O que é a lei de Ampère?
A versão completa da Lei de Ampère é uma das Equações de Maxwell que descreve a força eletromagnética. A Lei de Ampère diz especificamente que o campo magnético criado por uma corrente elétrica é proporcional ao tamanho dessa corrente elétrica com uma constante de proporcionalidade igual à permeabilidade do espaço livre.
Cargas estacionárias produzem um campo elétrico proporcional à magnitude da carga. Mas cargas em movimento produzem campos magnéticos proporcionais à corrente (carga e movimento).
O único problema com a Lei de Ampère é que é uma equação diferencial – em outras palavras, você precisa fazer alguns cálculos para usá-la. Quando você usa a Lei de Ampère, olha para a situação particular em que está, conecta alguns valores para essa situação e completa a integral. Isso lhe dará uma equação que se ajusta à situação particular.
Mas, em vez de fazer cálculos complicados, podemos olhar o resultado de todo esse trabalho. A situação que vamos examinar com mais detalhes é usar a Lei de Ampère para encontrar o campo magnético criado por um fio longo e reto que carrega corrente.
Equação
O campo criado por um fio longo, reto e condutor de corrente tem a forma de círculos concêntricos. E à medida que você se afasta do fio, esses círculos ficam mais distantes – ou em outras palavras, o campo fica mais fraco. Poderíamos criar uma equação para isso usando a Lei de Ampère e fazendo alguns cálculos. Mas podemos realmente derivar essa equação sem qualquer cálculo.
Em vez de uma integral, usaremos uma soma. A soma de todos os elementos de campo magnético que compõem o círculo concêntrico: campo magnético B vezes o comprimento do elemento delta-G é igual a mu-Zero vezes a corrente no fio (permeabilidade do espaço livre) eu . Esta é a Lei de Ampère.
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Então perceba que, ao somar todos esses elementos, seu delta-L se torna a circunferência do círculo concêntrico, 2pi r . Reorganize isso para tornar o campo magnético o objeto e você obterá ESTA equação final para o campo criado por um fio condutor de corrente.
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Aqui, B é o campo magnético em um ponto específico do espaço, medido em teslas. Mu-zero é a permeabilidade do espaço livre, que é uma constante sempre igual a 1,257 x 10 ^ -6. I é a corrente que flui pelo fio, medida em amperes. E r é a distância radial que você está longe do fio, medida em metros. Portanto, você pode usar esta equação para descobrir a intensidade do campo magnético a uma distância r de um fio condutor de corrente.
Graças à equação, você pode calcular a força do campo. Mas e a direção? Para isso, preciso que você me dê um polegar para cima com a mão direita. Não, sério, faça isso agora.
Usando este diagrama de um fio de transporte de corrente, apontar o polegar na direção da corrente está em movimento, na direção da seta marcada I . Agora imagine enrolar os dedos ao redor do fio, agarrando-o. A direção que seus dedos apontam representa a direção em que as linhas de campo apontam – para onde vão as setas nos círculos concêntricos. Isso é chamado de regra da mão direita e é de vital importância que você não use acidentalmente a mão esquerda, porque você obterá exatamente a resposta errada.
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Exemplos
Ok, vamos ver um exemplo. Digamos que você tenha um fio condutor de corrente apontando para o norte. Se o fio estiver carregando uma corrente de 0,1 ampere, qual é a magnitude e a direção do campo magnético a uma distância de 0,01 metros acima do fio?
Em primeiro lugar, vamos escrever o que sabemos. A corrente, I , é 0,1, a distância do fio, r , é 0,01 e a permeabilidade do espaço livre é sempre 1,257 x 10 ^ -6. Agora tudo o que tem a fazer é ligar esses números na equação e resolva para B . Isso nos dá 2 x 10 ^ -6 teslas. E essa é a nossa magnitude.
Para a direção, você pode desenhar a corrente em um pedaço de papel, apontando para o topo da página, que você pode marcar o norte. Agora faça um polegar para cima com a mão direita, aponte o polegar para o topo da página também e imagine-se enrolando os dedos em torno do fio. Se você fizer isso direito, verá que seus dedos apontariam para a sua esquerda sob o fio e para a direita acima do fio. Se a página superior for o norte, à direita será o leste.
Portanto, nossa resposta final é 2 x 10 ^ -6 teslas a leste.
Resumo da lição
A versão completa da Lei de Ampère é uma das Equações de Maxwell que descreve a força eletromagnética. A Lei de Ampère , especificamente, diz que o campo magnético criado por uma corrente elétrica é proporcional ao tamanho dessa corrente elétrica com uma constante de proporcionalidade igual à permeabilidade do espaço livre. Cargas estacionárias produzem campos elétricos proporcionais à magnitude da carga. Mas cargas em movimento produzem campos magnéticos proporcionais à corrente (carga e movimento).
O único problema com a Lei de Ampère é que é uma equação diferencial – em outras palavras, você precisa fazer alguns cálculos para usá-la. Mas podemos evitar isso observando o resultado de todo esse cálculo para uma situação particular. Se estudarmos o campo magnético criado por um fio condutor de corrente longo e direto, obteremos esta equação final para o campo criado por um fio condutor de corrente.
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Aqui, B é o campo magnético em um ponto específico do espaço, medido em teslas. Mu-zero é a permeabilidade do espaço livre, que é uma constante sempre igual a 1,257 x 10 ^ -6. I é a corrente que flui pelo fio, medida em amperes. E r é a distância radial que você está longe do fio, medida em metros. Portanto, você pode usar esta equação para descobrir a intensidade do campo magnético a uma distância r de um fio condutor de corrente. Para obter a direção desse campo, temos que usar a regra da mão direita e apontar nossos polegares na direção da corrente.
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você será capaz de:
- Lei de Ampère Estadual
- Calcule o campo magnético de um fio condutor de corrente usando a Lei de Ampère
- Lembre-se da regra da mão direita ao calcular a direção da corrente