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5º Consiste na análise dos resultados obtidos para as correntes;

Obs: Caso uma intensidade de corrente resulte negativa, significa que seu sentido é o “contrário daquele assumido na 2º etapa.

Princípiosda 3

Eletricidade

ELETROMAGNETISMO

É o ramo da Física que estuda as interações elétricas e magnéticas em conjunto. Experiências mostraram que um campo magnético pode ser gerado não apenas por ímãs, mas também por correntes elétricas. O magnetismo dos ímãs é feito através de micro-correntes no seu interior. Desta forma, a origem de qualquer campo magnético é atribuída ás cargas elétricas em movimento.

MAGNETISMO

Magnetismo é a parte da Física que estuda os materiais magnéticos, ou seja, que estuda materiais capazes de atrair ou repelir outros que ocorre com materiais eletricamente carregados.

A primeira referência conhecida sobre uma substância capaz de atrair outras é a de Tales de Mileto. Em uma de suas viagens a Ásia ( na época província da Grécia ) para Magnésia ( nome da região da Ásia ) constatou que pequenas pedras estavam sendo atraídas na ponta de ferro do seu cajado. Então estudou tal fenômeno e descobriu o magnetismo e a eletricidade.

Mas esses fenômenos nunca despertaram um grande interesse, até os século XIII, quando as bússolas passaram a ser usadas. Algumas pessoas tentaram explicar os magnetismos durante essas épocas, mas só nos século XIX; Oersted iniciou as observações sobre o Eletromagnetismo; enquanto Maxwell formulou as leis que descreviam esses fenômenos, foi a partir daí que um estudo mais completo se iniciou.

Atualmente, se sabe que o magnetismo e o eletromagnetismo são diretamente ligados não fazendo muito sentido, estudá-los separadamente. Materiais magnéticos são amplamente utilizados em motores, transformadores, dínamos, bobinas, etc, ou seja, em equipamentos elétricos, onde o próprio magnetismo é explicado em termos do movimento dos elétrons.

Contudo, quase que a totalidade dos imãs utilizados pelo homem são feitos industrialmente, podendo existir imãs temporários (feitos de ferro doce) e permanentes (feitos de ligas metálicas, geralmente contendo níquel ou cobalto). As propriedades magnéticas de um material também são definidas pela estrutura dos átomos que o compõem, embora de maneira mais sutil do que os fenômenos elétricos. Na verdade, cada átomo tem as suas propriedades magnéticas, que combinadas no todo, podem determinar se um corpo macroscópico apresentará este tipo de comportamento. Vamos em seguida relatar algumas características básicas do magnetismo.

Os diamagnéticos são os materiais que são ligeiramente“repelidos” pelos ímas. O campo magnético gerado pelo imã faz com que o movimento dos elétrons se altere, como se uma corrente elétrica estivesse passando pelo material, e assim gerando um outro campo magnético. Esse campo se alinha em direção oposta ao do imã, e isso causa a repulsão.

Os paramagnéticos são os materiais que são ligeiramente “atraídos” pelos imãs. Eles possuem elétrons desemparelhados que se movem na direção do campo magnético, diminuindo a energia.

Os ferromagnéticossão os materiais que mantêm os spins de seus elétrons alinhados da mesma maneira, mesmo que sejam retiradas da influência do campo magnético. Esse alinhamento produz um outro campo e por isso materiais ferromagnéticos são usados para produzir magnetos permanentes. Materiais ferromagnéticos são: O Ferro, o Níquel, o Cobalto e ligas que contenham, pelo menos um desses elementos.

Os materiais diamagnéticos e paramagnéticos costumam ser classificados como não-magnéticos, pois seus efeitos, quando sob influência de um campo magnético, são muito pequenos. Já os ferromagnéticos são as substâncias fortemente atraídas” pelos ímãs.

OBS: Sem a influência do campo, o material mantém os spins de seus elétrons orientados aleatoriamente; e isso é o que diferencia as substâncias paramagnéticas das ferromagnéticas.

É importante saber que campos magnéticos são diferentes de campos elétricos, embora um gere o outro. Como já explicado, o primeiro se origina do movimento de cargas elétricas, enquanto que o campo elétrico surge apenas com uma carga, não importando seu momento. O campo magnético é perpendicular ao campo elétrico.

As extremidades dos ímãs são conhecidas como pólos magnéticos, sendo um o pólo norte ( N ) do ímã e a outra o pólo sul ( S ) e esses pólos são inseparáveis do ímã, mesmo sendo cortados dele, surgem outros pólos sul e norte, sendo que os pólos opostos se atraem e os pólos iguais se repelem.

Pólos Magnéticos: Assim como na eletricidade temos as cargas positivas e negativas, no magnetismo, os equivalentes são o pólo norte e pólo sul. Tais pólos estão sempre posicionados nas extremidades de um imã. Os pólos magnéticos sempre surgem aos pares, não sendo possível separá-los. Se partirmos um imã ao meio, o que teremos como resultado são dois imãs menores, cada um com os seus respectivos pólos norte e sul.

Interação entre imãs: Novamente aqui temos um comportamento que lembra a eletricidade: os imãs podem sofrer atração ou repulsão por outro imã, dependendo da posição dos pólos. Pólos diferentes atraem-se, pólos iguais, repelem-se.

CAMPO MAGNÉTICO

Cargas elétricas em movimento; origem de todos os campos magnéticos”.

Introdução– O magnetismo é um fenômeno básico no funcionamento de motores elétricos, geradores, reprodução de voz e imagens, gravação de informações na memória do computador e várias outras aplicações tecnológicas.

A região do espaço que envolve um ímã; que envolve um condutor percorrido por uma corrente elétrica ou um corpo eletrizado em movimento é denominada Campo magnético.

Sua representação é feita através de linhas de campo ou linhas de indução, que são linhas imaginárias fechadas que saem do pólo norte e entram no pólo sul.

O campo magnético, representado por (H), tem sua unidade de medida o Ampère por metro no (SI).

[H] = A/m

Interação entre Corrente Elétrica e Campo Magnético:

Eletromagnetismo

Experiência de Oersted:

No começo do século XIX, o físico dinamarquês Hans C. Oersted fez uma experiência envolvendo um circuito, percorrido por uma corrente elétrica, e uma bússola colocada próxima ao circuito. Quando nenhuma corrente percorria o circuito, a bússola permanecia alinhada com o campo magnético terrestre. Porém, ao fechar o circuito, com a corrente fluindo através dele, o ponteiro da bússola orientava-se de maneira perpendicular à corrente elétrica.

Isto evidencia que uma corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor. Tal fato possibilita uma série de aplicações.

Podemos observar as linhas de campo magnético ao redor de um fio percorrido por

uma corrente colocando limalha de ferro em um papel cujo plano é perpendicular ao fio.

As linhas de campo são circunferências centradas no fio. Quanto mais longe do fio,

menor a intensidade do campo magnético.

Vista em Vista de Cima Vista Lateral

perspectiva

O sentido das linhas do campo magnético criado por uma corrente elétrica foi estudado por Ampère, que estabeleceu uma regra para determiná-lo, conhecida como regra da mão direita.

Segure o condutor com a mão direita, envolvendo-o com os dedos e mantendo o polegar apontando o sentido da corrente, e os demais dedos o sentido das linhas de campo magnético.

Campos Magnéticos na Matéria - Conclusão

De fato, uma conclusão fundamental é que cargas elétricas em movimento (corrente elétrica) geram ao redor de si um campo magnético. No átomo, o que temos são os elétrons, cargas negativas, circulando ao redor do núcleo. Com a combinação dos campos gerados por cada um dos elétrons é que pode determinar se o átomo vai ter propriedades magnéticas ou não, conforme esquema da figura abaixo. Este modelo foi proposto por Ampère, e ficou conhecido por “correntes amperianas”, pode ser encarado como boa aproximação em casos mais simples.

Indução Magnética

É o fenômeno da imantação de um corpo por meio de um ímã.

Podemos citar a seguinte exemplo:

Um prego de ferro é, normalmente, um corpo não-imantado. Porém quando ele é colocado na presença de um ímã, o vetor campo magnético do campo criado por esse ímã orienta os ímãs elementares do prego, imantando-o e fazendo com que o prego seja atraído.

Dessa forma o prego torna-se um ímã também, sendo capaz, portanto, de atrair outros pregos, através da repetição do fenômeno.

Com a descoberta da indução eletromagnética pelo inglês Michael Faraday em 1831, ao observar a experiência de Oersted, em que uma corrente elétrica conseguia gerar um campo magnético, desvia não o ponteiro da bússola, Faraday questionava se o inverso poderia acontecer, ou seja, um campo magnético gerar uma corrente elétrica.

A conclusão de Faraday foi que não é a presença do campo magnético que provoca corrente, e sim a variação do fluxo do campo magnético.

Com isso, o enunciado da Lei de Faraday pode ser escrito como:

Toda vez que um condutor estiver sujeito a uma variação de fluxo magnético, nele aparece uma fem induzida, enquanto o fluxo estiver variando.”

Outro exemplo disto é que em instalações elétricas industriais, a indução eletromagnética pode ocorrer entre os cabos de força, por onde passam correntes altas, e os cabos de instrumentação, com correntes relativamente baixas. O campo magnético variável dos cabos de força induz uma corrente nos cabos de instrumentação, causando erros de leitura em instrumentos sensíveis, como sensores e medidores, podendo, em alguns casos, até queimá-los. Para evitar tais problemas, os cabos de força são instalados separadamente dos cabos de instrumentação. Da mesma maneira, o uso de equipamentos eletrônicos, como notebooks e telefones celulares, podendo gerar campos eletromagnéticos capazes de causar erros de leituras nos instrumentos de campo, o que poderia causar paradas de equipamentos críticos para o processo produtivo de uma refinaria. Não podemos nos esquecer, ainda, que equipamentos que contêm baterias, como os já citados, podem provocar pequenas faíscas entre os contatos das baterias e dos aparelhos, o que pode ser extremamente perigoso na presença de gases inflamáveis!

Aplicações:

A teoria eletromagnética é muito usada na construção de geradores de energia elétrica, dentre estes destacam-se os alternadores ou geradores de corrente alternada, que propiciam maior rendimento que os de corrente contínua por não sofrerem perdas mediante atrito. A base do alternador é o eletroímã, núcleo em geral de ferro doce e em torno do qual se enrola um fio condutor revestido de cobertura isolante. O dispositivo gira a grande velocidade, de modo que os pólos magnéticos mudam de sentido e induzem correntes elétricas que se invertem a cada instante. Com isso, as cargas circulam várias vezes pela mesma seção do condutor. Os eletroímãs também são utilizados na fabricação de elevadores e instrumentos cirúrgicos e terapêuticos. Seu uso abrange diversos campos industriais, uma vez que os campos que geram podem mudar de direção e de intensidade.

Força magnética

As Forças entre duas cargas em movimento não são iguais em módulos, não tem a mesma direção e nem são oposta em sentidos.

Consideremos uma carga elétrica q lançada dentro de um campo magnéticoB com velocidade vetorial v, formando um ângulo 0 com o vetor B.

Verificamos que essa carga sofre a ação de uma força magnética, também chamada de força de Lorentz, cujas características são:

  • Direção: Perpendicular ao plano formado pelos vetores B e v;

  • Sentido: Dado pela regra da mão esquerda. Para tanto, disponha os dedos polegar, indicador e médio.

O indicador representa o sentido de B; o dedo médio, o sentido de v e o polegar o sentido de Fm.

Se a carga for positiva, o sentido de Fm é o indicado na figura e, se a carga for negativa, o sentido de Fm é contrário ao dado pela mão esquerda.

  • Intensidade: dada por:

Fm = q v B sen0

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