ELETROMAGNETISMO
não apresenta mais magnetização espontânea recebe o nome de PONTO DE CURIE. MATE MATERI RIAL AL PONT PONTO O MATE MATER RIAL IAL PONT PONTO O CURIE 0C CURIE 0C Ferro 1131 ní quel 358 Cobalto 770 Gadolí nio 16
Experiências ncias mostra mostraram ram que um campo campo magnético pode ser gerado não apenas por í mãs, mas também por correntes elétricas e hoje atribuise o magnetismo dos í mãs a existência de micro correntes no seu interior. Desta forma, a origem de qualquer campo magnético é atribuí da da as cargas elétricas em movimento. sica que estuda as interações ELETROMAGNETISMO É o ramo da Fí sica elétricas e magnéticas em conjunto. CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA – Em torno da Terra, existe um campo magnético chamado de campo magnético Terrestre. Uma pequena agulha magnética (í mã de prova) ali colocada se orienta de modo a CAMPO MAGN TICO apontar sempre sempre a mesma mesma extremidade para um ponto situado nas “Cargas elétricas em movimento; origem de todos os campos ç ó vizinhan as do P lo Norte Geográfico. magnéticos”. INTRODUÇÃO – O magnetismo é um fenômeno básico no Pólo Norte Magnético – Quando um í mã está livre para girar em torno do seu centro centro de gravida gravidade de , num plano horizonta horizontal, l, um dos seus seus pólos funcionamento funcionamento de motores elétricos, tricos, geradores, geradores, reprodu reprodução de voz e aponta sempre para o norte geográfico da Terra. Esse pólo é chamado imagens, gravação de informações na memória do computador e várias Pólo Norte Geográfico do í mã. O outro pólo, que aponta para o sul outras aplicações tecnológicas. geográfico , é chamado pólo Sul magnético do í mã.
É
Chamase se campo campo magn magn ético tico a regi região do CAMPO MAGNÉTICO Chama espaço modificada pela presença de um í mã, de um condutor percorrido por uma corrente elétrica ou de um corpo eletrizado em movimento. Vetor indução magnética (B) Caracteriza a intensidade ,a dire ção e o sentido do campo magnético em um ponto do espaço. Unidade de indução magnética no S.I é o tesla (T) , sendo T = N/ (A . m). rem pedaços MAGNETISMO: MAGNETISMO : É a propriedade de certos materiais atraí rem de ferro. ÍMÃS : São pedaços de metais ferrosos que têm a propriedade de se atraí rem rem ou repelirem mutuamente e de atraí rem rem pedaços de ferro. Podem ser naturais ou artificiais. A magnetita é um í mã natural.
PÓLOS MAGNÉTICOS DOS ÍMAS. MAS. Em qualquer í mã, por menor que ele seja, existem duas regiões distintas onde as suas propriedades magnéticas se manifestam mais intensamente. Essas regiões são denominadas pólos magnéticos do í mã. INTERAÇÃO ENTRE PÓLOS DE ÍMÀS: Pólos magnéticos iguais se repelem enquanto pólos magnéticos diferentes se atraem.
Constatase INSERABILIDADE INSERABILIDADE DOS PÓLOS DOS ÍMÀS: Constatase experimentalmente que é impossí vel vel isolar um dos pólos dos í mãs. LINHAS DE INDUÇÃO: São linhas que permitem uma visualização do campo magnético . Têm as seguintes caracterí sticas: sticas: a) são tangentes ao vetor indução magnética em cada ponto b) são orientados no sentido deste vetor c) são sempre fechadas, isto é, não tem fontes nem sorvedouros d) a densi densidad dadee das linhas linhas de indu indução permite avaliar a intensidade do campo magnético em determinada região. Indução magnética de um solenóide: A INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A IMANTA ÇÃO. Geralmente, quando aquecemos um material (ferromagnético) que apresenta uma magnetização perceptí vel, vel, esta vai diminuindo à medida que a temperatur temperaturaa aumenta. A temperatura temperatura a partir partir da qual o materia materiall
SUBSTÂNCIAS MAGNÉTICAS PARAMAGNÉTICAS TICAS s ão aquel aquelas as que, que, na pres presen ença de um campo magnético, se imantam muito fracamente, fazendo com que o valor do campo magnético seja ligeiramente aumentado. DIAMAGNÉTICAS em presen ça de um campo magnético se imantam fracam fracament ente, e, fazend fazendo, o, com que o valor valor do campo campo magnético se torne ligeiramente menor. FERROMAGNÉTICAS (ferro, ní quel quel e cobalto e suas ligas) sob a a ção de um campo campo magnético, tico, estas estas subst substâncias ncias se imantam imantam fortem fortemente ente,, fazendo com que o campo magnético resultante seja muitas vezes maior do que o campo aplicado. A grande maioria das substâncias na natureza é paramagnética ou diamagnética. Alguns valores de B Descrição Intensidade aproximada do campo magnético (T) ície Superf í c ie do núcleo atômico 1012 Junto a um í mã de recados de 102 geladeira íc ie da Terra Na superf í 104 No espaço interestelar 1010 Valor min. Num compartimento 1014 blindado
FORÇA MAGNÉTICA
REPRESENTAÇÃO DE VETORES PERPENDICULARES AO PLANO DA PÁGINA.
AS FORÇAS ENTRE DUAS CARGAS EM MOVIMENTO N ÃO SÃO IGUAIS EM MÓDULOS, NÃO TÊM A MESMA DIREÇÃO E NEM SÃO OPOSTAS EM SENTIDO.
APLICA ÇÕES DA FORÇA DA MAGNÉTICA (LORENTZ). CARGAS EM MOVIMENTO NUM CAMPO MAGNÉTICO Uma força que é sempre sempre perpendicular perpendicular a velocidade velocidade fará com que a partí cula cula gire em cí rculo. rculo. No caso de uma part partí cula cula com carga q que se ELEMENTO DE CORRENTE: Chamase elemento de corrente move num campo magnético a força centr centrí peta peta é a própria pria for força é magn tica. a grandeza vetorial que se obt ém multiplicando a intensidade da
corrente elétrica que percorre um pequeno trecho de condutor, pelo desloc deslocament amento o das cargas cargas da da corrente. corrente. O sentido sentido do vetor vetor elemento de corrente é coincidente com o da corrente elétrica e a sua direção é a da tangente ao condutor no ponto considerado. FORÇA EXER EXERCI CIDA DA SOBR SOBRE E UM ELEME ELEMENT NTO O DE CORRENTE, DEVIDO À PROXIMIDADE DE UM FIO CONDUTOR, CONDUTOR, PERCORRID PERCORRIDO O POR UMA CORRENTE CORRENTE ELÉTRICA. Dada um condutor longo, percorrido por uma corrente elétrica, nas proxim proximida idades des e parale paralelam lament entee a um elemen elemento to de corren corrente te ,constatase experimentalmente que o elemento de corrente fica sujeito à ação de uma força que apresenta as seguintes caracterí sticas: sticas: a) A força é de atração se os sentidos da corrente que percorre o condutor e do elemento de corrente coincidem e de repuls ão quando esses sentidos s ão opostos. b) A intens intensida idade de da força é diretamente proporcional ao produto da intensi intensidad dadee da corren corrente te que percor percorre re o condut condutor or pelo pelo módulo do elemento de corrente e inversamente proporcional à distância que os separa.
FORÇA SOBRE UM CONDUTOR RETO EM CAMPO MAGN ÉTICO UNIFORME. Para Para um conduto condutorr retil retilí neo, n eo, de compri compriment mento o L, percor percorrid rido o por uma corrente de intensidade i, mergulhado em um campo magnético uniforme de indução B, e sendo o ângulo entre a direção do condutor e a de B, a força magnética será dada pela f órmula:
F = B i L sen FORÇA ENTRE ENTRE CONDUTOR CONDUTORES ES PARALELO PARALELOS. S. Dois Dois conduto condutores res,, paralelos e retilí neos, neos, de comprimento L, percorridos por correntes de intensidade i1 e i2, separados por uma distância d, interagem entre si com uma força magnética de intensidade:
F=
i .i .L / 2
0 1 2
i
i
PERMEABILIDADE MAGNÉTICA É uma constante para o cálculo da for ça que age em um elemento de corrente ou carga em movimentos próximos de um condutor percorrido por uma corrente elétrica. A permeabilidade do v ácuo, 107 T.m / A no S.I. 0 =4 DEFINIÇÃO DE AMPÈRE (unidade de intensidade de corrente elétrica do S.I) Quando dois fios condutores, longos e retil í neos, neos, situados no vácuo, a uma dist ância de 1 metro um do outro , são percorridos por correntes correntes elétricas de intensidades iguais, a intensidade da corrente que percorre cada um desses condutores será de 1 ampère Se eles se atra í rem rem ou repelirem com uma força ,por metro de condutor, de intensidade igual a 2 . 10 N\ m. FORÇA DE LORENTZ É uma força magnética ( Fm) que age sobre uma partí cula cula eletrizada com carga positiva q, quando a partí cula cula se move, com velocidade v , na regi ão de um campo magnético de indução B . A força Fm tem as seguintes caracterí sticas: sticas: Direção: da perpendicular ao plano determinado por v e B ; Sentido: dado pela regra do “tapa” da m ão direita se a carga q for positiva e contr ário ao obtido pela regra se a carga q for negativa; Intensidade: F m = q v B sen Equação Vetorial: F=qVxB
d
Fio A
Fio B
CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR CORRENTES. CAMPO MAGNÉTICO PRODUZIDO POR CERTOS EXPERIÊNCIA DE OERSTED A experi experi ência de Oersted foi OBJETOS. fundamental pois provou que: uma corrente elétrica produz Nas f órmulas que se seguem usamos a seguinte efeitos magnéticos. simbologia: 0 = permeabilidade magn ética do meio v ácuo. A ORIGEM DO CAMPO MAGN ÉTICO E PORTANTO DA i = corrente el étrica. INTERAÇÃO MAGNÉTICA, SÃO AS CARGAS ELÉTRICAS EM A CONDUTOR RETIL ÍNEO COMPRIDO (infinito). MOVIMENTO.
CAMPO CAMPO MAGNÉTICO TICO GERADO GERADO POR UM ELEMENT ELEMENTO O DE CORRENTE. LEI DE BIOTSAVART . Determina o campo magn ético B num ponto P, devido a um elemento de corrente i L. Sendo r o módulo do vetor que vai do elemento de corrente at é o ponto P. MÓDULO. B = ( 0 iL . sen ) / 4 r2 Onde: é o ângulo formado pelo vetor r e a dire ção do elemento de corrente i L. 0 = permeabilidade magn ética do meio onde est á o condutor. DIREÇÃO. Perpendicular ao plano formado por r e L. SENTIDO. Dado pela regra da m ão direita. REGRA DA MÃO DIREITA. Coloque L e r de modo que seus iní cios cios coincidam e dobre os dedos de sua m ão direita pelo menor dos dois ângulos entre L e r (nesta ordem, L=> r); seu polegar aponta no sentido de B. Ver figura Sears p ág 672 COMENT ÁRIOS SOBRE A LEI DE BIOTSAVART. A lei de BiotSavart é análoga a lei de Coulomb, usada para calcular o campo el étrico produzido por uma carga pontual. A fonte do campo magn ético é a carga q com velocidade V ou um elemen elemento to de corre corrente nte I de compr comprime imento nto L, da mesma mesma form formaa como como uma uma carga carga q é a font fontee do campo campo elétrico. trico. O campo campo magnético diminui com o quadrado da dist ância da carga em movimento ou elemento de corrente, da mesma forma como o campo elétrico diminui com o quadrado da distância a carga.
B ESPIRA CIRCULAR – Campo magnético no centro de uma espira circular de raio “R”, percorrida por uma corrente “i”.
C SOLEN ÓIDE COMPRIDO (BOBINA) Campo magnético no interior de uma solenóide comprido. B =( N / L) 0 i = n 0 i N= n úmero de espiras L= comprimento do solenóide n = número de espiras por unidade de comprimento. Obs. Para um solenóide comprido, podemos considerar o campo magnético com sendo uniforme no seu interior e nulo no exterior. Indução magnética de um solenóide: Um solenóide muito longo percorrido por uma corrente el étrica constante produz um campo magn ético uniforme em seu interior, com linhas de indu ção paralelas ao eixo do solenóide , exceto nas proximidades das bordas. Nos pontos exteriores ao solen óide o campo é nulo.
Lei de Ampere.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA “Um campo magn ético variável induz um campo el étrico e viceversa”
“A natureza tende a se opor as mudanças”
ície c ie aberta Fluxo de indução magnética “” através de uma superf í ície. cie. igual ao número de linhas de indução que atravessam a superf í
é
Auto indut ância de um circuito representa o fluxo da indu ção magnética produzido pela própria corrente do circuito, através da área por ele limitada, por unidade de corrente. Caracterí sticas s ticas da autoin autoindut dut ância ncia de um circu circuito: ito: repr represe esenta nta uma uma oposição às variações da intensidade da corrente no circuito. Quando a intensidade da corrente aumenta, a auto indut ância tende a diminuí la, la, e quando quando a intens intensida idade de da corren corrente te diminui diminui ,a autoi autoindut ndut ância ncia tende tende a aumentála.
= ∬ B.n dA O módulo dulo do flux fluxo o da indu indução magn magnética através de uma ície cie fechada é nulo. superf í Unidade de Autoindut ância –no S. I é o henry (sí mbolo mbolo H). ície cie plana de área “A” num campo Fluxo magnético para uma superf í campo magnético uniforme “B”, que faz um ângulo “alfa” com a normal ao F .e .m auto induzida Toda vez que houver varia ção da intensidade da plano é dao por corren corrente, te, em um circui circuito to situado situado na regi região de um campo magnético, = B A cos haverá uma variação do fluxo do campo através da área limitada pelo circuito e, consequentemente, aparecerá no circuito uma f. e. m auto induzida. = L (di/dt) TRANSFORMADOR – Dispositivo que permite alterar uma ddp alternada, aumentandoa ou diminuindoa. Se o número de espiras no primário(np) é maior que no secundário(ns), ele irá baixar a tensão de saí da da no secundário, e vice versa. A f órmula que relaciona as tensões (U), correntes ( i ) e número de espiras ( n ) é:
Us / U p = n s / n p = i s / ip
UNIDADE DE FLUXO MAGN ÉTICO no SI é o Weber (Wb). Indução Eletromagnética é o fenômeno que consiste no aparecimento de uma corrente elétrica em uma espira quando há movimento relativo entre a espira e um í mã. A corrente que, nestas condições, aparece na espira espira,, recebe recebe o nome nome de corren corrente te induzid induzida. a. Aparecerá uma corrente induzid ind uzidaa em um cir circui cuito to , sem sempre pre que hou houver ver variação do fluxo da indução ma magn gnética através da área lim limita itada da pel pelo o cir circuit cuito, o, sej sejaa pel pelaa variação da intensidade B da indução , ou pela variação da área ou do ângulo que B faz com a normal à área no decurso do tempo.
Lei de Faraday “Toda vez que o fluxo magn ético através da área limitada limitada por um circuito fechado fechado variar com o decorrer do tempo, será induzida neste circuito uma força eletromotriz”.
=
/ t =
E . dL
Lei de Lenz É a manifestação da tendência dos sistemas resistirem às mudanças. Constitui, também, uma regra prática para a determinação do sentid sentido o da corren corrente te induzid induzidaa num circuit circuito. o. Vamos Vamos aprese apresenta ntarr alguns alguns enunciados que consideramos instrutivos. Forma 1. “O sentido da corrente induzida em um circuito é tal que se opõe à causa que a produz”. Forma 2. “A fem e a corrente elétrica induzida num circuito gera um campo magnético, que se opõe à variação do fluxo magnético que induz essa corrente”. Indutor Um indutor é um dispositivo que pode ser usado para criar um campo magnético conhecido numa dada região. Também podemos podemos definir o indutor com um dispositivo que armazena energia magnética, ao ser percorrido por uma corrente elétrica. Um indutor é caracterizado pela sua indutância (L). Indutância de um solenóide A indutância, na região central, de um solenóide longo, de seção transversal de área A e n espiras por unidade de comprimento (l), é
L = n² A l o
T R A N S F O R M A D O R
P r im á r i o
S e c u n d á r io
Relatividade dos fenômenos elétricos e magnéticos: Quando uma barra condutora tem um movimento de translação na região de um campo magnético, a força que atua sobre os elétrons livres da barra pode ser considerada elétrica ou magnética, dependendo do referencial adotado.
