Microfone e altifalante. Conversão de um sinal sonoro num sinal elétrico. sinal elétrico num sinal sonoro.

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1 Microfone e altifalante Conversão de um sinal sonoro num sinal elétrico. Conversão de um sinal elétrico num sinal sonoro.

2 O funcionamento dos microfones e dos altifalantes baseia-se na: - acústica; - no eletromagnetismo; - na mecânica. O que são campos de Forças? Como podemos produzi-los?

3 CAMPO de FORÇAS Quando a uma dada região do espaço está associada uma dada grandeza física cujas características são função da posição (x, y, z, t) diz-se que nessa região do espaço existe um campo dessa grandeza. Toda a região do espaço no qual uma certa influência se faz sentir: uma partícula colocada em qualquer ponto dessa região sofre ação de uma força bem definida. 3

4 Campo magnético Numa região em que a influência de uma fonte magnética se faça sentir, existe um campo magnético. A interação magnética deteta-se não só em ímanes ou magnetes, mas também cargas em movimento (corrente elétrica) podem originar um campo magnético(experiência de Öersted).

5 Os ímanes são objetos que atraem outros que tenham, por exemplo, ferro, níquel ou cobalto. Por mais cortes que se façam, obtêm-se sempre novos pares de polos polo norte e polo sul. A interação entre dois imanes é uma interação à distancia. Se colocarmos no espaço que rodeia um íman, um outro íman este fica sujeito a uma força magnética dizemos que o primeiro íman gerou um campo magnético. 5

6 Podemos produzir campos magnéticos de dois modos: Com magnetes (ímanes) Com correntes elétricas mulation/generator 6

7 A agulha magnética de uma bússola (colocada fora da acção de um magnete ou de uma corrente eléctrica) aponta sempre para o Norte. Mas se aproximamos dela um magnete, ela roda, tomando a orientação do campo criado pelo magnete. 7

8 O campo magnético é uma grandeza vetorial que tem uma indução magnética que se representa pelo vetor B A unidade SI da intensidade de indução magnética é o tesla (T) Outra unidade (não pertence ao SI) é o gauss (G) 1 G = 1 x 10-4 T Nikola Tesla 8

9 O campo elétrico é uma grandeza vetorial que se representa pelo vetor E Para caracterizar o vetor campo elétrico, colocase uma carga elétrica pontual positiva q 0 carga de prova 9

10 A partir da força elétrica e do valor da carga de prova define-se o campo elétrico que se caracteriza, em cada ponto do espaço por: DIREÇÃO - é a da força elétrica que atua na carga de prova SENTIDO- é a da força elétrica que se exerce na carga de prova (do positivo para o negativo) INTENSIDADE é da força elétrica que atua sobre a carga colocada nesse ponto a dividir pela carga de prova. A unidade SI de intensidade do campo elétrico (E) é o newton por coulomb (N C - 1) ou (Vm -1 ) 10

11 Linhas de campo magnético associadas a um íman de barra Linhas de campo elétrico As linhas de campo partem do pólo norte e acabam no pólo sul. 11

12 Linhas de campo magnético As linhas de indução magnética permitem a visualização do campo magnético. 12

13 As linhas de campo magnético são imaginárias, fechadas e nunca se cruzam. Em cada ponto do espaço, o vetor B é tangente às linhas de campo. O número de linhas de campo, por unidade de área, é proporcional à intensidade do campo magnético. Zonas mais densas campo mais intenso. Zonas menos densas campo menos intenso. Um campo magnético aproximadamente uniforme tem as linhas de campo paralelas. As linhas de campo magnético não indicam a direção da força de interação com o íman. Essa força tem a direção perpendicular ao vetor B. 13

14 Campo magnético Terrestre 14

15 Linhas de campo elétrico E Visualização do campo elétrico espetro elétrico Em cada ponto do espaço, o vetor campo elétrico é tangente às linhas de campo e tem o sentido dessas linhas. As linhas de campo iniciam-se nas cargas positivas e terminam nas cargas negativas. A intensidade do campo elétrico é maior nas zonas mais densas das linhas de campo. As linhas de campo elétrico uniforme são paralelas. 15

16 Linhas de campo elétrico criado por cargas (+) e (-) Campo elétrico, num ponto do espaço, criado por uma partícula carregada Q: A sua intensidade será tanto maior quanto maior for a carga criadora Q. A sua intensidade será tanto maior quanto menor for a distância do ponto à carga Q. tem a direção da linha que une o ponto à carga Q. aponta para a carga se Q < 0 e em sentido contrário se Q > 0. 16

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18 Linhas de campo elétrico produzidas por mais do que uma carga Linhas de campo elétrico produzido por uma ou mais cargas: São linhas imaginárias que partem de cargas positivas e terminam em cargas negativas e nunca se cruzam. O campo elétrico é tangente, em cada ponto, à linha de campo que passa por esse ponto. O campo elétrico num ponto tem o sentido da linha de campo que passa por esse ponto. O campo elétrico será tanto mais intenso quanto maior for a densidade das linhas de campo. 18

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20 Linhas de campo elétrico produzido no interior de duas placas metálicas paralelas. A força elétrica, exercida sobre uma partícula com carga q num campo elétrico: tem sempre a direção do campo ; tem o sentido do campo se q > 0 e sentido oposto a se q < 0; é tanto maior quanto maior for o campo no ponto onde se encontra a partícula. 20

21 Linhas de campo magnético criadas por um condutor retilíneo atravessado por corrente. No campo magnético criado por um fio retilíneo longo atravessado por corrente elétrica: As linhas de campo são circulares com centro no fio num plano perpendicular ao fio; o sentido das linhas de campo (e de ) é dado pela regra da mão direita. O campo magnético tem a mesma intensidade em pontos situados à mesma distância do fio (ou seja, sobre a mesma linha de campo). O campo magnético será tanto mais intenso quanto maior for a intensidade de corrente e quanto menor for a distância ao fio. Agulhas magnéticas situadas sobre linhas de campo orientam-se na direção do campo (tangente às linhas) e apontam no sentido do campo (dado pelo polo norte da agulha). 21

22 Linhas de campo magnético. 22

23 EXPERIÊNCIA de ÖERSTED Em 1820 o físico dinamarquês Hans Christian Öersted ( ) observou que uma agulha magnética, quando nas proximidades de uma corrente elétrica, roda como se estivesse perto de um íman. Concluiu que uma corrente elétrica origina um campo magnético. 23

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25 INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA Se uma corrente elétrica origina um campo magnético, será que um íman pode criar um campo elétrico? Os físicos Michael Faraday e Joseph Henry descobriram que a resposta era afirmativa e estudaram as condições em que este fenómeno se detetava. As seguintes experiências ilustram os resultados das suas descobertas: Indução eletromagnética por movimento de um íman no interior de uma bobina. Quando se move o íman no interior da bobina é induzida uma força eletromotriz (f.e.m.) que estabelece uma corrente elétrica cujo sentido muda sempre que o movimento do íman é invertido. 25

26 Indução eletromagnética por ação de um campo elétrico variável numa bobina. Uma corrente elétrica variável cria um campo magnético variável na vizinhança. Este origina uma f.e.m. induzida numa bobina nele colocado. Enrolando um fio condutor num prego de ferro maciço e ligando-o a um pilha podemos verificar o desvio de uma agulha magnética e atrair clips como se fosse um íman. O conjunto bobina e prego chamase eletroíman. 26

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28 FLUXO MAGNÉTICO Se considerarmos uma espira condutora que delimita uma superfície de área A colocada numa região do espaço onde existe um campo magnético uniforme. Designemos por o vetor unitário perpendicular à superfície. Representemos por o ângulo que esse vetor unitário faz com B. O fluxo magnético (através da espira) é dado pela expressão: B - fluxo magnético em weber (Wb) B intensidade de indução magnética em tesla (T) A área da superfície plana em m 2 - ângulo formado pela direção da normal à superfície e o vector B

29 FLUXO MAGNÉTICO 1 espira N espiras 29

30 CARACTERISTICAS DO FLUXO MAGNÉTICO 30

31 O fluxo magnético depende da área, quanto maior a área maior o fluxo (se mantivermos constantes os outros fatores) 31

32 O fluxo magnético depende da posição da espira (ângulo formado pela direção da normal à superfície e do vetor B), é máximo para um ângulo de 0º e nulo para um ângulo de 90º (se mantivermos constantes os outros fatores) 32

33 Fonte: 33

34 PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS 34

35 PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS A corrente variável na espira da esquerda cria uma corrente, chamada corrente induzida, na espira da direita. 35

36 PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS O sentido ca corrente induzida depende do sentido em que se movimenta o íman. 36

37 PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS Só existe indução eletromagnética se o fluxo do campo magnético variar no tempo, o que pode acontecer: movendo um íman perto do circuito: varia B, então varia ; movendo o circuito perto de um íman: varia B, então varia ; mantendo o íman parado mas deformando o circuito varia A ou a orientação do circuito (ou seja, ), então varia ; mantendo o circuito junto de outro circuito no qual a intensidade de corrente esteja sempre a variar: varia B, então varia. 37

38 LEI DE FARADAY Qualquer que seja o processo que cria a corrente induzida, de intensidade I, a diferença de potencial ou tensão que é responsável pelo seu aparecimento designa-se por força eletromotriz,. A unidade SI de força eletromotriz induzida é o volt (V). A força eletromotriz induzida num circuito é, em módulo, igual à taxa de variação temporal do fluxo magnético que o atravessa: 38

39 Sendo a força eletromotriz induzida uma diferença de potencial associada à corrente induzida num circuito, e a potência elétrica disponível P = U I, pode concluir-se que a potencia a disponibilizar pelo circuito: P = I É tanto maior quanto maior for a força eletromotriz induzida 39

40 Funcionamento do microfone e do altifalante O funcionamento do microfone e do altifalante tem por base a indução eletromagnética. Ambos têm uma membrana ou diafragma, uma bobina e um íman, contudo, no microfone um sinal sonoro é convertido num elétrico enquanto no altifalante o processo é inverso, um sinal elétrico é convertido em sinal sonoro. 40

41 O ALTIFALANTE 41

42 Funcionamento do altifalante íman em forma de disco. bobina que executa movimento de vai e vem. Diafragma que oscila por estar preso à bobina. 42

43 Funcionamento do altifalante: Quando a corrente elétrica passa na bobina, varia de acordo com os sinais elétricos recebidos (resultantes, por exemplo, da conversão no microfone de um sinal sonoro), dando origem a um campo magnético variável que, ao interagir com o campo magnético criado pelo íman, provoca na bobina um movimento oscilatório. Uma vez que a bobina está ligada a uma membrana, esta passa a vibrar com a mesma frequência e com a mesma intensidade, reproduzindo o som original, ou seja, a membrana oscilante não é mais do que uma fonte sonora. 43

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45 Funcionamento do microfone: Quando o som atinge a membrana, esta entra em oscilação devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora, onda de pressão. Como a membrana está ligada à bobina, esta passa a oscilar com a mesma frequência. Durante este movimento, o fluxo magnético do campo criado pelo íman varia, induzindo uma força electromotriz que dá origem a uma corrente eléctrica na bobina do microfone. Esta corrente alternada induzida na bobina apresenta as mesmas características do som original quer em frequência quer em intensidade. 45

46 Outra aplicação da indução electromagnética são os GERADORES. Os geradores de f.e.m. induzida são máquinas que transformam energia mecânica em energia eléctrica através da indução electromagnética. 46