Os pólos do mesmo sinal repelem-se, norte com norte e sul com sul, e os pólos de sinal contrário atraem-se, sul com norte e norte com sul.

Transcrição

1 A- Magnetismo 1- Íman Chama-se íman ao corpo que possui a propriedade de atrair ferro, níquel ou cobalto. Existem ímanes naturais denominados de magnetite, e ímanes artificiais constituídos por aço e ferro. Os ímanes têm dois pólos magnéticos, o pólo norte e o pólo sul, e a zona neutra. 1 Campo magnético criado por um íman. Figura retirada do sítio: Os pólos do mesmo sinal repelem-se, norte com norte e sul com sul, e os pólos de sinal contrário atraem-se, sul com norte e norte com sul. Pólos semelhantes repelem-se, figura da esquerda. Pólos com o mesmo sinal atraem-se, figura da direita. Figura retirada do sítio: secondfloor/moreinfo/2_2_1_magneticfields.html 2- Campo magnético Campo magnético é uma região do espaço onde se manifesta o magnetismo, através das chamadas ações magnéticas. Estas ações verificam-se à distância sobre algumas substâncias que são influenciadas pelo campo magnético. Por exemplo, o cobre não tem propriedades magnéticas, no entanto, os materiais ferrosos são fortemente influenciados deixando-se atrair pelos ímanes. As linhas de força dirigem-se de norte para sul pelo exterior do íman, e pelo interior as linhas de força dirigem-se de sul para norte.

2 1 Campo magnético 2 2 Fluxo magnético 3 Linha de fluxo 3- Fluxo magnético O fluxo magnético é o conjunto de linhas que saem do pólo norte. O fluxo magnético representase pela letra e a sua unidade no Sistema Internacional é o Weber (Wb) O fluxo magnético é tanto maior quanto maior for o número de linhas de indução por seção. A figura da esquerda apresenta maior número de linhas de indução para a mesma secção. Figura retirada do sítio: O fluxo magnético é tanto maior, quanto maior for a seção atravessada. Imagem que representa o fluxo magnético de zero a máximo. Figura retirada do sítio: 4- Indução magnética Chamamos indução magnética à densidade do fluxo, ou seja, ao fluxo por unidade de seção do íman, é representado pela letra B e tem por unidade o Weber por metro quadrado [Wb/m 2 ] ao qual se dá também o nome de Tesla [ T]. - fluxo magnético [Wb]; B indução magnética [T]; S seção [m 2 ]

3 5- Campo magnético É o espaço onde o íman faz sentir a sua influência. 3 Imagem que representa o campo magnético. Figura retirada do sítio: 6- Magnetização e desmagnetização Se dividirmos um íman em dois ímanes, os dois novos ímanes daí resultantes continuam a ter pólo sul e pólo norte, e assim sucessivamente. Se um corpo não está magnetizado, todas as suas moléculas têm orientações possíveis e todas juntas anulam mutuamente as suas ações magnéticas. A magnetização faz-se submetendo um corpo à ação forte de um campo magnético. Os corpos que contêm ferro magnetizam-se com muita facilidade quando sujeitas a um campo magnético. Este fenómeno verifica-se porque as moléculas de ferro rodam com muita facilidade, tornando-se fáceis de orientar de forma a se somarem as suas ações magnéticas. Mas assim que a influência desse campo desaparece perdem o magnetismo. As barras de aço duro, alnico e ticonal, são de magnetização muito difícil, mas depois de magnetizadas, são difíceis de desmagnetizar, tornando-se ímanes permanentes. Chama-se magnetismo remanescente ao magnetismo que permanece numa peça depois de esta deixar de estar submetida a um campo magnético. A desmagnetização de uma peça é possível aquecendo a peça até à temperatura de 775 C para o aço, de 360 C para o níquel e de 1100 C para o cobalto, a partir da qual o material perde as propriedades. Também é possível desmagnetizar uma peça submetendo-a a sucessivas pancadas, que vão dispor as moléculas de forma irregular na peça. 7- Campo magnético de um condutor retilíneo A passagem da corrente elétrica num condutor provoca o desvio de uma agulha magnética, que lhe esteja paralela. Esta experiência foi realizada por Oersted, e mostra que uma corrente elétrica que passe num condutor provoca um desvio numa agulha magnética que esteja paralela ao condutor. Assim, quando dois condutores são percorridos por correntes geram-se forças nos condutores, que podem ser de atração ou repulsão, dependendo do sentido das correntes nos condutores.

4 Se as correntes que atravessam os condutores têm o mesmo sentido geram-se forças de atração, se as correntes tiverem sentidos opostos geram-se forças de repulsão. 4 F força, cuja unidade é o Newton [N]; B indução magnética [T]; intensidade de corrente [A]; comprimento [m] 8- Campo magnético de um condutor circular Enrolando um condutor e dando-lhe a forma de circunferência, construindo assim uma espira, na qual fazemos passar uma corrente, verifica-se que em vários pontos desse condutor, as linhas de força têm todas o mesmo sentido na zona interior da espira. Agrupando um certo número de espiras construímos uma bobina. Fazendo passar uma corrente na bobina, todas as linhas de força ficam com o mesmo sentido no interior de cada uma das espiras, associando-se estas forças de forma a bobina se comportar como um íman. Imagem que representa o campo magnético num íman, à esquerda e numa bobina. Figura retirada do sítio: /campo-magnetico---espira-e-solenoide-direcao-sentido-e-vetor.htm 9- Eletroímanes Ao colocarmos um núcleo de ferro no interior de uma bobina, verificamos que o conjunto adquire propriedades magnéticas muito elevadas que no caso de uma bobina com núcleo de ar e com a mesma intensidade de corrente. As aplicações dos eletroímanes mais usuais, são: campainhas elétricas; contatores; relés e trinco elétrico. 10- Corrente induzida em condutores Ao introduzir-se um íman numa bobina, verifica-se que o ponteiro do galvanómetro, que é um aparelho de medida, acusa a passagem de corrente. Movimentando o íman junto da bobina observa-se que o ponteiro se desvia para um dos lados quando se introduz o íman, e para o outro lado quando se retira o íman da bobina. Se movimentarmos o íman com mais rapidez provocamos maiores correntes no circuito. Este fenómeno é designado por indução magnética, onde o íman é o indutor e a bobina o induzido, produzindo uma corrente no circuito fechado pelo galvanómetro à qual se dá o nome de corrente induzida.

5 5 Movimentação de um íman no interior de uma bobina. Figura retirada do sítio: A lei de Faraday ou lei geral da indução magnética, refere que: Induz-se uma força eletromotriz nos condutores que estão submetidos a variações de fluxo; se esses condutores fazem parte de um circuito fechado aparece uma corrente induzida. Havendo corrente enquanto houver variação de fluxo. B- Corrente alternada 1- Formas de corrente elétrica Corrente contínua. A corrente é considerada contínua quando não se altera o seu sentido, ou seja, será sempre positiva ou negativa. A maior parte dos circuitos eletrónicos trabalha com corrente contínua, cujo gráfico está representado na figura abaixo. Podemos observar que a corrente contínua é constante ao longo do tempo, representado no gráfico por um segmento de reta constante, ou seja, que não variável. Este tipo de corrente é comumente encontrado em pilhas e baterias. Imagem que representa um circuito elétrico e gráfico da corrente contínua. Figura retirada do sítio: Corrente unidirecional A corrente unidirecional é uma corrente com sentido invariável, mas cujo valor ao longo do tempo não é forçosamente constante. A corrente contínua é um caso particular da corrente unidirecional.

6 6 Imagens representativas da corrente unidirecional. Figura retirada do sítio: Corrente de sentido variável A corrente de sentido variável, tal como o nome refere, é uma corrente que muda de sentido ao longo do tempo, ou seja, desloca-se num sentido e no seu sentido inverso durante esse período ao longo do tempo. Corrente alternada É uma corrente de sentido variável com as características, periódica e valor médio nulo. Periódica, porque o sentido da corrente muda em intervalos de tempo iguais ao longo do tempo. Valor no médio nulo resultante da corrente passar pelos mesmos valores de intensidade, tanto sentido negativo como no positivo. Imagens representativa da corrente alternada. Figura retirada do sítio: Corrente alternada sinusoidal A corrente alternada sinusoidal, é um caso particular da corrente alternada, cujo valor é uma função sinusoidal no tempo. Esta curva denomina-se sinusoide. Esta é a corrente alternada mais importante visto que toda a energia elétrica é produzida desta forma. Imagens representativa da corrente alternada sinusoidal. Figura retirada do sítio:

7 2- Produção de corrente alternada sinusoidal Tomemos como exemplo um dínamo. Ao rodar o tambor, roda-se simultaneamente o íman no interior da bobina induzindo nesta uma força eletromotriz, visto que a bobina está a ser submetida a uma variação de fluxo magnético que resulta da rotação do íman. A bobina é o induzido e o íman o indutor. A bobina durante este processo está a ser atravessada por um fluxo magnético que varia desde um valor máximo positivo, m, passa pelo valor nulo, =0, continuando o fluxo a decrescer até atingir um valor máximo negativo, - m, e de seguida cresce até atingir de novo o valor nulo, =0, seguindo-se de novo o valor máximo positivo, repetindo-se continuamente o fenómeno, e gerando-se assim a corrente alternada sinusoidal. A figura abaixo exemplifica o fenómeno. 7 Imagens representativa da produção da corrente alternada sinusoidal. Figura retirada do sítio: 3- Grandezas características da corrente alternada - Período Período é o tempo que duram duas alternâncias, negativa e positiva, ou seja, o tempo de um ciclo. O período é expresso em segundos e é representado pela letra T. - Frequência Frequência é o número de ciclos efetuados durante um segundo, tanto pela corrente como pela tensão. A frequência é representada pela letra denomina de ciclos/ segundo. A expressão que relaciona a frequência com o período é a seguinte: e expressa-se em Hertz [Hz], mas a unidade já foi

8 8 Imagens representativa do período e da frequência. Figura retirada do sítio: Um Hertz é a frequência de uma corrente, ou tensão, cujo período é um segundo. Os múltiplos mais utilizados são os seguintes: - kilohertz 1 khz Hz - Megahertz 1 MHz 10 6 Hz Hz - Gigahertz 1 GHz 10 9 Hz Hz - Terahertz 1 THz Hz Hz Algumas das frequências utilizadas conforme o domínio de aplicação: - 50 Hz, produção, transporte, distribuição e utilização de energia elétrica; - 20 khz a 100 khz, ultrassons; khz a 1 GHz, rádio e televisão; THz a 700 THz, ondas luminosas. 4- Características da corrente alternada sinusoidal - Amplitude máxima Amplitude máxima ou valor máximo, é o valor mais elevado seja da corrente, tensão ou força eletromotriz, representando-se respetivamente por I m, U m ou E m. Existindo amplitudes máximas positivas e negativas. - Valor eficaz O calor desenvolvido numa resistência num determinado período de tempo é o mesmo, quer a corrente seja alternada ou contínua. Assim, deve haver uma corrente contínua que produza o mesmo calor que a corrente alternada, ao fim de igual tempo. A este valor chamamos de Valor Eficaz. Assim o Valor Eficaz de uma corrente alternada é a intensidade de uma corrente contínua que nas mesmas condições, produz o mesmo efeito calorífico que a corrente alternada considerada. O valor eficaz da corrente alternada é menor que o valor máximo.

9 Analogamente: 9 Imagem representativa da produção da corrente alternada sinusoidal. Figura retirada do sítio: 5- Fator de potência - Recetores puramente resistivos Quando temos recetores puramente resistivos, aparelhos de aquecimento e lâmpadas incandescentes, estes oferecem a mesma resistência quer em corrente contínua quer em corrente alternada. Assim, as fórmulas apresentadas abaixo e estudadas para a corrente contínua são também válidas para a corrente alternada. A intensidade de corrente está em fase com a tensão, no caso de recetores óhmicos. Coincidindo, assim, os valores nulos no tempo, passando a corrente e a tensão ao mesmo tempo pelo zero, com um ângulo =0. Imagem representando a tensão e a corrente em fase. Figura retirada do sítio:

10 - Recetores indutivos 10 Utilizando uma fonte de corrente alternada a passar sobre uma bobina, verifica-se uma grande resistência há passagem da corrente elétrica. Se reduzirmos o coeficiente de autoindução da bobina, esta reduz a resistência à passagem da corrente alternada. Aumentando a frequência da corrente, a resistência da bobina aumenta. Assim, o efeito indutivo de uma bobina de coeficiente de autoindução L numa corrente alternada de frequência f avalia-se pelo produto: chamada de reatância indutiva, cuja unidade é o. Os valores máximos e nulos da intensidade de corrente têm um certo atraso em relação aos valores da tensão, este atraso designado pela letra é denominado de desfasamento. Diz-se que a intensidade de corrente está desfasada em atraso relativamente à tensão. No caso da reatância indutiva o atraso é de Recetores capacitivos Imagem representando a corrente desfasada em atraso em relação à tensão. Figura retirada do sítio: O condensador submetido a uma corrente alternada cria, alternadamente, excesso de eletrões em cada uma das suas armaduras, sem que haja corrente através do seu dielétrico. Aumentando a capacidade do condensador a resistência deste à passagem da corrente elétrica diminui, pelo que quanto maior for a capacidade do condensador menor é a sua resistência à passagem da corrente elétrica. Se aumentarmos a frequência da corrente alternada diminui a resistência que o condensador faz a essa mesma corrente. Chama-se reatância capacitiva, e a sua unidade é o, ao efeito de resistência que o condensador faz à passagem da corrente alternada, e é dado pela expressão: Neste caso a corrente está em avanço em relação à tensão, e o ângulo de desfasamento,, é de 90.

11 11 - Recetores RLC Imagem representando a corrente desfasada em avanço em relação à tensão. Figura retirada do sítio: Um circuito composto por resistência (R), coeficiente de autoindução (L) e com capacidade (C), é designado por circuito RLC. Submetendo este conjunto a uma tensão alternada verifica-se que os efeitos da resistência da bobina e do condensador se subtraem, sendo a reatância do circuito, que é representada pela letra X, a diferença entre a reatância indutiva e a reatância capacitiva, cuja expressão é: e cuja unidade é o. Imagem representando a corrente desfasada em relação à tensão. Figura retirada do sítio: Impedância de um recetor é a dificuldade que este opõe à passagem da corrente elétrica alternada. A impedância é representada pela letra Z, e a sua unidade é o. A lei de Ohm para a corrente alternada é: O valo de Z é o valor da hipotenusa de um triângulo retângulo, cujos catetos correspondem aos valores de R e de X, respetivamente a resistência e a reatância. Imagem representando o triângulo de resistências. Figura retirada do sítio:

12 A expressão que relaciona a resistência, a reatância e a impedância, é dada por: ou 12 O fator de potência é dado por: 6- Potência Em corrente alternada os valores da intensidade de corrente e da tensão são variáveis ao longo do tempo, pelo que o seu produto também é variável, afetado pelo valor do ângulo. - Potência ativa É a potência que realmente é consumida num circuito, é representada pela letra P e a sua unidade é o Watt [W]. Assim, a potência ativa em corrente alternada é o produto da intensidade de corrente e da tensão multiplicado pelo fator de potência, cuja expressão é a seguinte: - Potência reativa A potência reativa é dada pela expressão é a seguinte: A potência reativa é representada pela letra Q e a sua unidade é o Volt Ampère reativo [VAr]. Apesar de não ser consumida, esta energia circula no circuito. Esta energia oscila entre o gerador e a bobina sem ser consumida e é esta energia que se vai armazenar na bobina sob a forma de um campo magnético. - Potência aparente A potência aparente é dada pela expressão é a seguinte: A potência aparente é representada pela letra S e a sua unidade é o Volt Ampère [VA], e representa o máximo valor de potência que pode ser consumida com a tensão e a intensidade de corrente dadas.

13 7- Triângulo de potências Multiplicando por I 2 os valores da resistência (R), reatância (X) e da impedância (Z) obtemos o triângulo das potências. 13 Imagem representando o triângulo das potências. Figura retirada do sítio: Bibliografia Princípios de electricidade e electrónica, Noel M. Morris, Edições CETOP. Elementos de electricidade, Simões Morais, Edição do Autor. Electricidade. José Vagos Carreira Matias, Didáctica Editora. Física e Química na nossa vida Viver melhor na Terra, M. Margarida R. D. Rodrigues e Fernando Morão Lopes Dias, Ciências Físico-Químicas 9º ano, Porto Editora.