C.A.M.P.O.S.

Campo Magnético...

Hendrik Antoon Lorentz (descobridor do magnetismo)

Geralmente os textos introdutórios sobre magnetismo iniciam com um histórico da descoberta do fenômeno, ocorrida na cidade de Magnésia, por volta do ano 121 DC. Tanto o Halliday-Resnick quanto o Sears-Zemanski fazem esse tipo de abordagem.

Do ponto de vista formal, devemos ter em mente que é impossível tratar cargas elétricas em movimento sem levar em consideração a existência do campo magnético. Veremos logo adiante que cargas em movimento criam um campo magnético. Por outro lado, havendo um campo magnético em determinada região do espaço, este exercerá uma força sobre uma carga em movimento.

Existem duas formas básicas de criação de um campo magnético. A primeira tem a ver com a descoberta do fenômeno; trata-se do campo de um ímã permanente. A segunda forma tem a ver com o campo criado por uma carga em movimento; trata-se do campo criado por uma corrente elétrica.

Não importa, para o momento, qual a fonte de criação, o que importa é que dado um campo magnético, B, este exerce uma força sobre uma carga, q, em movimento, dada por


F = qvxB
onde v é a velocidade da carga. A força magnética é nula em duas circunstâncias:
Carga estacionária (v=0);
Velocidade paralela ao vetor campo magnético.
A força expressa é conhecida como força de Lorentz.




A DESCOBERTA DO ELÉTRON
A expressão foi usada por Thomson quando este realizava os trabalhos que resultaram na descoberta do elétron. Thomson usou um campo elétrico perpendicular a um campo magnético, para desviar o feixe de elétrons num tubo de raios catódicos.

O EFEITO HALL
A expressão também permitiu a descoberta do efeito Hall que, como veremos, é extremamente útil na indústria microeletrônica.
A figura esquematiza o arranjo experimental para o estudo do efeito Hall. Tem-se uma fita condutora com seção reta A (=Ld) através da qual circula um feixe de elétrons com velocidade v.

Aplicando-se um campo magnético na direção horizontal, conforme indicado na figura , resulta numa força magnética na direção perpendicular ao movimento eletrônico, no sentido de cima para baixo. Esta força fará com que o movimento dos elétrons seja desviado para baixo. Com o tempo, cargas negativas acumulam-se na face inferior, e cargas positivas na face superior.
O excesso de cargas positivas e negativas, funciona como um capacitor de placas paralelas, com um campo elétrico conhecido como campo Hall. Chegará um momento em que a força Hall equilibra a força magnética,
qEH = qvB

O efeito Hall permite a obtenção de dois resultados importantes. Em primeiro lugar, é possível determinar o sinal da carga dos portadores, bastando medir a diferença de potencial entre as superfícies superior e inferior. Em segundo lugar, fornece o valor da densidade de portadores.
Esses dois resultados são de extrema importância na indústria eletrônica, pois permite a fabricação de dispositivos que dependem do tipo (elétrons ou lacunas) e da quantidade de portadores.

MOVIMENTO DE UMA CARGA NUM CAMPO MAGNÉTICO
A velocidade da partícula tiver a mesma direção do campo magnético, a força será nula, resultando num movimento retilíneo uniforme. Por outro lado, se o ângulo entre o vetor velocidade e o vetor campo magnético for diferente de zero, podemos decompor o vetor velocidade em duas direções.

Isto é, portanto, o movimento de uma partícula, de massa m e carga que, numa região do espaço onde existe um campo magnético, é sempre composto de um movimento retilíneo uniforme e de um movimento circular. Como se vê a força centrípeta, que proporciona o movimento circular, é igual à força magnética.

Assim, a partícula movimenta-se num círculo com raio
r = mv/qB
Da relação v=wr, obtém-se a velocidade angular
w = qB/m
Da relação w=2pf, obtém-se a freqüência
F = qB/2pm
e o período
T = 1/f = 2pm/qB

FORÇA SOBRE UMA CORRENTE
Se um campo magnético exerce uma força sobre uma carga em movimento, é óbvio que ele exercerá uma força sobre uma corrente elétrica. Vejamos como calcular esta força.
A força sobre um elétron é dada por
F=evB
Supondo que existam N elétrons no segmento L do fio (seção reta A), tem-se que a densidade eletrônica será
n=N/LA

Campo Elétrico...

Dado um corpo eletrizado com quantidade de carga elétrica (positiva ou negativa). No espaço onde o corpo se encontra é formado um campo elétrico. Por que esse campo elétrico é formado? Ele é formado, porque qualquer outra carga colocada em qualquer ponto desse espaço ficará sujeita a uma força de atração ou repulsão em relação à carga.

O copo eletrizado é chamado de carga elétrica fonte. Os corpos colocados em pontos no espaço são chamados de carga de prova.

Q = carga elétrica fonte.

q1 e q2 = carga de prova

Podemos fazer uma comparação com o campo elétrico e campo gravitacional. No campo gravitacional podemos dizer que a Terra seria a nossa carga fonte e em volta dela é formado um campo gravitacional e qualquer corpo colocado no espaço gravitacional formado por ela irá sofrer sempre uma força de atração.