Baixe Eletromagnetismo (apresentação) e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Eletromagnetismo Prof. Wagão O campo magnético criado pela corrente elétrica que percorre um supercondutor faz com que um pequeno ímã flutue Introdução • As primeiras observações de fenômenos magnéticos são muito antigas. Acredita-se que estas observações foram realizadas pelos gregos, em uma cidade denominada Magnésia. Eles verificaram que existia um certo tipo de pedra que era capaz de atrair pedaços de ferro. Fenômenos Magnéticos • Verifica-se que dois ímãs em forma de barra, quando aproximados um do outro apresentam uma força de interação entre eles. Pólos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se atraem S NS N Repulsão Atração N S S N Fenômenos Magnéticos – A Bússola • A bússola foi a primeira aplicação prática dos fenômenos magnéticos. • É constituída por um pequeno ímã em forma de losango, chamado agulha magnética, que pode movimentar-se livremente. N (geográfico) S (geográfico) Fenômenos Magnéticos – A Bússola • O pólo norte do ímã aponta aproximadamente para o pólo norte geográfico. • O pólo sul do ímã aponta aproximadamente para o pólo sul geográfico. N S Norte geográfico Sul geográfico Campo Magnético • Defini-se como campo magnético toda região do espaço em torno de um condutor percorrido por corrente elétrica ou em torno de um ímã. • A cada ponto P do campo magnético, associaremos um vetor B , denominado vetor indução magnética ou vetor campo magnético. • No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de intensidade do vetor B denomina-se tesla (símbolo T). Direção e sentido do vetor B • Uma agulha magnética, colocada em um ponto dessa região, orienta-se na direção do vetor B . • O pólo norte da agulha aponta no sentido do vetor B . • A agulha magnética serve como elemento de prova da existência do campo magnético num ponto. NS N S N S N S B1 B2 B3 Linhas de Campo Magnético • Em um campo magnético, chama-se linha de campo magnético toda linha que, em cada ponto, é tangente ao vetor B e orientada no seu sentido. • As linhas de campo magnético ou linhas de indução são obtidas experimentalmente. • As linhas de indução saem do pólo norte e chegam ao pólo sul, externamente ao ímã. Linha de indução 1 2 B2 B1 As linhas de indução são uma simples representação gráfica da variação do vetor B. Classificação das Substâncias Magnéticas • Substâncias Ferromagnéticas: são aquelas que apresentam facilidade de imantação quando em presença de um campo magnético. Ex: ferro, cobalto, níquel, etc. • Substâncias Paramagnéticas: são aquelas que a imantação é difícil quando em presença de um campo magnético. Ex: madeira, couro, óleo, etc. • Substâncias Diamagnéticas: são aquelas que se imantam em sentido contrário ao vetor campo magnético a que são submetidas. Corpos formados por essas substâncias são repelidos pelo ímã que criou o campo magnético. Ex: cobre, prata, chumbo, bismuto, ouro, etc. Imantação Transitória e Permanente • Ímãs permanentes são aqueles que, uma vez imantados, conservam suas características magnéticas. • Ímãs transitórios são aqueles que, quando submetidos a um campo magnético, passam a funcionar como ímãs; assim que cessa a ação do campo, ele volta às características anteriores. A Experiência de Oersted • Em 1820, o físico dinamarquês H. C. Oersted notou que uma corrente elétrica fluindo através de um condutor desviava uma agulha magnética colocada em sua proximidade. Hans Christian Oersted Sentido das Linhas de Campo Magnético • O sentido das linhas de campo magnético gerado por corrente elétrica foi estudado por Ampère, que estabeleceu regra para determiná-lo, conhecida como regra da mão direita. • Segure o condutor com a mão direita e aponte o polegar no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor B. Linhas de Indução – Condutor Retilíneo • Vista em perspectiva • Vista de cima • Vista de lado Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano) Intensidade do Vetor B – Condutor Retilíneo • A intensidade do vetor B, produzido por um condutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart: d i B o .2      i  corrente em ampère d  distância do ponto ao condutor, perpendicular a direção do mesmo o  permeabilidade magnética do vácuo. AmTo   7104  Campo Magnético em uma Espira Circular • Considere uma espira circular (condutor dobrado segundo uma circunferência) de centro O e raio R. • As linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, podendo este sentido ser determinado pela regra da mão direita. Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro Campo Magnético em uma Espira Circular • A intensidade do vetor B no centro O da espira vale: R i B o    2  i  corrente em ampère R  Raio da espira em metros o  permeabilidade magnética do vácuo. AmTo   7104  Pólos de uma espira • Note que a espira tem dois pólos. O lado onde B “entra” é o pólo sul; o outro, o norte. Observador 1 Observador 2 Para o observador 1, as linhas de indução da espira saem pela face que está voltada para ela. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um pólo norte. 2 espira entram pela face que está voltada para ele. Portanto, essa face da espira se caracteriza como um pólo sul. Exemplo • Dada uma espira circular no vácuo com raio de 4cm, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 2,0A no sentido indicado na figura, determine as características do vetor B no centro da espira. i Solução • A intensidade do vetor B no centro da espira vale: TB R i B o 5 2 7 10 1042 2104 2             A mT mcmR Ai Dados o       7 2 104 1044 2 :   i i R B A direção é perpendicular ao plano da espira e o sentido, “saindo do plano” Campo Magnético em um Solenóide • O solenóide é um dispositivo em que um fio condutor é enrolado em forma de espiras não justapostas. • O campo magnético produzido próximo ao centro do solenóide (ou bobina longa) ao ser percorrido por uma corrente elétrica i , é praticamente uniforme (intensidade, direção e sentido constantes). Intensidade do vetor B no interior do solenóide • A intensidade do vetor indução magnética uniforme no interior do solenóide é dada por: L i i L iN B o    N  Número de espiras Exemplo • Um solenóide de 1000 espiras por metro está no vácuo e é percorrido por uma corrente de 5,0A. Qual a intensidade do vetor indução magnética no interior do solenóide? Solução A mT mL espirasN Ai Dados o       7104 1 1000 5 :  TB B L iN B o 3 37 102 1 510104           O Eletroíma • Uma bobina com núcleo de ferro constitui um eletroíma. • Em virtude da imantação do pedaço de ferro, o campo magnético resultante assim obtido é muito maior do que o campo criado apenas pela corrente que passa pela bobina. Exercícios • 3. (UFPR) Em 1820, Oersted descobriu que, ao passar uma corrente elétrica através de um fio retilíneo, a agulha imantada de uma bússola, próxima ao fio, movimentava-se. Ao cessar a corrente, a agulha retornava a sua posição original. Considere a agulha de uma bússola colocada num plano horizontal, podendo mover-se livremente em tomo de um eixo vertical fixo. Suponha que ela esteja próxima de um fio condutor muito longo colocado na vertical, conforme a figura. Fio É correto afirmar que: a) Quando passa uma corrente elétrica pelo fio, é gerado um campo magnético que tende a alinhar a agulha imantada com a direção deste campo. b) Ao inverter-se o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha tende a inverter sua orientação. c) A intensidade do campo magnético num ponto do espaço, gerado pela corrente no fio, será tanto maior quanto mais distante o ponto estiver do fio. d) As linhas de força do campo magnético gerado pela corrente no fio são semi-retas com origem no fio e perpendiculares a ele. e) A posição original da agulha da bússola indica, na ausência de correntes elétricas ou outros campos magnéticos, a direção do componente horizontal do campo magnético terrestre. f) O fenômeno físico citado no enunciado é conhecido como indução eletromagnética e é descrito pela lei de Faraday. Exercícios – cont. E E E C C C Exercícios • 4. (UFMG) Essa figura mostra três fios paralelos, retos e longos, dispostos perpendicularmente ao plano do papel, e, em cada um deles, uma corrente i. Cada fio separadamente, cria em um ponto a 20cm de distância dele, um campo magnético de intensidade B. O campo magnético resultante no ponto P, devido à presença dos três fios, terá intensidade igual a: 20cm 20cm 20cm i i iP Solução • Como os dois condutores são percorridos por correntes iguais e a distância do condutor ao ponto P é a mesma para os dois condutores, podemos concluir que a intensidade do campo magnético gerado por cada condutor no ponto P será a mesma. M N P B B BR Exercícios • 6. (UFSC) Seja uma espira circular de raio r , na qual passa uma corrente de intensidade i . Considere o campo magnético gerado por esta espira. Marque a(s) proposição(ões) verdadeiras. a) O campo no centro da espira é perpendicular ao plano definido pela espira. b) O campo no centro da espira está contido no plano definido pela espira. c) O campo gerado fora da espira, no plano definido por ela, tem mesma direção e mesmo sentido do campo gerado no interior da espira, também no plano definido por ela. d) Se dobrarmos a corrente i , o campo gerado cai à metade. e) Se dobrarmos o raio da espira, o campo gerado em seu centro cai a ¼ do valor anterior. f) Se invertermos o sentido da corrente, a direção e o sentido do campo gerado não se alteram. C E E E E E