O microfone e o altifalante. O altifalante é um aparelho que converte os sinais elétricos em sons originais

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1 Sumário UNIDADE TEMÁTICA O microfone e o altifalante. - O campo magnético quem cria o campo e como se deteta. - O vetor campo magnético. - O campo elétrico quem cria o campo e como se deteta. - O vetor campo elétrico. - Linhas de campo magnético. - Linhas de campo elétrico. O microfone e o altifalante O microfone é um aparelho que converte um sinal sonoro num sinal elétrico O altifalante é um aparelho que converte os sinais elétricos em sons originais Para estudar estes aparelhos é necessário estudar as interações entre a eletricidade e o magnetismo, ou seja, ter algumas noções de campo magnético, indução eletromagnética e campo elétrico. 1

2 Noção de campo Conceito de campo O conceito de campo foi introduzido, pela primeira vez por Michael Faraday ( ) no estudo das interações elétricas e magnéticas. No século XVIII o conceito de forças à distância era de difícil interpretação, só se aceitava a existência de interações por contacto. Para explicar a propagação da luz e as interações elétricas imaginava-se uma substância chamada éter que faria a ligação entre todos os corpos do Universo. Era o éter que encheria todo o espaço entre os corpos assegurando o contacto entre eles e permitiria explicar as interações entre os corpos. Noção de campo No século XIX, a hipótese da existência do éter foi posta em causa e surgiu o conceito de campo, primeiramente aplicado às forças elétricas e magnéticas e posteriormente às forças gravíticas. Em geral, diz-se que num dado espaço existe um campo de forças, se nesse espaço existir uma determinada propriedade física que se estende a todos os pontos desse espaço. Podemos ter campos vetoriais e campos escalares. Exemplos de campos: campo gravítico, campo elétrico, campo das temperaturas ou campo das altas e baixas pressões. 2

3 Noção de campo Um campo, em Física, não é uma entidade material. É um conceito, tal como o conceito de força, é um auxiliar muito útil à interpretação de interações: Gravitacionais ou Eletromagnéticas. Interação magnética Todos os ímanes, independentemente da sua forma, têm dois polos: - o pólo norte magnético; - o pólo sul magnético. Estes polos exercem forças de certa forma semelhantes às que se verificam entre cargas elétricas, isto é, polos de mesmo nome repelemse e polos de nome diferente atraem-se. 3

4 Campo magnético Um íman cria um campo magnético nos pontos do espaço à sua volta e que lhe estão próximos. A agulha magnética orienta-se de forma diferente quando está em P e quando está em Q: as propriedades magnéticas em P e Q são diferentes; o campo magnético em P e Q tem características diferentes. Campo magnético A Terra comporta-se, aproximadamente, como um íman gigantesco; ao pólo norte geográfico corresponde o pólo sul magnético e ao pólo sul geográfico corresponde o pólo norte magnético. O magnetismo terrestre é atribuído a enormes correntes elétricas que circulam no núcleo do planeta, que é constituído de ferro e níquel no estado líquido, devido às altas temperaturas. A declinação magnética de um local é a medida do ângulo formado entre a direção do norte magnético, apontado pela agulha de uma bússola, em relação à direção do norte verdadeiro (geográfico). Em Portugal, atualmente, a declinação magnética é cerca de 7 Oeste. 4

5 Campo magnético O campo magnético é uma grandeza vetorial que se manifesta através da ação que exerce sobre ímanes e correntes elétricas, representa-se pelo vetor, B A direção do vetor campo magnético é igual à direção em que a agulha magnética se orienta quando é colocada nesse ponto. O sentido do vetor campo magnético é aquele para o qual o pólo norte de uma agulha magnética aponta quando livremente suspensa pelo seu centro de massa. A unidade SI de campo magnético é o tesla (T): 1 T = 1 N A -1 m -1 = 1 Wb m -2 Campo magnético 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 Ampére. 5

6 Campo magnético Campo magnético Origem Em ímanes naturais e em correntes elétricas - cargas em movimento, a nível macro ou microscópio (no interior de tubos de TV ou nos aceleradores de partículas, correntes elétricas e ímanes). Como se deteta Em magnetes (ímanes naturais) e em cargas em movimento. Campo elétrico O campo elétrico é uma grandeza vetorial que se representa pelo vetor, E Para caracterizar o vetor campo elétrico, coloca-se uma carga elétrica pontual positiva, q, chamada carga de prova, num ponto do espaço e se essa carga for atuada por uma força F podemos dizer que existe um campo elétrico nessa região. A partir da força elétrica e do valor da carga de prova, define-se a grandeza campo elétrico, F e q E 6

7 Campo elétrico F e q E q E ou F e Campo elétrico Fe E q O campo elétrico, caracteriza-se em cada ponto do espaço por: Direção: que é a da força elétrica que atua na carga de prova. Sentido: que depende da carga geradora, se esta for positiva aponta para fora, sentido contrário ao da carga, se for negativa aponta para dentro, sentido da carga. Intensidade: que é a magnitude da força elétrica que atua sobre a unidade de carga elétrica positiva colocada nesse ponto. Unidade SI de intensidade de campo elétrico: que é o NC -1, ou de uma forma equivalente Vm -1. 7

8 Campo elétrico Campo elétrico Origem Em cargas elétricas e em campos magnéticos variáveis. Como se deteta Em corpos eletrizados, quer as cargas estejam, ou não, em movimento. Linhas de campo magnético As linhas de campo magnético, indicam a direção e o sentido do campo em cada ponto e permitem verificar onde é mais ou menos intenso. (Esquerda) Linhas de campo linhas imaginárias que caracterizam o campo magnético e que seguem a disposição da limalha de ferro; (Direita) Espectro disposição dos pedacinhos de limalha de ferro que se alinham segundo a direção do campo magnético como se fossem agulhas magnéticas. 8

9 Linhas de campo magnético Espectro magnético de um íman Íman em barra Íman em U O campo magnético é mais intenso junto dos polos. O campo magnético é uniforme quando as linhas de campo são paralelas. Linhas de campo magnético As linhas de campo magnético: São tangentes em cada ponto ao vetor campo magnético; Têm o sentido do campo magnético; O número de linhas por unidade de área é diretamente proporcional à intensidade do campo; São linhas fechadas (começam e terminam no mesmo magnete). 9

10 Linhas de campo magnético Linhas de campo magnético 10

11 Exercício Linhas de campo elétrico As linhas de campo elétrico: São tangentes em cada ponto ao vetor campo elétrico; Têm o sentido do campo elétrico; O número de linhas por unidade de área é diretamente proporcional à intensidade do campo; Contrariamente às linhas de campo magnético que são fechadas, as linhas de campo elétrico começam nas cargas positivas e terminam nas negativas. 11

12 Linhas de campo elétrico Linhas de campo elétrico 12

13 Experiência de Oersted Se uma corrente elétrica origina um campo magnético (experiência de Oersted), será que um campo magnético (criado por um íman) pode criar um campo elétrico? (É o que veremos a seguir) Experiência de Oersted Em 1820, o físico dinamarquês Oersted observou que uma agulha magnética, quando nas proximidades de uma corrente elétrica, roda como se estivesse próxima de um íman. Concluiu, então, que uma corrente elétrica origina, tal como um íman, um campo magnético. TPC 1. Fazer exercícios do livro (APSA 2.4), página