01 Aula de Fluxo Magnético

01 Aula de Fluxo Magnético

(Parte 1 de 2)

Curso: Engenharia Disciplina: complementos de Física Professor: Douglas Assunto: Eletromagnetismo ( Fluxo Magnético )

Ela é uma das primeiras leis do eletromagnetismo, e o efeito que ela descreve é de fundamental importância. Máquinas Elétricas e Transformadores, por exemplo, tem o seu funcionamento baseado inteiramente no princípio da indução eletromagnética.

A ela devemos toda energia elétrica que consumimos em nossas residências, instalações industriais e comerciais, pois o funcionamento dos geradores nas usinas geradoras de energia elétrica funcionam baseados nesse princípio. Também devemos a esse fenômeno a nossa capacidade de nos comunicarmos com todo o mundo, a até com outros planetas, pois as ondas eletromagnéticas geradas nas estações ou equipamentos transmissores viajam pelo espaço, e são captadas por equipamentos receptores, onde tensões variáveis serão induzidas em seus circuitos, para posterior decodificação.

Um campo magnético variável dá origem a um campo elétrico. Faraday descobriu que uma força eletromotriz e uma corrente podem ser induzidas em uma espira, fazendo variar a quantidade de campo magnético que atravessa a espira. Percebeu ainda que a “quantidade de campo magnético” pode ser visualizada em termos das linhas de campo magnético que atravessam a espira.

Um amperímetro revela a existência de uma corrente na espira quando o ímã está em movimento em relação a espira.

Quanto mais rápido o movimento , maior a corrente. Quando aproximamos da espira o pólo norte do ímã a corrente tem sentido horário. E quando aproximamos da espira o pólo sul a corrente tem sentido anti – horário.

A corrente produzida na espira é chamada de corrente induzida.

sentido de penetrar na espira. Portanto o fluxo magnético que atravessa a espira estará aumentando

Considere a espira circular da figura (A) abaixo, com um ímã permanente movendo-se no Isto resultará em uma corrente induzida na espira, numa direção tal que o fluxo magnético por ela gerado se oporá à variação do fluxo produzido pelo ímã permanente. Na figura (B) o ímã está se afastando da espira, portanto o fluxo que atravessa a espira estará diminuindo.

Novamente ter-se-á uma indução de corrente na espira, produzindo um fluxo que se oporá à variação do fluxo produzido pelo ímã. Assim, a direção da corrente na figura (B) será na direção contrária à corrente da figura (A).

Movendo-se o ímã para cima e para baixo, alternadamente, uma corrente alternada (CA) fluirá na espira. Este arranjo constitui portanto um gerador simples de corrente alternada. O fato da corrente induzida na espira estar sempre em oposição à variação do fluxo produzido pelo ímã permanente, é explicado pela lei de Lenz.

figura -

Variação do fluxo magnético através de uma espira, pelo movimento de um ímã permanente.

Tratamento Quantitativo:

Para aplicar a lei de Faraday a problemas específicos precisamos saber calcular a quantidade

de campo magnético que atravessa uma espira. Para isso definimos um fluxo elétrico ϕE = AdE

Agora vamos definir um fluxo magnético: suponha que a espira que envolve uma área A seja submetida a um campo magnético B . Nesse caso, o fluxo magnético que atravessa a espira é dado por:

. ( fluxo magnético através da área A ).

Supondo que a espira esteja em um plano e que o campo magnético seja perpendicular ao plano da espira. Nesse caso, podemos escrever o produto escalar da equação do fluxo magnético como: B . dA. Cos 0º = B.dA. além disso o campo magnético é uniforme então podemos afirmar que:

),(. uniformeBAáreaBABB

Suponha agora que a espira é seccionada em um ponto qualquer, como na figura abaixo. O movimento alternado do ímã fará com que uma força eletromotriz apareça entre os seus terminais. Essa força eletromotriz será igual à taxa de variação do fluxo concatenado com a espira em relação ao tempo

A unidade de fluxo magnético é o tesla- metro quadrado, que recebe o nome de Weber ( Wb): 1 Weber = 1 Wb = 1 T.m2

Desta forma podemos enunciar a lei de Faraday da seguinte forma: “ O módulo da força eletromotriz induzida em uma espira condutora é igual a taxa de variação com o tempo do fluxo magnético ϕB que atravessa a espira”.

Se o fluxo magnético através de uma bobina de N espiras sofre uma variação, uma força eletromotriz é induzida em cada espira e a força eletromotriz total é a soma das forças eletromotrizes. Assim a força eletromotriz total é dada pela expressão:

)(. espirasNcomBobina dt

Existem três formas de mudar o fluxo magnético que atravessa uma bobina: - Mudar o módulo B do campo magnético;

- Mudar a área total da Bobina ou a parte d área atravessada pelo campo magnético ( aumentando ou diminuindo o tamanho da bobina);

- Mudar o ângulo de orientação do campo magnético B e o plano da bobina. ( fazendo a bobina girar por exemplo).

A Lei de Lenz

Pouco depois de Faraday propor a lei de indução Heinrich Friedrich lenz , inventou uma regra, hoje conhecida como a lei de Lenz, para determinar o sentido da corrente induzida em uma espira:

“ A corrente induzida em uma espira tem o sentido tal que o campo magnético produzido pela corrente se opõe ao campo magnético que induz a corrente”.

A força eletromotriz induzida tem o mesmo sentido que a corrente induzida.

A aplicação da lei de Lenz. Quando o ímã se aproxima da espira uma corrente é induzida na espira.

A corrente produz um outro campo magnético, cujo o momento dipolar magnético está orientado de tal forma que se opõe ao movimento do ímã.

Tendo como exemplo uma espira circular no mesmo plano da folha submetida a um fluxo magnético constante (portanto sem corrente induzida) e "entrando" no papel. Dependendo da movimentação dada à espira, ocorrerá aumento ou diminuição do fluxo magnético e, com base nesse movimento, podemos determinar o sentido da corrente criada:

Afastamento (diminuição do fluxo magnético): sentido horário. Aproximação (aumento do fluxo magnético): sentido anti-horário.

Com a variaçao do fluxo magnético, mesmo constante, gera uma corrente elétrica, intensa ou não, depende-se do campo que se forma na espira circular.

Quando um ímã se aproxima de uma espira, surge uma corrente induzida sobre ele. Essa corrente faz surgir um campo magnético, cujo sentido pode ser determinado pela regra de Àmpere. Ao aplicar essa regra verifica-se que o campo magnético tem sentido oposto ao campo magnético do ímã. Se fizermos o contrário, ao afastarmos o ímã da bobina perceberemos que a corrente induzida surge em sentido contrário à situação anterior e ao utilizar novamente a regra de Àmpere é possível perceber que o campo magnético criado pela corrente induzida tem o mesmo sentido do campo magnético do ímã

Maxwell estabeleceu algumas leis básicas de eletromagnetismo, baseado nas já conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampère, a Lei de Faraday, etc.

Na realidade , Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as correlações que havia em alguns fenômenos, dando origem à teoria de que eletricidade, magnetismo e óptica são de fato manifestações diferentes do mesmo fenômeno físico.

O físico inglês Michael Faraday já havia afirmado que era possível produzir um campo a partir de um campo magnético variável.

Imagine um imã e um anel:

Considere o imã perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o imã ou o anel, aparecerá uma corrente no anel, causado por um campo elétrico criado devido à variação do fluxo magnético no anel.

Maxwell verificou que o contrário também era possível. Um campo elétrico variável podia gerar um campo magnético.

Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente.

Ao crescerem as cargas das placas, o campo elétrico aumenta, produzindo uma campo magnético (devido a variação do campo elétrico).

Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equações para descrever os fenômenos eletromagnéticos analisados, podemos ter uma noção de sua teoria baseados em duas conclusões:

Um campo elétrico variável no tempo produz um campo magnético. Um campo magnético variável no tempo produz um campo elétrico.

A GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS Imagine uma antena de uma estação de rádio:

Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido.

A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga.

(Parte 1 de 2)

Comentários