Eletromagnetismo I. Tiago Walescko Chimendes - Física - CAE 17 de agosto de Imãs e Pólos Magnéticos

Transcrição

1 Eletromagnetismo I Tiago Walescko Chimendes - Física - CAE 17 de agosto de 2006 Sumário 1 Magnetismo Imãs e Pólos Magnéticos Campo Magnético Terrestre Linhas de Campo Mangnético Eletromagnetismo I Campo Magnético Gerado por uma Corrente Elétrica Um Fio Condutor Espira Bobinas Solenóides Magnetismo É o ramo da física que estuda a propriedade de certos materiais poderem atrair outros materiais, em geral metálicos, mas não qualquer metal. É um dos ramos da física que mais desperta interesse, tanto na descrição física do do fenômeno e suas aplicações como financeiramente. Os materiais que são estudos são materiais ditos magnético. E a descoberta desses materais magnéticos se credita aos Chineses, que viviam na regio de Magnésia, na Ásia menor, conheciam uma pedra que denominavam de magnetita, que quando suspensa, sempre indicava a mesma direção. Mas sabe-se também que gregos e egipcícos conheciam o fenômeno. 1.1 Imãs e Pólos Magnéticos A mangnetita é uma pedra com propriedades magnéticas, e ela é um imã natural. E como foi mencionado, quando suspensa ela sempre indica a mesma direção. Essa direção indica, foi denominada de direo norte-sul, nos dias de hoje, referindo-se aos norte e sul geográficos da Terra. Sabendo dessa propriedade da magnetita, tornou-se possível a orientação para rotas de viagens, sem ficar dependendo fortemente da paisagem (imagine 1

2 como viajar no deserto sem nenhuma referência). Assim temos a origem da bússola, que foi um dos instrumentos mais usados na época das grandes navegações. Sendo a magnetira um imã natural, tornou-se necessário a fabricar imãs artificias, hoje tão comum em nosas vidas. Esses imãs fabricados são imãs artificiais. São fabricados com os seguintes materiais: Ferro, níquel, cobalto e ligas desses metais que contenham pelo menos um deles. Em um imã, podemos perceber que, quando dois deles são aproximados de si, dependendo do lado escolhido pode haver uma atração ou uma repulsão. Devido a esse fato, dizemos que o imã possui dois plos, que são definidos de acordo com a orientação que ele terá em relação aos plos geográficos da Terra. Não existe imã que não possua apenas um único pólo magnético (pelo menos não foi encontrado até hoje um monopólo magnético. A figura abaixo mostra a propriedade de inseparabilidade dos pólos magnéticos. Sempre que dividirmos um imã, ele gerará dois imãs com dois pólos magnéticos. Outra coisa que podemos verficar é que: pólo norte atrai pólo sul; pólo sul atrai pólo norte; pólo sul repele pólo sul e pólo norte repele pólo norte. 1.2 Campo Magnético Terrestre A Terra é um dos planetas de nosso sistema solar, em seu núcleo temos metal de ferro, na forma líquida, e em rotação. Por ser muito quente, esse ferro na forma líquida está ionizado, e as cargas elétricas em movimento geram um campo magnético. ou seja, a Terra é um gigantesco imã no espaço, o mesmo vale 2

3 para outros corpos celestes que tenha em seu interior cargas elétricas (prótons e elétrons, em movimento). Por isso uma agulha magnetizada sempre indica a mesma direção. Por isso uma bússola indica a direção norte. O poló do imã que chamamos de pólo norte, aponta sempre para a direção norte da Terra, aproximadamente. O outro lado será o pólo sul. Porém devemos ater para um detalhe: o pólo norte geográfico terrestre corresponde ao pólo sul magnético terrestre; o pólo sul geográfico terrestre corresponde ao pólo norte magnético terrestre. 1.3 Linhas de Campo Mangnético As linhas de campo magnético servem para que possamos visualizar o sentido e a direção do campo magnético. Por convenção o vetor campo magnético B tem o sentido de norte para o sul. Observe as figuras abaixos. Quanto mais próximas forem as linhas de campo magnético, mais intenso ele é (parecido com o campo elétrico). 2 Eletromagnetismo I Hans Oersted, em uma aula, demostrava o aquecimento de um fio devido a passagem de corrente elétrica. E estando perto desse fio uma bússola, e sua agulha girou, devido a passagem da corrente elétrica. Oersted aprofundou suas pesquisar no fenômeno observado e publicou seus resultados em julho de Ele conseguiu unificar a Eletricidade e o Magnetismo, dando origem ao que chamamos hoje de Eletromagnestismo. 3

4 2.1 Campo Magnético Gerado por uma Corrente Elétrica Um Fio Condutor Um fio retílineo quando percorrido por uma corrente elétrica, gera ao seu redor um campo magnético B. Esse campo magnético irá depender da corrente elétrica i que percorre o fio e também da distância do fio que queremos saber o campo magnético. Sendo assim, para o fio retilíneo a intensidade do campo magnético B é dada por: B = µi (1) 2πd onde: B intensidade do campo magnético no ponto em questão; µ é a permeabilidade magnética do meio (no vácuo: µ 0 = 4.π.10 7 T.m/A); i é a corrente elétrica que passa pelo fio; d é a distância entre o fio e o ponto em questão. Uma caraterística do campo magnético em um fio retilíneo é que ele é circular ao redor do fio. E quanto mais longe estiver do fio, menos intenso será. 4

5 Já a direção e o sentido do campo magnético B é dada pela Regra da Mão Direita conforme a figura a seguir: Espira Espira é um fio enrolado formando um circulo ou outra figura geométrica qualquer. A espira mais comum em problemas de eletromagnetismo é a espira circular, mostrada logo a seguir. 5

6 Uma das coisas importante da espira é que ela faz o campo magnético passar por ela, ela serve como uma antena magnética. A intensidade do campo magnético dentro da espira, vai depender do raio r da espira e também da corrente elétrica i que passa por ela, assim temos que: onde: B = µi 2r (2) B intensidade do campo magnético no interior da espira; µ é a permeabilidade magnética do meio; i é a corrente elétrica que passa pela espira; r é o raio da espira. Já o a direção e o sentido do campo magnético é dado pelo mostrado nas figuras abaixos. 6

7 2.1.3 Bobinas Bobinas é o conjunto de espiras colocadas uma ao lado a outra. Se todas as espiras forem circular, o campo magnético ficará concentrado no interior delas, e terá a intensidade dada da seguinte forma: onde: B = n µi 2r B intensidade do campo magnético no interior da bobina; n é o número de espiras que formam a bobina; µ é a permeabilidade magnética do meio; i é a corrente elétrica que passa pelo pela bobina; r é o raio de uma espira da bobina. (3) O campo magnético dentro de uma bobina vai depender do sentido da corrente elétrica Solenóides Solenóide é um fio enrolado uniformemente na forma circular. O campo magnético ficará concentrado no interior do solenóide e fora dele é nulo. A intensidade dada da seguinte forma: B = n µi l (4) 7

8 onde: B intensidade do campo magnético no interior do solenóide; n é o número de voltas; µ é a permeabilidade magnética do meio; i é a corrente elétrica que passa pelo solenóide; l é o comprimento do solenóide. O campo magnético dentro de um solenóide vai depender do sentido da corrente elétrica que passa por ele. 8