A Lei de Ampère é um dos princípios fundamentais da eletrodinâmica que rege o comportamento dos campos magnéticos gerados por correntes elétricas. Formulada por André-Marie Ampère no século XIX, esta lei foi fundamental na compreensão e desenvolvimento da teoria eletromagnética.
Esta lei está relacionada à interação entre correntes elétricas e campos magnéticos. Além disso, é uma das quatro equações fundamentais do eletromagnetismo, que também inclui as equações de Maxwell, e fornece uma base sólida para a compreensão do comportamento dos campos magnéticos.
O que a lei de Ampère estabelece?
A lei de Ampère afirma:
- A circulação do campo magnético de correntes constantes em qualquer circuito fechado é proporcional à soma das forças das correntes que atravessam a superfície do circuito.
- Se for usada corrente contínua, o campo magnético é contínuo.
- Se for usada corrente alternada, o campo magnético será alternado.
Fórmula da lei de Ampère
A lei de Ampère pode ser representada pela seguinte equação:
Nesta fórmula de cálculo do campo magnético, a integral representa a circulação das linhas de campo ao longo de um caminho fechado, e:
-
μ 0 é a permeabilidade ao vácuo
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dl é um vetor tangente ao caminho escolhido em cada ponto
-
I T é a intensidade líquida da corrente que atravessa a superfície delimitada pelo caminho, e será positiva ou negativa dependendo da direção em que atravessa a superfície.
Exemplos da lei de Ampère
Exemplo 1: O eletroímã
Um eletroímã é um tipo de ímã que é ativado quando uma corrente elétrica flui através dele. Normalmente, os eletroímãs são compostos por um grande número de voltas de fio muito próximas umas das outras.
Se as pontas deste fio estiverem conectadas a uma diferença de potencial, uma corrente elétrica circulará por ele e um campo magnético será gerado.
Este campo magnético equivale à soma dos campos magnéticos de cada espira e pode ser calculado aplicando a lei de Ampère.
Exemplo 2: Regra da Mão Direita
Vamos imaginar um fio longo e reto transportando uma corrente elétrica I.
Podemos aplicar a Lei de Ampère para determinar o campo magnético gerado por esta corrente.
Se traçarmos uma trajetória circular ao redor do fio, a circulação do campo magnético ao longo dessa trajetória será proporcional à corrente que passa pela área delimitada pela trajetória.
Isso é conhecido como regra da mão direita e é usado para determinar a direção do campo magnético ao redor do condutor.
Usos e aplicações
- Cálculo de campos magnéticos : esta lei é uma ferramenta fundamental para o cálculo de campos magnéticos gerados por correntes elétricas. Isto é essencial na construção de eletroímãs, motores elétricos e transformadores, onde o campo magnético gerado é controlado e utilizado.
- Teoria eletromagnética : como mencionamos acima, é uma das equações de Maxwell que, juntamente com as outras três equações, descreve completamente o eletromagnetismo. Essas equações são fundamentais na teoria dos campos eletromagnéticos e deram origem a muitas aplicações tecnológicas, como rádio, televisão e comunicação sem fio.
- Indução eletromagnética : A lei de Ampère é essencial para a compreensão da indução eletromagnética, princípio em que se baseiam os geradores elétricos e a geração de eletricidade nas usinas. Esta lei nos permite calcular a força eletromotriz induzida em um circuito devido a mudanças no fluxo do campo magnético.
- Projeto de circuito magnético : Na engenharia elétrica, é usado para projetar circuitos magnéticos eficientes, como núcleos e bobinas de transformadores. Isto garante que a energia seja transferida de forma eficaz e as perdas sejam minimizadas.
Força de atração entre condutores com corrente elétrica
Dois condutores influenciam-se mutuamente. Correntes elétricas paralelas e retificadas se atraem, correntes paralelas e opostas se repelem.
Isto pode ser entendido em termos da força de Lorentz: a corrente num fio gera um campo magnético que, devido à lei de Lorentz, produz uma força nas cargas em movimento no outro fio e, portanto, em ambos os fios. Eles sentem uma força mútua.
Lei de Ampère e leis de Maxwell
Após a descoberta da lei de Ampère, Maxwell resumiu toda a teoria do eletromagnetismo em quatro equações: As leis de Maxwell.
A lei de Ampère, com uma extensão para o deslocamento dielétrico dependente do tempo, é uma delas. Contudo, as leis de Maxwell são frequentemente escritas em forma diferencial, isto é, não com integrais como antes, mas com equações que fornecem relações entre as derivadas dos campos eléctrico e magnético.