Sistemas eléctricos e magnéticos

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1 Sistemas eléctricos e magnéticos Indução electromagnética Prof. Luís Perna 2010/11 Origens do campo magnético O fenómeno do magnetismo era conhecido dos Gregos já no ano 800 a. C. Os Gregos descobriram que certas pedras, feitas de um material hoje chamado magnetite (Fe 3 O 4 ), atraíam pedaços de ferro. Magnetismo e electromagnetismo 1

2 Origens do campo magnético Pensa-se que as primeiras observações de fenómenos magnéticos tenham sido realizadas na antiga cidade de Magnésia, na Ásia Menor (hoje Turquia). Daí a designação de magnetite dada à pedra-íman existente na região e de magnetismo a este fenómeno que se observa com os imanes ou magnetes. A primeira referência conhecida sobre uma substância capaz de atrair outras é a de Tales de Mileto. Interacção magnética Numa região em que a influência duma interacção magnética se faça sentir, podemos afirmar que existe um campo magnético, B. A interacção magnética observa-se tanto em magnetes (ímanes naturais) como em correntes eléctricas. 2

3 Interacção magnética Todos os ímanes, independentemente da sua forma, têm dois pólos, o pólo norte magnético e o pólo sul magnético, onde se exercem forças de certa forma semelhantes às que se verificam entre cargas eléctricas, isto é, pólos de mesmo nome repelem-se e pólos de nome diferente atraem-se. Interacção magnética É curioso notar que, ao contrário das cargas eléctricas, não existem pólos magnéticos isolados. Logo, se um magnete se partir em dois, cada pedaço fica com um pólo norte e um pólo sul. 3

4 Linhas de campo de um campo magnético Linhas de campo magnético - são linhas imaginárias tangentes, em cada ponto, aos vectores B representativos do campo magnético nesses pontos. A densidade das linhas de campo é maior nas zonas onde o campo é mais intenso. As linhas de campo nunca se cruzam. Ao conjunto das linhas de campo dá-se o nome de espectro magnético. Linhas de campo de um campo magnético O campo magnético é caracterizado, em cada ponto, por um vector campo magnético, B, também designado por densidade de fluxo magnético, que é tangente, em cada ponto, às linhas de campo; estas orientam-se no mesmo sentido do campo magnético. 4

5 Experiência de Oersted A experiência de Oersted prova que uma corrente eléctrica produz um campo magnético, tal como um íman. Hans Christian Oersted ( ) dinamarquês Campo magnético criado por um condutor rectilíneo O campo magnético criado por um condutor rectilíneo e muito extenso, quando percorrido por uma corrente eléctrica estacionária, tem simetria cilíndrica. 5

6 Regras para determinar o sentido do campo O sentido do campo magnético pode ser determinado por qualquer uma das regras práticas: A - Regra dos dedos da mão direita; B - Regra do saca-rolhas de Maxwell; C - Regra do observador de Ampère. Linhas de campo de um campo magnético 6

7 A História do electromagnetismo por marcos importantes Corrente eléctrica induzida Quando um íman se move no interior de uma bobina/solenóide ou numa espira condutora, ligadas a um galvanómetro, este detecta a passagem de corrente eléctrica corrente de indução. M. Faraday campos magnéticos podem gerar correntes em circuitos. A passagem de corrente na bobina ou na espira condutora é devida ao fluxo de linhas de campo que atravessam a superfície delimitada pela espira. 7

8 Corrente eléctrica induzida Corrente eléctrica induzida Estes efeitos traduzem-se por uma grandeza física: fluxo magnético, F, que também está relacionado com o número de linhas de campo que atravessam determinada área. 8

9 Fluxo magnético Para definir fluxo magnético, F m, considera-se uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme, B. Fm = B A cos q A superfície da área mergulhada na região do campo magnético. B intensidade do campo magnético. cos q co-seno do ângulo formado pela direcção do vector campo magnético e pela direcção perpendicular à superfície. Fluxo magnético 9

10 Fluxo magnético Corrente eléctrica induzida Indução electromagnética por movimento de um íman no interior de uma bobina/solenóide. 10

11 Corrente eléctrica induzida Indução electromagnética por acção de um campo magnético criado por uma bobina/solenóide (I). Corrente eléctrica induzida Indução electromagnética por acção de um campo magnético criado por uma bobina/solenóide (II). 11

12 Lei de Faraday A f.e.m. induzida, e i, numa espira de um condutor metálico é igual, em módulo, à taxa de variação temporal do fluxo magnético que atravessa a espira. e i F t m A f.e.m. induzida num circuito, atravessado por um fluxo magnético variável, é directamente proporcional ao módulo da variação do fluxo magnético e inversamente proporcional ao intervalo de tempo durante o qual decorre essa variação. A indução electromagnética transformadora de energia ALTERNADORES e GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA 12

13 A indução electromagnética transformadora de energia As descobertas de Faraday foram o primeiro passo para desenvolvimentos que facilitam e dão maior qualidade à vida actual. Estudos desenvolvidos sobre os trabalhos deste cientista permitiram chegar à conclusão de que a indução electromagnética pode transformar energia mecânica em energia eléctrica. Esta transformação faz-se a partir de máquinas os geradores de indução que podem ser de dois tipos: alternadores e geradores de corrente contínua. A indução electromagnética transformadora de energia 13