Fisica3 (Eletromagnetismo)

206 CAPÍTULO 28
Figura 28-18 Os elementos de um
motor elétrico. Uma espira retangular
de fio , percorrida por uma corrente e
livre para girar em torno de um eixo,
é submetida a um campo magnético.
Forças magnéticas produzem um torque
que faz a espira girar. Um comutador
(que não aparece na figura) inverte
o sentido da corrente a cada meia
revolução, para que o torque tenha
sempre o mesmo sentido.
28-9 Torque em uma Espira Percorrida por Corrente
Boa parte do trabalho do mundo é realizada por motores elétricos. As forças responsáveis
por esse trabalho são as forças magnéticas que estudamos na seção anterior,
ou seja, as forças que um campo magnético exerce sobre fios percorridos por
correntes elétricas.
A Fig. 28-18 mostra um motor simples, constituído por uma espira percorrida
por uma corrente e submetida a um campo magnético B. As forças magnéticas F e
- F produzem um torque na espira que tende a fazê-la girar em torno do eixo central.
Embora muitos detalhes essenciais tenham sido omitidos, a figura mostra como o
efeito de um campo magnético sobre uma espira percorrida por corrente produz um
movimento de rotação. Vamos analisar esse efeito.
A Fig. 28-l 9a mostra uma espira retangular de lados a e b percorrida por uma
corrente i e submetida a um campo magnético uniforme B. Colocamos a esp~ra no
campo de tal forma que os lados mais compridos, 1 e 3, estão sempre perpendiculares
à direção do campo (que é para dentro do papel), mas o mesmo não acontece
com os lados mais curtos, 2 e 4. Fios para introduzir e remover a corrente da espira
são necessários, mas não aparecem na figura.
Para definir a orientação da espira em relação ao campo magnético, usamos um
vetor normal ri que é perpendicular ao plano da espira. A Fig. 28-19b ilustra o uso da
regra da mão direita para determinar a direção de ri. Quando os dedos da mão direita
apontam na direção da corrente em um lado qualquer da espira, o polegar estendido
aponta na direção do vetor normal ri.
Na Fig. 28-19c, o vetor normal da espira é mostrado fazendo um ângulo qualquer
8 com a orientação do campo magnético B. Estamos interessados em calcular
a força total e o torque total que agem sobre a espira nesta orientação.
A força total que age sobre a espira é a soma vetorial das forças que agem sobre
os quatro lados. No caso do lado 2, o vetor L na Eq. 28-26 aponta na direção da
corrente e tem módulo b. O ângulo entre L e B para o lado 2 (veja a Fig. 28-19c) é
90º - e. Assim, o módulo da força que age sobre esse lado é
F 2 = ibB sen(90º - e) = ibB cos e.
(28-31)
Lado 1 i
--
'< Lado_: i
X X x~ x X R b
X 2 X 1
X X X X X X X X X
X X X ..... --------------
x F4
Lado 4
X X X ...._____,_....,_.,.... -_J
___..i ~
X X X X X X X X - X
(a) ,~--- F.a3 B
(b)
Figura 28-19 Uma espira retangular de lados
a e b percorrida por uma corrente i é submetida
a um campo magnético uniforme. Um torque
T tende a alinhar o vetor normal ri com a
direção do campo. (a) Vista da espira olhando
na direção do campo magnético. (b) Vista da
espira em perspectiva, mostrando como a regra
da mão direita fornece a direção de ri, que é
perpendicular ao plano da espira. (e) Vista lateral
da espira, mostrando o lado 2. A espira tende a
girar da forma indicada.
(e)
Rotação
B