corrente ou ímã, igual à corrente vezes a área da espira para uma espira; ele define o torque que o objeto sente em um campo e a intensidade do campo de dipolo que ele produz.