E L E T R O M AG N E T I S M O. Professor Alex Siqueira

Transcrição

1 E L E T R O M AG N E T I S M O Professor Alex Siqueira Equipe de Física UP 2015

2 DESCOBERTA DOS IMÃS Há muito tempo se observou que certos corpos tem a propriedade de atrair o ferro. Esses corpos foram chamados ímãs. Essa propriedade dos ímãs foi observada pela primeira vez com o tetróxido de triferro (Fe 3 O 4 ), numa região da Ásia, chamada Magnésia. Por causa desse fato esse minério de ferro é chamado magnetita, e os ímãs também são chamados magnetos.

3 TIPOS DE IMÃS Imã Natural: feito de minerais com substâncias magnéticas, como por exemplo, a magnetita (Fe 3 O 4 ).

4 TIPOS DE IMÃS Imã Artificial: feito de um material sem propriedades magnéticas, mas que pode adquirir permanente ou instantaneamente características de um ímã natural. Os ímãs artificiais também são subdivididos em: permanentes, temporais ou eletroímãs. Imãs Alnicos (Permanente) Imã de Guindaste (Eletroímã)

5 OS IMÃS POSSUEM DOIS POLOS MAGNÉTICOS: NORTE E SUL Externamente, as forças de atração magnética de um imã manifestam-se com maior intensidade nas suas extremidades. Por isso, as extremidades dos ímãs são denominadas de polos magnéticos. Cada um dos polos apresenta propriedades magnéticas específicas. Eles são denominados de polo sul e polo norte.

6 INTERAÇÃO ENTRE OS POLOS DE UM IMÃ Verifica-se que dois imãs em barra, quando aproximados um do outro apresentam uma força de interação entre eles.

7 O IMÃ É INDIVISÍVEL Na verdade, os imãs podem ser divididos, mas sempre haverá dois polos magnéticos (Norte e Sul), ou seja, os polos dos imãs são inseparáveis.

8 A B Ú S S O L A Suspendendo-se livremente um imã em barra, ele gira até assumir, aproximadamente, a direção norte-sul geográfica. Essa propriedade nos permite verificar a existência do campo magnético terrestre e propiciou aos chineses a invenção da bússola (agulha magnética).

9 AS PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DA TERRA Descobriu-se que os imãs se orientam aproximadamente com o eixo norte-sul geográfico da Terra.

10 CAMPO MAGNÉTICO Define-se como campo magnético toda região do espaço em torno de um condutor percorrido por corrente elétrica ou em torno de um ímã. Seu sentido se dá do pólo Norte para o pólo Sul e tem direção perpendicular às linhas de indução.

11 LINHAS DE INDUÇÃO Em um campo magnético, chamase linha de indução toda linha que, em cada ponto, é tangente ao vetor B e orientada no seu sentido. As linhas de indução são obtidas experimentalmente. As linhas de indução saem do pólo norte e chegam ao pólo sul, externamente ao ímã. Essas linhas de indução são representações da variação do campo magnético em uma certa região do espaço e são tangentes ao vetor campo magnético.

12 LINHAS DE INDUÇÃO EM UM IMÃ A PARTIR DE LIMALHAS DE FERRO

13 CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTE ELÉTRICA Experiência de Øersted: Hans Christian Ørsted verificou em 1820 que ao aproximarmos uma agulha magnética a um fio condutor quando percorrido por uma corrente elétrica, ocorre desvio na agulha magnética. Em outras palavras, ele descobriu que uma corrente elétrica percorrendo um fio condutor cria um campo magnético. i S N

14 EXPERIÊNCIA DE ØERSTED Quando uma corrente passa por um fio condutor deflete a agulha magnética Representação esquemática da Experiência de Oersted

15 CAMPO MAGNÉTICO CRIADO EM UM FIO CONDUTOR Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, cria-se um campo magnético de tal forma que o vetor campo magnético é perpendicular ao plano que contém o fio.

16 SENTIDO DAS LINHAS DE CAMPO MAGNÉTICO O sentido das linhas de campo magnético é determinado pela regra da mão direita, na primeira imagem. Visto em perspectiva Visto de cima Visto de lado Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano) Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

17 INTENSIDADE DO CAMPO MAGNÉTICO NUM FIO CONDUTOR B o 2. i d Onde: B: módulo do vetor campo magnético (T- Tesla) i: corrente elétrica (A) d: distância perpendicular entre o fio condutor e o ponto P onde se encontra o vetor campo magnético (m) 0 : permeabilidade magnética no vácuo = T.m/A

18 CAMPO MAGNÉTICO EM UMA ESPIRA CIRCULAR Considerando uma espira circular, temos que as linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, conforme a regra da mão direita. Visto em perspectiva Corrente no sentido Corrente no sentido horário anti-horário

19 INTENSIDADE DO CAMPO MAGNÉTICO NUMA ESPIRA A intensidade do campo magnético numa espira também pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart: Onde: B 2 o i R B: módulo do vetor campo magnético no centro da espira (T) i: corrente elétrica ( A) R: raio da espira (m) 0 : permeabilidade magnética no vácuo = T.m/A

20 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). Esta característica nos permite analisar o solenóide como um imã.

21 LINHAS DE INDUÇÃO EM UM SOLENÓIDE O solenóide se comporta como um ímã, no qual o polo sul é o lado por onde entram as linhas de indução e o lado norte, o lado por onde saem as linhas de indução. N S

22 INTENSIDADE DO VETOR B NO INTERIOR DO SOLENÓIDE A intensidade do campo magnético pode ser determinada pela Lei de Ampére: N. i o L B L i i Onde: B: módulo do vetor campo magnético (T) i: corrente elétrica ( A) N: nº de espiras L: comprimento do solenóide (m) 0 : permeabilidade magnética no vácuo = T.m/A

23 LEI DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA OU LEI DE FARADAY O fenômeno da indução eletromagnética foi descoberto por Michael Faraday em 1831, quando observou que um campo magnético pode induzir um campo elétrico. Faraday demonstrou que, aproximando e afastando um imã de uma espira de fio condutor conectada a um galvanômetro (dispositivo que indica pequenas correntes), durante o movimento do imã o galvanômetro detectava o aparecimento de uma corrente elétrica no fio, e quando o imã parava, essa corrente elétrica cessava.

24 LEI DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA OU LEI DE FARADAY A partir do fenômeno da indução eletromagnética foram construídos geradores de energia elétrica através das usinas hidrelétricas, termoelétricas ou nucleares que giram turbinas as quais movem gigantescos imãs e bobinas.