Eletromagnetismo: Bobinas, Eletroímanes e Motores Elétricos.

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1 Eletromagnetismo: Bobinas, Eletroímanes e Motores Elétricos [email protected]

2 Campo Magnético criado por uma corrente elétrica Campo Magnético criado por um fio, percorrido por uma corrente elétrica Se uma corrente elétrica de intensidade I passar através de um condutor retilíneo e se o condutor atravessar uma folha de papel perpendicularmente, onde previamente foi colocada limalha de ferro, observa-se que essa limalha se irá orientar segundo as linhas de indução do campo, ou seja, em circunferências concêntricas, cujo centro será o próprio condutor. 2

3 Campo Magnético criado por uma corrente elétrica Em cada ponto do campo, o vetor é perpendicular ao plano definido pelo ponto e pelo fio. As linhas de indução magnética são circunferências concêntricas com o fio. 3

4 Histerese Magnética Certos tipos de materiais quando expostos a um campo magnético podem ser magnetizados permanentemente. Após serem magnetizados, não perdem a magnetização, a não ser quando forem aquecidos até determinada temperatura (temperatura de Curie) ou for aplicado um campo magnético com sentido contrário ao sentido da magnetização. 4

5 Histerese Magnética Supondo que certa amostra de ferro esteja inicialmente desmagnetizada (ponto 0), vamos analisar o que acontece com a magnetização quando aumentamos a intensidade do campo, ou seja, quando aumentamos a corrente elétrica. Ao aumentarmos a corrente, vemos que a magnetização também aumenta até chegar ao ponto a (gráfico da figura anterior). Neste ponto, dizemos que o ferro está completamente magnetizado. 5

6 Histerese Magnética Ao diminuirmos o campo magnético até zero, podemos ver que a magnetização da amostra de ferro não vai para zero, mas termina no ponto b da curva. Desta forma, o material fica com uma magnetização permanente. Essa magnetização recebe o nome de magnetização remanescente e assim podemos considerar a amostra magnetizada. 6

7 Histerese Magnética Se invertermos o sentido do campo externo a partir desse ponto, e aumentarmos o campo, veremos que a magnetização vai desaparecer (ponto c) quando o campo atingir o valor Bc, conhecido como coercividade do material. Este é o campo magnético necessário para desmagnetizar por completo a amostra anteriormente magnetizada. 7

8 Histerese Magnética Se invertermos o campo magnético em relação à magnetização inicial, conseguiremos magnetizar a amostra de ferro no sentido inverso (ponto d). E se retirarmos novamente o campo magnético, esta permanecerá magnetizada com uma magnetização invertida em relação à inicial (ponto e). Chama-se histerese à curva fechada representada na figura anterior. O fato de a magnetização não retornar ao zero quando retiramos o campo é conhecido como histerese do material. 8

9 Bobinas As bobinas são várias voltas de fio enroladas e constituem um importante componente electrónico. As bobinas apresentam propriedades eléctricas principalmente em relação as variações rápidas de corrente, estas propriedades são dadas pela indutância. A indutância de uma bobina é medida em Henry (H) e também é comum os seus submúltiplos como o milihenry (mh) que vale a milésima parte do Henry e define a característica da bobina. 9

10 Bobinas Na figura podemos observar a representação esquemática de um campo no interior de uma bobina, a simbologia da bobina e o aspeto comercial. 10

11 Bobinas As bobinas podem ter muitas ou poucas espiras, com núcleos (para aumentar a indutância) ou sem núcleo de ferrite que são usadas em circuitos de altas frequências ou que trabalham com variações muito rápidas de corrente. Geralmente as bobinas de muitas espiras, podem ter núcleos de ferrite ou mesmo de ferro laminado e trabalham com correntes de médias e baixas frequências. 11

12 Bobinas Como se poderá aumentar o campo no interior de uma bobina? 12

13 Bobinas Como se poderá aumentar o campo no interior de uma bobina? 13

14 Bobinas Como se poderá aumentar o campo no interior de uma bobina? 14

15 Bobinas Como se poderá aumentar o campo no interior de uma bobina? Ou simplesmente aumentando a intensidade de corrente elétrica. 15

16 Associação de Bobinas Em série: Em paralelo: 16

17 Bobinas - Aplicações As bobinas são componentes importantes de qualquer circuito onde estejam instaladas e podem ser encontradas em diversas funções. Uma das principais funções das bobinas é fazer circuitos de sintonia em rádios, TV, mas também é comum encontrar bobinas a filtrar variações muito rápidas da corrente que poderiam afectar o funcionamento de certas partes críticas de equipamentos eléctricos ou electrónicos. 17

18 Bobinas - Aplicações Uma aplicação curiosa é a bobina de Tesla. Inventada por Nikola Tesla por volta de 1890, a bobina de Tesla é uma máquina que produz raios com uma tensão elevadíssima (cerca de 5 a 30 kv). É uma Máquina de produzir raios e com ela é possível acender uma lâmpada. 18

19 Eletroímanes Um Eletroíman é geralmente composto por uma bobina enrolada à volta de um núcleo de ferro. Mas estes elementos sozinhos não produzem nenhum campo magnético. Este é produzido por uma corrente quando esta fluí através da bobina. O eletroíman é carregado e é criado um campo magnético. 19

20 Eletroímanes Um eletroíman carregado reage como um íman normal. Colocando um material magnético, por exemplo um pedaço de ferro, na sua proximidade, uma força magnética é exercida no ferro e eles atraem-se. É diferente dos ímanes permanentes pois é possível controlar a intensidade do campo magnético de um eletroíman. 20

21 Eletroímanes Como exemplo da vida quotidiana: Um disjuntor contém um eletroíman. Quando a corrente, que fluí através do eletroíman, excede o limite permitido, a sua força magnética é suficientemente elevada para abrir o Interruptor. Outro exemplo comum são as gruas de elevação de contentores. 21

22 Eletroímanes A intensidade do Fluxo Magnético (B) está relacionada com: a permeabilidade do meio (μ), o número de espiras (n) da bobina e a corrente (I) que fluí através da bobina. Para um dado eletroíman, os parâmetros μ e n são constantes. A intensidade do campo magnético pode ser controlada alterando o fluxo de corrente I. 22

23 Motores Elétricos Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, porque combina as vantagens da energia elétrica (baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de controlo) com a construção simples, o custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. 23

24 CONSTRUIR UM MOTOR Motores Elétricos Material: um parafuso simples; uma pilha alcalina; um fio de cobre; um íman de neodímio (ímanes permanentes fortes). 24

25 CONSTRUIR UM MOTOR Construção em 3 passos: Motores Elétricos 1- Juntar o íman à base do parafuso. 2- Colocar a ponta do parafuso no polo (+) da pilha pressionando uma ponta do fio de cobre no lado oposto da pilha (polo - ). 3- Para fazer o arranque basta tocar no íman com a outra ponta do fio de cobre. 25

26 Força Magnética Cálculo de Grandezas importantes no Eletromagnetismo Fm = q x v x B x l ou Fm = q x U onde: Fm - força magnética (N - Newton) q - carga da partícula (C - coulomb) v - velocidade (m/s) B - indução magnética (T - Tesla) l - comprimento do condutor (m) U - tensão (V - Volt) 26

27 Fluxo Magnético f = B x S onde: Cálculo de Grandezas importantes no Eletromagnetismo - Fluxo magnético (Wb - Weber) B Indução magnética (T - Tesla) S Superfície (m 2 ) 27

28 Cálculo de Grandezas importantes no Eletromagnetismo Energia armazenada na bobina Wbobina = I x B x S ou Wbobina = 1/2 x L x I onde: Wbobina Energia magnética armazenada na bobina (J - Joule) I intensidade da corrente (A) B - indução magnética (T) S Superfície (m 2 ) L indutância da bobina (H) 28

29 Alguma simbologia elétrica 29