Campos Magnéticos

Trajetórias Helicoidais

Se a velocidade de uma partícula carregada tem uma componente paralela ao campo magnético (uniforme), a partícula descreve uma trajetória helicoidal cujo eixo é a direção do campo. 

A figura "a" demonstra que o vetor  possui uma das componentes , sendo uma paralela a  , vii = v cos α e outra perpendicular , v = v sin α.

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A componente paralela dá origem a um movimento de transição e a perpendicular origina um movimento circular uniforme ( rotação). Quando há sobreposição dessas duas componentes gera uma trajetória helicoidal, em forma de hélice , como mostra nas figuras "b" e "c". 

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Cíclotrons e Sincrotron

Feixes de partículas de alta energia são usados para os estudos de átomos e nêutrons que têm por objetivo conhecer a estrutura fundamental da matéria.  Esses feixes são difíceis de produzir e controlar. Como os elétrons e os prótons possuem carga elétrica, em principio pode-se acelera-los até que atinjam altas energias submetendo-se a grandes diferenças de potencial.  Porém com a diferença de massa do elétron para o próton deve-se tomar cuidado com a quantidade de diferença de potencial aplicada e também usar no caso dos prótons um campo magnético para fazer com que as partículas passem várias vezes pela mesma diferença de potencial até chegarem a uma energia extremamente elevada. Há dois tipos de aceleradores de partículas sendo o cíclotron e o síncroton.

Cíclotron

Sendo um acelerador de partículas é formado por dois condutores metálicos e ocos, semicirculares com secções em forma de ‘D’, no seu interior as partículas são inseridas em ‘S’ e aceleradas em uma trajetória espiral. Como a seguinte figura:

Há um eletroimâ produzindo um campo magnético uniforme, perpendicular ao plano dos "Dês" que faz com que as partículas descrevam trajetórias circulares. O campo elétrico inverte regularmente o sentido de cada vez que as partículas passam na separação dos "Dês", acelerando-as. 

A frequência que o Cíclótron possui é de ϝ = |q|B / 2 πm , está dependente do campo magnético e de razão |q|/m . Quanto maior a velocidade , maior será o raio de curvatura. A partir de centenas de voltas é atingido a zona periférica, onde são desviadas para o alvo pretendido. 

A energia cinética corresponde a : Ec= 1/2 mv²(max) = q² r² B² / 2m 

Síncroton

Acelerador de partículas cíclico onde os campos elétricos e magnéticos estão cuidadosamente sincronizados com feixe de partículas. O síncroton foi criado para solucionar problemas do cíclotron, dessa forma o campo magnético B e a frequência do oscilador variam com o tempo enquanto as partículas estão sendo aceleradas, quando ocorre isso de maneira correta a frequência do oscilador e as partículas descrevem uma trajetória circular em vez de espiral. Desta forma, o campo magnético precisa cobrir uma área bem menor. 

Força magnética em um fio percorrido por corrente 

Quando uma carga é influenciada por um campo magnético esta pode sofrer uma interação que altere seu movimento. Em um campo uniforme a força aplicada possuirá uma intensidade de Fm = |q| v B sen ϴ , onde o ϴ é o angulo formado no plano entre os vetores velocidade e campo magnético . A direção e sentido do vetor Fm serão dados pela regra da mão direita. 

Caso haja um fio condutor percorrido por uma corrente terá elétrons livre se movimentando por uma secção transversal com a velocidade v com o mesmo sentido da corrente. Como todos os elétrons possuem  cargas quando o fio condutor é exposto a um corpo magnético uniforme o elétron sofrerá ação de uma força magnética. 

Considerando um pequeno pedaço do fio ao invés de somente um elétron , pode-se dizer que a interação continuará com a mesma intensidade, onde |q| corresponde a carga total no segmento do fio, porém como se tem um comprimento percorrido por cada elétron em um intervalo de tempo, a equação da velocidade vai ser definida como : v = ∆l/ ∆t 

Substituindo a fórmula da velocidade na equação da força magnética, temos que : Fm = |Q| (∆l/∆t ) B sen ϴ e como |Q|/ ∆t indica a intensidade da corrente altera-se novamente a formula da força magnética, correspondendo então por : fm = Bi ∆l sen ϴ 

 

Quando se inverte o sentido do campo magnético ou o sentido da corrente, a força exercida sobre o fio mudará de sentido e passará a apontar para a esquerda . Não importa se considerarmos cargas negativas se movendo para baixo ou cargas positivas se movendo para cima, nesses dois casos o sentido da força será o mesmo, assim a corrente será constituída por cargas positivas.