? Para gerar uma corrente eléctrica, precisamos ou não de dispor de uma pilha ou de uma bateria? Mai-09 Dulce Godinho 1

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1 ? Para gerar uma corrente eléctrica, precisamos ou não de dispor de uma pilha ou de uma bateria? Mai-09 Dulce Godinho 1

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3 INTRODUÇÃO As primeiras observações de fenómenos magnéticos são muito antigas. Acredita-se que estas observações foram realizadas pelos gregos, numa cidade denominada Magnésia. Eles verificaram que existia um certo tipo de pedra que era capaz de atrair pedaços de ferro Mai-09 Dulce Godinho 4

4 INTRODUÇÃO Sabe-se actualmente que essas pedras, denominadas ímãs naturais,, são constituídas por um certo óxido de ferro. O termo magnetismo foi, então, usado para designar o estudo das propriedades destes ímãs, em virtude do nome da cidade onde foram descobertos. Observou-se que um pedaço o de ferro, colocado nas proximidades de um ímã natural, adquiria as mesmas propriedades de um ímã (magnetização), obtendo assim ímãs não- naturais (ímãs artificiais). Mai-09 Dulce Godinho 5

5 Fenómenos Magnéticos Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos com maior intensidade por certas partes do ímã, as quais foram denominadas pólos do ímã. Um ímã possui sempre dois pólos com comportamentos opostos. O pólo norte e o pólo sul magnéticos Pólo Pólo Limalha de ferro Mai-09 Dulce Godinho 6

6 Fenómenos Magnéticos Verifica-se que dois ímãs em forma de barra, quando aproximados um do outro apresentam uma força a de interacção entre eles. S N N S S N S N Repulsão Atração Pólos iguais repelem-se e pólos p diferentes atraem-se Mai-09 Dulce Godinho 7

7 Fenómenos Magnéticos - Propriedade de inseparabilidade dos pólosp Cortemos um ímã em duas partes iguais, que por sua vez podem ser redivididas em outras tantas. Cada uma dessas partes constitui um novo ímã que, embora menor, tem sempre dois pólos. p Esse processo de divisão pode continuar até que se obtenham átomos, que tem a propriedade de um ímã. N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S N S Mai-09 Dulce Godinho 8

8 Fenómenos Magnéticos A BússolaB A bússola b foi a primeira aplicação prática dos fenómenos magnéticos. É constituída por um pequeno ímã em forma de losango, chamado agulha magnética, que pode movimentar-se livremente. N (geográfico) S (geográfico) Mai-09 Dulce Godinho 9

9 Fenómenos Magnéticos A BússolaB O pólo p norte do ímã aponta aproximadamente para o pólo p norte geográfico. O pólo p sul do ímã aponta aproximadamente para o pólo p sul geográfico. Norte geográfico N S Sul geográfico Mai-09 Dulce Godinho 10

10 Fenómenos Magnéticos - O Ímã Terra A Terra comporta-se como um grande ímã cujo pólo magnético norte é próximo ao pólo sul geográfico e vice-versa. Sul magnético Norte geográfico Os pólos geográficos e magnéticos da Terra não coincidem. Sul geográfico Norte magnético Mai-09 Dulce Godinho 11

11 Campo Magnético Define-se como campo magnético toda região do espaço o em torno de um condutor percorrido por corrente elétrica ou em torno de um ímã. A cada ponto P do campo magnético, associaremos um vector B, denominado vector indução magnética ou vector campo magnético tico. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de intensidade do vector B denomina-se tesla (símbolo T). Mai-09 Dulce Godinho 12

12 Direcção e sentido do vector B Uma agulha magnética, colocada em um ponto dessa região, orienta-se na direção do vector B O pólo p norte da agulha aponta no sentido do vector B. A agulha magnética serve como elemento de prova da existência do campo magnético num ponto. S N S N S N S N Mai-09 Dulce Godinho 13 B 1 B 2 B 3

13 Linhas de Campo Magnético Chama-se linha de campo magnético toda linha que, em cada ponto, é tangente ao vector B e é orientada no seu sentido As linhas de campo magnético ou linhas de indução são obtidas experimentalmente. As linhas de indução, são externas ao ímã, saem do pólo p norte e chegam ao pólo p sul. B 2 Linha de As linhas de indução são uma 2 campo simples representação gráfica da variação do vector B. Mai-09 Dulce Godinho 14 B 1 1

14 Linhas de Campo Íman em forma de barra S N Linhas de indução obtidas experimentalmente com limalha de ferro. Cada partícula da limalha comporta-se como uma pequena agulha magnética. Mai-09 Dulce Godinho 15

15 Linhas de Campo Campo magnético uniforme é aquele no qual, em todos os pontos, o vector B tem a mesma direcção, o mesmo sentido e a mesma intensidade. N P 1 P 2 P 3 B B B S Mai-09 Dulce Godinho 16

16 Classificação das Substâncias Magnéticas Substâncias Ferromagnéticas ticas: são aquelas que apresentam facilidade de magnetização quando em presença de um campo magnético. Ex: ferro, cobalto, níquel, etc. Substâncias Paramagnéticas: são difíceis de magnetizar quando em presença de um campo magnético. Ex: madeira, couro, óleo, etc. Substâncias Diamagnéticas ticas: são aquelas que se magnetizam em sentido contrário ao vector 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. Mai-09 Dulce Godinho 17

17 Magnetização Transitória ria e Permanente Ímãs permanentes são aqueles que, uma vez magnetizados, conservam suas características magnéticas. Ímãs transitórios rios são aqueles que, quando submetidos a um campo magnético, passam a funcionar como ímãs; assim que cessa a acção do campo, ele volta às características anteriores. Mai-09 Dulce Godinho 18

18 Hans Christian Oersted ( ) Até o ano de 1820,, os cientistas pensavam que os fenómenos eléctricos e magnéticos eram totalmente independentes, isto é,, que não havia qualquer relação entre eles Nesse ano, o físico f dinamarquês Hans Christian Oersted,, professor da Universidade de Copenhague,, realizou uma experiência que se tornou famosa por alterar completamente essas ideias Mai-09 Dulce Godinho 19

19 Experiência de Oersted - Observações 1. Um fio rectilíneo (no qual não havia corrente eléctrica) foi colocado próximo a uma agulha magnética, orientada livremente na direcção norte-sul; 2. Fazendo passar uma corrente no fio, observou-se que a agulha se desviava; 3. Interrompendo-se a corrente no fio, a agulha voltava a se orientar na direcção norte-sul. Mai-09 Dulce Godinho 20

20 Experiência de Oersted Interpretação A corrente eléctrica que passou no fio actuou sobre a agulha magnética de maneira semelhante a um ímã que fosse colocado próximo à agulha. Por outras palavras, a corrente eléctrica criou um campo magnético no espaço em torno dela, e esse campo foi o agente responsável pelo desvio da agulha magnética. Mai-09 Dulce Godinho 21

21 Experiência de Oersted Conclusão Como já j sabemos que a corrente eléctrica é constituída por cargas eléctricas em movimento, podemos tirar a seguinte conclusão: cargas eléctricas em movimento (corrente eléctrica) criam, no espaço em torno delas, um campo magnético. Mai-09 Dulce Godinho 22

22 Campo magnético criado por um condutor rectilíneo O campo magnético produzido pela corrente eléctrica que percorre um fio rectilíneo depende basicamente de dois factores: da intensidade da corrente e da distância ao fio Quanto maior for o valor da corrente, maior será o campo magnético criado por ela. Por outro lado, quanto maior for a distância ao fio, menor será o valor do campo magnético Mai-09 Dulce Godinho 23

23 Efeito Magnético da Corrente Eléctrica Que utilização prática? O conhecimento do efeito magnético da corrente eléctrica possibilitou a construção de aparelhos medidores que utilizassem ponteiros ELECTROÍMAN Mai-09 Dulce Godinho 24

24 ELECTROÍMAN Uma bobina, ou solenóide ide, é constituída por um fio enrolado várias v vezes, tomando uma forma cilíndrica. Cada uma das voltas do fio da bobina é uma espira. Ligando-se as extremidades da bobina a uma bateria, isto é,, estabelecendo- se uma corrente em suas espiras, essa corrente cria um campo magnético no interior do solenóide Mai-09 Dulce Godinho 25

25 ELECTROÍMAN O valor de B, ao longo do eixo central, depende da intensidade da corrente eléctrica, do número de espiras e do comprimento do solenóide. A intensidade de um electroíman depende também do facilidade com que o material em seu interior é magnetizado. A maior parte dos electroímanes são feitos de ferro puro, que se magnetiza facilmente. Mai-09 Dulce Godinho 26

26 ELECTROÍMAN São utilizados nas campainhas eléctricas, telégrafos, telefones, amperímetros, voltímetros, motores, etc. Mai-09 Dulce Godinho 27

27 Electroíman (bobina móvel), m fixado a um eixo que pode girar. Mai-09 Dulce Godinho 28

28 Nikola Tesla ( ) Criou-se uma corrente nesse circuito sem usar pilhas, baterias ou outros dispositivos semelhantes. As correntes geradas recebem o nome de correntes induzidas. Ao aproximarmos da bobina um dos pólos de um ímã, o ponteiro do amperímetro metro sofrerá um desvio, revelando que uma corrente percorre o circuito. Quando o ímã pára, p o ponteiro retorna a zero, assim permanecendo enquanto o ímã não voltar a mover-se. O fenómeno é chamado Indução Electromagnética tica Mai-09 Dulce Godinho 29

29 Indução Electromagnética tica Que utilização prática? GERADORES TRANSFORMADORES ALTERNADORES DÍNAMOS Mai-09 Dulce Godinho 30

30 Gerador Michael Faraday ( ) O gerador de corrente alternada é uma aplicação da indução electromagnética. Por meio desse dispositivo, consegue-se converter energia mecânica em energia eléctrica ctrica. Um gerador de corrente alternada é constituído basicamente por uma espira (ou um conjunto de espiras) que gira numa região onde existe um campo magnético. Mai-09 Dulce Godinho 31

31 Os grandes geradores de corrente alternada, encontrados nas barragens, funcionam de maneira semelhante. A energia de uma queda de água é usada para colocar em rotação estes geradores, transformando, então, grandes quantidades de energia mecânica em energia eléctrica. Mai-09 Dulce Godinho 32

32 Transformador A energia eléctrica produzida nas barragens é levada, mediante condutores de electricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e postes. Toda a rede de distribuição depende estreitamente dos transformadores,, que elevam a tensão ou a baixam. Eles resolvem não só s um problema económico, reduzindo os custos da transmissão à distância de energia, como melhoram a eficiência do processo. Mai-09 Dulce Godinho 33

33 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA Os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão e distribuição com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das características do próprio prio gerador A tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de construção e sobretudo de segurança, a, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 ou 220) Mai-09 Dulce Godinho 34

34 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA Nas linhas de transmissão a perda de potência por libertação de calor é proporcional à resistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i 2 ) EFEITO JOULE Para diminuir a resistência dos condutores seria necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte absurdamente caro SOLUÇÃO? Mai-09 Dulce Godinho 35

35 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA Uso do transformador que aumenta a tensão, nas saídas das linhas da barragem, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desça a níveis razoáveis (P = U.i) A potência transportada não se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmissão estará dentro dos limites aceitáveis Mai-09 Dulce Godinho 36

36 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA O QUE É UM TRANSFORMADOR Consiste de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento. Mai-09 Dulce Godinho 37

37 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adoptar tensões cada vez mais elevadas, alcançando em alguns casos a volt. Quando a energia eléctrica chega aos locais de consumo, outros transformadores baixam a tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suas necessidades. Mai-09 Dulce Godinho 38

38 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA COMO FUNCIONA UM TRANSFORMADOR Através s do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, n em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo m de perdas. Ocorre, então, a indução electromagnética: tica: no secundário surge uma corrente eléctrica, que varia de acordo com a corrente do primário rio e com a razão entre os números n de espiras dos dois enrolamentos. Mai-09 Dulce Godinho 39

39 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA Relação entre as voltagens e correntes nos enrolamentos Voltagem: Vp/Vs = Np/Ns Ns Corrente: Ip/Is Is = Ns/Np Np Ns nº espiras no secundário Np nº espiras no primário Transformador ideal (não dissipa energia) Com cem espiras no primário e cinquenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 ampere, sob 110 volt, fornece no secundário, uma corrente de 2 amperes sob 55 volts. Mai-09 Dulce Godinho 40

40 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA TRANSFORMADORES Mai-09 Dulce Godinho 41

41 ? Para gerar uma corrente eléctrica, precisamos ou não NÃO de dispor de uma pilha ou de uma bateria? Mai-09 Dulce Godinho 42

42 FIM Mai-09 Dulce Godinho 43