INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como objetivo descrever sobre a eletricidade e o magnetismo que são partes da física que estão relacionadas diretamente com o nosso dia-a-dia. Esses fenômenos descobertos pelo homem e utilizados em seu benefício através de invenções como: a luz elétrica, televisão, geladeira dentre outros. Que para quem está acostumado com todas essas comodidades fica difícil imaginar como a vida seria.
CONCLUSÃO
Concluí que assim como a eletricidade, o magnetismo é fenômeno natural e invisível. Magnetismo e eletricidade andam juntos, ambos ajudam um ao outro, nas invenções realizadas pelo homem, invenções estas que o homem observou basicamente a união desses dois fenômenos físicos e os usa na tecnologia explorando a interação entre magnetismo e eletricidade para as invenções nas tecnologias modernas.
BIBLIOGRAFIA
Barros, Carlos, 1934 – Ciências: física e química / Carlos Barros, Wilson Roberto Paulino. - - São Paulo: Ática, 2004.
A eletricidade
A parte da física que estuda a energia elétrica e os fenômenos a ela relacionados chamase eletricidade. eletricidade. A eletricidade está na natureza
É comum associarmos a noção de eletricidade a equipamentos, a algo criado pelo homem. Mas, na verdade, a eletricidade sempre existiu, desde o surgimento do Universo. Mesmo antes do surgimento da vida em nosso planeta, a eletricidade já estava presente e se manifestava, por exemplo, nos intensos relâmpagos que costumavam a ocorrer. Os nossos corpos são dotados de eletricidade. O sistema nervoso, por exemplo, só funciona por causa dos impulsos elétricos que passam de célula a célula. As batidas do coração também funcionam por meio de descargas elétricas. Como se vê, a eletricidade é um fenômeno natural. O homem apenas a descobriu e desenvolveu formas de usá-la. A eletricidade está na matéria
A matéria, você já sabe, é constituída de átomos. Agora, vamos um pouco mais além. Cada átomo é formado de partículas ainda menores: umas com carga positiva, positiva, outras com carga negativa e outras neutras. As partículas de carga positiva damos o nome de prótons de prótons.. Às neutras, damos o nome de nêutrons. nêutrons. Prótons e nêutrons fazem parte do núcleo do átomo. Finalmente, às partículas de cargas negativas, damos o nome de elétrons. elétrons. Os elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo.
Todo átomo é eletricamente neutro, isto é, tem o mesmo número de prótons e de elétrons.
A matéria é, portanto, eletricamente neutra em seu estado natural. A eletrização de corpos
E possível, porém, eletrizar um corpo. Para "necessário fazer com que o número de elétrons e torne diferente do de prótons. Se o número de elétrons for maior que o número de prótons, o corpo estará eletrizado negativamente; se o número de elétrons for menor que o de prótons, ele estará eletrizado positivamente. Podemos mostrar isso com uma experiência bastante simples. Corte pedacinhos de papel e coloque-os sobre a mesa. Esfregue várias vezes um pano de lã numa caneta de plástico. Em seguida, aproxime a caneta dos pedacinhos de papel. O que acontece? Os papeizinhos são atraídos pela caneta. Isso ocorre porque a caneta fica eletrizada quando é esfregada na lã e adquire a capacidade de atrair alguns corpos leves. Quando eletrizada, a caneta adquire a capacidade de atrair alguns corpos leves.
Tales de Mileto, filósofo grego que viveu há mais de dois mil anos, fez uma experiência semelhante. Ele esfregou um pedaço de âmbar (resina de vegetais fossilizados) em pelica (couro de animais) e verificou que o âmbar passou a atrair penas e fios de palha. Em greg grego, o, a pala palavr vraa elek elektr tron on sign signif ific icaa "âmbar". Daí deriva o termo eletricidade. Eletricidade estática e eletricidade dinâmica
Quando eletrizamos um corpo, po, ele passa ssa a ter eletricidade estática.
Dizemos que a eletricidade é estática quando as cargas elétricas se acumulam em um cor po e não se movimentam. Ela permite a realização de pequenos trabalhos, como atrair corpos leves (como no caso do âmbar e os fios de palha), repelir esferas de metal eletrizadas, etc. Em objetos arredondados, a eletricidade estática se distribui uniformemente. Já em objetos pontiagudos, ela se concentra nas pontas, por onde as cargas elétricas podem sair, produzindo faíscas. A eletricidade dinâmica quando há movimentação das cargas elétricas – uma corrente elétrica – num circuito elétrico. Ela permite a realização de inúmeros trabalhos, como gerar luz (acendendo uma lâmpada), gerar calor (chuveiro, máquina de secar roupas), produzir som (rádio, toca-discos), etc. Eletrostática
O estudo da eletricidade é dividido em: eletrostática, eletrodinâmica e eletromagnetismo. Veremos agora algumas noções de eletrostática, ramo da eletricidade que estuda cargas elétricas em repouso e seus efeitos. Em seguida, passaremos ao estudo da eletrodinâmica. O eletromagnetismo, ramo da eletricidade que relaciona os fenômenos elétricos e magnéticos. A carga elétrica se mede coulomb (C)
No SI, o coulomb (C) é a unidade de carga elétrica. Como essa unidade é muito grande, costuma-se usar um submúltiplo, o microcoulomb (
). A relação entre elas é:
A carga de um elétron é a menor carga elétrica isolada que pode existir (existem os quarks, “têm um terço dessa carga, mas não aparecem isoladamente). Para se ter uma idéia, 1 C vale à carga de 6,25.10 18 elétrons, ou seja, a 6250 000 000 000 000 000 de elétrons!
Por sua vez, a carga do elétron ou a do próton, que são iguais, vale: e = 1,6 . 10-19 C, ou seja, 0,00000000000000000016 C!
O nome nome coul coulom omb b dado dado à unid unidad ade e de medi medida da de carg carga a elétr létriica é uma uma homen omena agem gem ao físi físic co fran francê cêss Coulomb
Char Charlles de
(1736-1806), um dos primeiros a estudar a interação
entre as cargas elétricas.
Atração e repulsão entre cargas elétricas
Acompanhe a descrição da seguinte experiência: Esfrega-se Esfrega-se um canudinho canudinho d plástico plástico com um pedaço de flanela flanela e pendura-se pendura-se o canudinho canudinho com um fio, de tal forma que ele possa oscilar. Esfrega-se então com a flanela outro canudinho de plástico, aproximando-o do que está pendurado. pendu rado. O que acontece? Veja a figura abaixo: aba ixo:
O canudinho pendurado oscila porque adquiriu, adquiriu, pela fricção com a flanela, o mesmo tipo de carga elétrica (ou só positiva ou só negativa) do outro canudinho. Se ambos fossem friccionados com flanela e suspensos próximos
Um do outro, os dois apresentariam o mesmo movimento de repulsão
entre si.
Ao aproximar o canudinho do que estava pendurado, observa-se que este apresenta um
movimento de repulsão ou afastamento. Por que isso acontece? A explicação é a seguinte: inicialmente, tanto os canudinhos quanto a flanela estão eletricamente neutros, pois em cada um desses corpos o número de prótons é igual ao número de elétrons. elétrons. Ao realizarmos as fricções, há uma troca de elétrons entre a flanela e os canudinhos. canudinhos. A flanela fica com excesso de elétrons e os canudinhos com falta, ou vice-versa - depende do tipo de flanela e do material de que é feito o canudinho. De qualquer forma, ambos os canudinhos ficam carregados com o mesmo tipo de carga elétrica; com isso, eles se afastam um do outro. Agora, outra experiência para reforçar seu estudo sobre atração e repulsão entre cargas elétricas: Pendura-se uma bolinha de isopor num pêndulo eletrostático, como se vê na figura abaixo. Esfrega-se a bolinha com um pedaço de flanela. Pega-se um canudinho de plástico, que também é friccionado com a flanela. Aproximando-se o canudinho da bolinha suspensa, percebese que a bolinha é atraída pelo canudinho.
Os dois corpos se atraem, porque têm tipos diferentes de carga: elétrica (um tem carga positiva e o outro, negativa). Portanto, se canudinho estivesse pendurado próximo da bolinha, também veria atração entre ambos.
Como podemos explicar essa atração? A bolinha de isopor, quando atritada com a flanela, tem, em geral, um comportamento
inverso ao do canudinho. Enquanto o canudo recebe elétrons da flanela, a bolinha cede elétrons para a flanela, por exemplo. Assim, a bolinha e o canudo ficam com cargas diferentes e passam pas sam a se atrair. Podemos concluir então que cargas elétricas de nomes iguais se repelem; cargas elétricas de nomes diferentes se atraem. Chamamos a força que aparece entre essas cargas de força eletrostática. eletrostática. O apar aparel elho ho sim simples ples usad usadoo ness nessaa experiência
é
chamado
de pêndulo
eletrostático. eletrostático. O pêndulo eletrostático serve para verificar se um corpo está ou não carreg carregad adoo de elet eletri rici cidad dade. e. Um apar aparel elho ho também usado para isso é o eletroscópio. eletroscópio. Eletrodinâmica
É o ramo da eletricidade que trata das cargas elétricas em movimento. Condutores
Condutividade é a propriedade da matéria de permitir que as cargas elétricas fluam em seu interior. Bons Bo ns condu conduto tores res são são mate materia riais is que que perm permit item em qu quee os elét elétron ronss se desl desloqu oquem em com facilidade. Os meta metais is,, de um modo modo gera geral, l, são são bons condutores de eletricidade. Neles, os elétrons fluem facilmente. Por isso, o cobre, o alumínio
e
o
estanho
costumam
ser
empregados na fabricação de fios elétricos. Além Além do doss meta metais is,, exis existe tem m ou outr tros os corpos corpos con condut dutores ores de eletri eletricid cidade: ade: o corpo corpo humano, o solo, o ar úmido, etc. Por outro lado, a borracha, o plástico, o isopor, o vidro, a cerâmica, a seda, a mica, a
cortiça são maus condutores de eletricidade – são isolantes. Eles são importantes porque impedem a ocorrência de curto-circuitos. Nesses materiais, os elétrons não conseguem se movimentar com facilidade. O plástico é um material isolante. Por isso, são muito comuns soquetes feitos desse material. Além dos bons e dos maus condutores, há os semicondutores os semicondutores.. Esse tipo material permite apenas alguma movimentação dos elétrons. Neles, a condutividade pode ser manipulada, variandose artificialmente a composição do material, conforme a composição se queira, ou não, a passagem das cargas elétricas. São Sã o a base da industria microeletrônica. O silício é o material semicondutor mais utilizado. A corrente elétrica
Vamos observar as figuras seguintes. Cada uma delas representa um circuito elétrico simplificado.
Quando o interruptor está levantado, a lâmpada não se acende. Dizemos que o circuito aberto. Mas, quando o interruptor está abaixado, a lâmpada se ascende. Dizemos que o está aberto. circuito está fechado está fechado.. Corrente elétrica é o fluxo de cargas elétricas que percorrem um fio condutor. E circuito elétrico é o caminho pelo qual a corrente elétrica flui. A corrente elétrica gerada por uma pilha ou uma bateria é uma corrente contínua. contínua. Nesse
tipo de corrente, os elétrons fluem num só sentido. A que utilizamos em nossas casas é a corrente corrente alternada alternada;; nela os elétrons alternam o sentido de seu fluxo, num movimento vaivém. É o tipo corrente fornecida pelos geradores das usinas hidrelétricas. Como se forma a corrente elétrica?
Há sempre uma fonte que fornece energia para as cargas elétricas se movimentarem. Criase assim uma diferença de potencial (ddp) ou tensão, tensão, ou voltagem entre dois pontos do circuito, o que impede as cargas elétricas ao deslocamento, de um lado a outro. Sem Sem difer diferenç ençaa de poten potenci cial al,, não não há corre corrent ntee elét elétri rica ca.. A dife difere renç nçaa de po pote tenc ncia iall é repr repres esen enta tada da simbolicamente pela letra U. Os aparel relhos que medem a diferen rença de potencial chamam-se voltímetros e a unidade da diferença de potencial (ddp) ou voltagem é chamada volt (representada volt (representada pela letra V). Medida da corrente elétrica
A quantidade de carga elétrica
q
que atravessa uma seção transversal de um fio
condutor num intervalo de tempo t é chamada intensidade da corrente elétrica (i). Matematicamente temos:
A unidade de intensidade da corrente é o ampère (A). Quando a quantidade de carga q
for 1C, e o intervalo de tempo t for 1s, a corrente elétrica será 1 A. Portanto:
1A=1C/s
Quanto maior a tensão (ou voltagem, ou ddp) nos terminais de um condutor, maior será a corrente elétrica que o atravessa. Resistência elétrica
Todo condutor oferece alguma resistência à passagem da corrente elétrica, que varia, entre outros fatores, com a natureza do material condutor. Metais oferecem menor resistência que os não-metais. Quanto Quanto maior a resistência resistência do condutor num circuito, circuito, maior maior deve ser a diferença diferença de potencial para fazer as cargas elétricas fluírem. Um dos efeitos da resistência elétrica é o aquecimento dos aparelhos elétricos que estão em funcionamento. A resistência elétrica é representada simbolicamente por R e a sua unidade de medida é ohm
.
A lei de Ohm
A razão entre a tensão U nos terminais de um condutor e a corrente elétrica i que o
atravessa é a resistência R do condutor. Dizem Dizemos os que que 1
é a resi resist stên ênci ciaa elét elétri rica ca de um um fio fio condut condutor or que, que, lig ligad adoo à tensã tensãoo de 1
V, é percorrido por uma corrente elétrica de 1 A. Quando R é constante, constante, a relação relação entre a tensão e a corrente corrente elétrica pode ser escrita na forma: Essa expressão é conhecida como lei de Ohm.
Potência elétrica
A corrente elétrica elétrica sempre realiza realiza trabalho, trabalho, Por exemplo, faz funcionar funcionar uma máquina, máquina, girar as hélices de um ventilador, aquecer um ferro elétrico. A relação entre o trabalho realizado e o tempo gasto, como já vimos, é a potência (P) de uma máquina. Em termos elétricos, o cálculo da potência é feito pela fórmula:
P = U. i
Recapitulando, a potência de uma máquina mede em watts (W). O magnetismo
Assim como a eletricidade, o magnetismo é um fenômeno natural e invisível. Podemos perceber apenas os seus s eus efeitos, como no caso de um ímã. O magnetismo está intimamente ligado à eletricidade. Freqüentemente, ambos caminham juntos. A sociedade tecnológica moderna se desenvolveu, basicamente, a partir de dispositivos que exploram a interação entre magnetismo e eletricidade.
A descoberta do magnetismo Na natureza, há alguns minerais que têm a propriedade de atrair certas substâncias, sub stâncias, como o ferro. Esse fenômeno é conhecido há bastante tempo, desde a Antiguidade grega. Pelo que se tem notícia, a primeira vez que a espécie humana teve contato com o fenômeno do magnetismo foi na região da Ásia Menor, nas proximidades de uma cidade chamada Magnésia. Descobriram-se certas pedras, que hoje sabemos serem de minério de ferro, que atraíam outras pedras semelhantes. Devido à região da ocorrência do fato, deu-se a essas pedras o nome de magnetita. E, à propriedade, denominou-se magnetismo.
Ímãs naturais e ímãs artificiais Ímãs são corpos que exercem atração magnética sobre algum tipo de material também magnético ou, mais precisamente, ferromagnético. O ferro, o níquel, o cobalto e algumas ligas metálicas, como o aço, por exemplo, são substâncias ferromagnéticas, ou seja, substâncias que são atraídas por ímãs ou podem se tornar ímãs. É possível fabricar imãs que mantenham a propriedade magnética por magnética por tem tempo indet ndeter erm minado nado.. São, São, po porr isso, sso, cham chamad ados os ímãs permanentes. Objetos que contêm material ferromagnético. Na figura ao lado, percebemos o magnetismo magnetismo de um corpo se transferindo para outro corpo. Mas, se retirarmos retirarmos o ímã maior, os corpos menores deixam de se atrair uns aos outros.
Quanto à forma, os ímãs podem ímãs podem se apresentar de variadas maneiras: em barras, cilindros, em forma em forma de ferradura, etc.
Magnetização
Pode Pode-s -see cria criarr ímãs ímãs arti artifi fici ciai ais, s, util utiliz izan ando do corp corpos os mate materi riai aiss ferr ferrom omag agné néti tico cos. s. A magnetização magnetização pode ser feita, feita, entre outras formas, por contato, contato, por atrito atrito ou pela ação da corrente corrente
elétrica. Ao aproximar um corpo de material ferromagnético de um ímã, esse corpo pode se magnetizar, tornando-se também um ímã. Este é o tipo magnetização por contato. Se esfregarmos um ímã sobre o corpo de material ferromagnético, sempre no mesmo sentido, a imantação também pode ocorrer. Essa é uma magnetização por atrito.
Já a magnetização pela ação da corrente elétrica requer um pequeno circuito elétrico, com um fio em forma de carretel uma bobina. Veremos como isso acontece mais adiante. Seja Seja o ímã ímã natu natura rall ou arti artifi fici cial al,, grand grandee ou peq peque ueno, no, ele ele sempre sempre apresenta dois pólos dois pólos magnéticos: o pólo o pólo norte e o pólo o pólo sul. Pelas experiências feitas com os materiais magnéticos, percebeu-se que esses esses pólos pólos compo comport rtam am-se -se de forma forma parec parecid idaa com com as carga cargass elétricas: pólos iguais se repelem; pólos diferentes se atraem. Então, se aproximarmos aproximarmos os pólos sul de dois ímãs, eles vão se repelir. repelir. Isso acontece também se aproximarmos os pólos norte de dois ímãs. Ao contrário, se aproximarmos o pólo norte de um ímã do pólo sul de outro ímã, L' surge uma força de atração.
Os pólos de um ímã são inseparáveis Não há ímã com um único pólo, seja qual for a sua dimensão. Isso significa que, sempre que se dividir ímã ao meio, aparecerão dois ímãs menores, com os pólos norte e sul. Desse modo, a partir de um ímã podem-se obter inúmeros ímãs menores.
Apesar de se comportarem de forma semelhante nos fenômenos de atração e repulsão, aqui encontramos uma diferença bastante importante entre cargas elétricas e pólos magnéticos. As cargas elétricas elétricas existem existem como partículas partículas independente independentes, s, ao passo ao passo que um pólo magnético não pode ser isolado do outro. A Terra é um grande ímã
Por que a Terra é um ímã? Os cientistas explicam que o magnetismo da Terra é causado por enormes correntes elétricas que circulam no interior do planeta, que é constituído por substâncias metálicas. O fenômeno do magnetismo terrestre vem sendo estudado desde a Antiguidade. Observa-se que, em qualquer lugar em que uma barra com propriedades de ímã é colocada, ela sempre se posiciona segundo a direção norte-sul norte-s ul da Terra. Graças a essa es sa observação, foi criada a bússola um pequeno ímã em forma de agulha, apoiado pelo seu centro sobre um pino vertical. A partir dessas observações, pôde-se concluir que a Terra também possui dois pólos magnéticos, como um gigantesco ímã.
Você mesmo pode observar o fenômeno do magnetismo terrestre fazendo o seguinte: Pendure um ímã em forma de barra exatamente pelo seu centro, de forma que ele fique em equilíbrio horizontal. Você vai notar que ele se alinha segundo a direção dos pólos magnéticos da Terra, que ficam próximos dos pólos geográficos. geogr áficos. Os pólos magnéticos e os pólos p ólos geográficos geogr áficos não ficam f icam no mesmo lugar. Os pólos geográficos e os pólos magnéticos são coisas diferentes. Os pólos geográficos são pontos imaginários correspondente correspondentess às extremidades extremidades do eixo de rotação da Terra; os pólos magnéticos são os pontos para onde as agulhas magnéticas se voltam. Os pólos geográficos não coincidem coincidem com os pólos magnéticos, mas estão próximos uns dos outros. outros. Alguns físicos chamam o pólo magnético do hemisfério norte de pólo sul magnético, pois atrai o pólo norte da agulha da bússola. Outros o chamam de pólo magnético por estar no hemisfério norte.
Como o "eixo magnético" não coincide exatamente com o eixo geográfico há, quase sempre, uma diferença entre a indicação da bússola e a. posição posição correta corr eta do pólo norte geográfico. Essa. Essa. peq pequena uena diferença diferença é um ângu ângulo lo de 11,5°, 11,5°, chamado chamado declinação magnética. Existem mapas indicando a declinação magnética em cada lugar, o que facilita a orientação dos viajantes. Campo magnético
A influência de um ímã atinge uma região ao seu redor. Essa região é chamada campo magnético. Embora o campo magnético seja invisível, sabe-se que o campo de um ímã forma linhas curvas fechadas, passando pelos seus pólos. Isso pode ser observado jogando-se pedacinhos de
ferro (limalhas) (limalhas) sobre um papel colocado colocado sobre um ímã. Você vai notar que as limalhas limalhas de ferro se distribuem em linhas curvas iguais às da foto acima. Essas linhas formadas pelas limalhas são chamadas linhas de força do campo magnético. Relação entre magnetismo e eletricidade
O magnetismo e a eletricidade são fenômenos que se inter-relacionam. Um movimento de cargas elétricas isto é uma corrente elétrica, gera sempre um campo magnético à sua volta. Num condutor, formando um circuito fechado, imerso numa região em que haja um campo magnético variável, sempre aparece uma corrente elétrica. O eletroímã
O eletroímã é um dispositivo simples, que torna evidente a relação entre corrente elétrica e magnetismo: ele só funciona como um ímã quando percorrido por uma corrente elétrica. Veja na foto abaixo o esquema de um eletroímã simples:
Qualquer pedaço de ferro enrolado num pedaço de fio isolado por onde passe corrente elétrica pode ser considerado um eletroímã. Em nosso exemplo, temos um prego enrolado por um fio de cobre esmaltado ligado a pilhas.
Quando a corrente elétrica passa pelo fio, aparece no prego um campo magnético. Cria-se assim um ímã temporário. Quando o fio é desligado da pilha, o campo magnético deixa de existir e o prego perde quase todo o seu magnetismo. Em geral, o prego adquire algum magnetismo permanente de pequena intensidade. Dispositivos eletromagnéticos
Quando se descobriu que a corrente elétrica podia gerar magnetismo, percebeu-se que a eletricidade e o magnetismo eram fenômenos que tinham uma origem comum. Grande parte do avanço tecnológico dos tempos modernos só foi possível graças a essa íntima relação entre eletricidade e magnetismo. Muitas das inúmeras máquinas que facilitam o nosso dia-a-dia são construídas com dis positivos que se servem da interação entre a eletricidade e o magnetismo para realizar trabalho. São dispositivos eletromagnéticos todos os tipos de motores elétricos, geradores, medidores elétricos (voltímetros, amperímetros, etc.), telefone, campainha, etc. Motores e geradores
É muito comum associarmos a palavra motor a tor a um movimento giratório, de rotação. Pois isso tem fundamento. Um motor elétrico é aquele dispositivo que utiliza a interação de um campo magnético com a corrente elétrica para produzir um movimento de rotação. Com esse movimento de rotação, realiza-se trabalho. Um moto motorr elét elétri rico co simp simple les, s, de corre corrent ntee con contí tínua nua,, compõe compõe-se -se,, basi basica came ment nte, e, de um eletroímã que gira e de um ímã permanente fixo. Esse eletroímã é ligado a um circuito elétrico por um comutador - um contato deslizante que só liga; quando os pólos do eletroímã estão próximos dos pólos iguais do ímã permanente - preso seu eixo. Isso produz uma repulsão contínua que faz o eletroímã girar. É esse movimento movimento que t -na o dispositivo dispositivo um motor. Existem
inúmeros pos diferentes de motores elétricos que utilizam corrente elétrica contínua ou alternada. Esquema de um motor elétrico simples, de corrente contínua.
Já os geradores funcionam pelo processo inverso. O movimento de rotação produzido por uma fonte externa - um motor a gasolina ou uma queda-d'água, por exemplo - gera uma corrente elétrica que permite a realização de trabalho. nada. É a corrente que passa pelos circuitos eléEssa corrente gerada quase sempre é alter nada. tricos em sua casa, para acender lâmpadas, ligar o televisor, o rádio, a batedeira de bolo.
Numa usina hidrelétrica, a energia potencial da água é usada para girar as turbinas. O movimento mov imento das turbinas gera energia elétrica. Essa energia elétrica é trazida até as nossas casas para fazer os aparelhos elétricos realizarem trabalhos úteis.
