Efeitos de um campo magnético sobre cargas
Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico
Quando uma carga é abandonada nas proximidades de um campo magnético estacionário com velocidade em direção diferente do campo, este interage com ela. Então esta força será dada pelo produto entre os dois vetores, e e resultará em um terceiro vetor perpendicular a ambos, este é chamado um produto vetorial e é uma operação vetorial que não é vista no ensino médio.
Mas podemos dividir este estudo para um caso peculiar onde a carga se move em direção perpendicular ao campo, e outro onde a direção do movimento é qualquer, exceto igual a do campo.
- Carga com movimento perpendicular ao campo
Experimentalmente pode-se observar que se aproximarmos um ímã de cargas elétricas com movimento perpendicular ao campo magnético, este movimento será desviado de forma perpendicular ao campo e à velocidade, ou seja, para cima ou para baixo. Este será o sentido do vetor força magnética.
Para cargas positivas este desvio acontece para cima:
E para cargas negativas para baixo.
A intensidade de será dada pelo produto vetorial , que para o caso particular onde e são perpendiculares é calculado por:
A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina , em homenagem ao físico iugoslavo Nikola Tesla.
Consequentemente a força será calculada por:
Medida em newtons (N)
- Carga movimentando-se com direção arbitrária em relação ao campo
Como citado anteriormente, o caso onde a carga tem movimento perpendicular ao campo é apenas uma peculiaridade de interação entre carga e campo magnético. Para os demais casos a direção do vetor será perpendicular ao vetor campo magnético e ao vetor velocidade .
Para o cálculo da intensidade do campo magnético se considera apenas o componente da velocidade perpendicular ao campo, ou seja, , sendo o ângulo formado entre e então substituindo v por sua componente perpendicular teremos:
Aplicando esta lei para os demais casos que vimos anteriormente, veremos que:
- se v = 0, então F = 0
- se = 0° ou 180°, então sen = 0, portanto F = 0
- se = 90°, então sen = 1, portanto .
Regra da mão direita
Um método usado para se determinar o sentido do vetor é a chamada regra da mão direita espalmada. Com a mão aberta, se aponta o polegar no sentido do vetor velocidade e os demais dedos na direção do vetor campo magnético.
Para cargas positivas, vetor terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai da palma da mão.
Para cargas negativas, vetor terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai do dorso da mão, isto é, o vetor que entra na palma da mão.