Ismael Rodrigues Silva Física-Matemática - UFSC. cel: (48)

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1 Ismael Rodrigues Silva Física-Matemática - UFSC cel: (48)

2 Maxwell formulou um conjunto de 4 equações (equações de Maxwell) que desempenham no eletromagnetismo o mesmo papel que as leis de Newton na mecânica. As equações de Maxwell predizem que há um distúrbio eletromagnético com características ondulatórias: a onda eletromagnética. Asondaseletromagnéticassepropagamnovácuocomvelocidade = 3 10 /. As ondas eletromagnéticas são organizadas e classificadas no espectro eletromagnético deacordocomsuafrequência ouseucomprimentodeonda. Arelaçãoentreafrequênciaeocomprimentodeondaé =. A luz é uma onda eletromagnética que compõe uma faixa muito pequena do espectro. Em ordem crescente de frequência, temos ondas de rádio, micro-ondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios x e raios gama. Cada onda tem sua aplicação prática/ riscos de exposição.

3 49 Até 1831, somente energia química era transformada em energia elétrica. Faraday descobriu então a indução eletromagnética, e foi possível construir dínamos, que transformam energia mecânica em energia elétrica.

4 50 Considere um condutor movimentando-se em um campo magnético uniforme, conforme a figura abaixo. Os elétrons livres da barra se movimentam com ela, e portanto estão sujeitos à força magnética. Pela regra do tapa, os elétrons se movimentam para a extremidade C, que fica negativa, e portanto a extremidade D fica positiva.

5 51 Enquanto a barra se movimentar no campo, haverá separação de cargas e portanto uma diferença de potencialentreced. Em outras palavras, o sistema equivale a uma pilha/bateria, e a fem que aparece é chamada força eletromotriz induzida.

6 52 Suponha que a barra esteja se movimentando no campo magnético sobre um trilho metálico. Temos então um circuito fechado, e a diferença de potencial fará aparecer uma corrente induzida. Movimentando a barra para a esquerda e para a direita, teremos um gerador de corrente alternada.

7 53 Outro exemplo: aproximar o polo de um ímã de uma espira em repouso. Ao afastar o ímã, a corrente aparecerá em sentido contrário ao anterior.

8 O campo magnético é representado por linhas de indução. As linhas estão mais próximas onde o campo é mais intenso.

9 Imagine as linhas atravessando uma superfície. Basicamente falando, o fluxo magnético é proporcional à quantidade de linhas que atravessam a superfície. O fluxo na superfície da esquerda é maior que o fluxo nasuperfíciedadireita.

10 O fluxo é claramente maior quando o campo magnético na região for mais intenso, pois há mais linhas de indução.

11 O fluxo também é maior quanto maior for a área da superfície, pois assim mais linhas podem atravessá-la.

12 Seja eânguloentreovetorcampomagnéticoeovetor normal à superfície em um ponto da superfície. Não confunda: não é o ângulo que faz com a superfície.

13 O fluxoémaiorquantomenor foroângulo. Se = 0 ofluxoémáximo. Se = 90 ofluxoénulo(imagineuma folhadepapelsobachuva!)

14 Somos motivados a definir o fluxo de um campo magnético uniforme sobre uma superfície como onde é o ângulo entre e a reta perpendicular/normal a. Se a superfície é perpendicular ao campo magnético, ou seja, se a normal à superfície é paralela ao campo magnético,então = 0 =.

15 Lembre que = (unidade de B é um testa), mas lembre também que = / (a unidade de B tambéméiguala1weberpormetroquadrado). Se [] = ² (se a unidade de área for dada em metros quadrados), então No Sistema Internacional de Unidades, a unidade do fluxo magnético é weber, que é igual a um tesla vezes metro quadrado.

16 Faraday verificou que sempre que uma f.e.m. induzida aparecia, estava ocorrendo variação do fluxo magnético através do circuito. Mais precisamente, o valor da f.e.m. é tanto maior quanto mais rapidamente o fluxo varia: Lei da indução de Faraday

17 Vamos analisar nossos exemplos: No caso da barra sobre o trilho metálico, não varia, não varia e é igual a 0, mas varia. Movimentando a barra para a direita fará com que a área mostrada aumente:

18 Nocasodoímãseaproximandodabobina, ovalordaárea permanece o mesmo, mas nesse caso o vetor campo magnético através da superfície varia.

19 Como determinar o sentido da corrente induzida na bobina? Em 1834, Lenz apresentou uma regra, a lei de Lenz, que permite resolver esse problema.

20 Quando o fluxo magnético está aumentando, a corrente criada tem sentido tal que o campo por ela criado tende a diminuir o fluxo através da espira.

21 A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético que ela cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira. Em outras palavras: se o fluxo aumenta, a corrente tem o sentido que criará um campo com sentido contrário ao campo existente. Se o fluxo diminui, a corrente induzida terá o sentido que criará um campo com mesmo sentido do campo existente.

22 Uma f.e.m. aparece sempre que o fluxo magnético varia, e esse princípio é usado na construção de dínamos, que são geradores que produzem grandes quantidades de energia elétrica. Enquanto uma espira gira em um campo magnético, haverá variação do fluxo (ângulo ) e fará aparecer uma corrente. O fluxo estará aumentando e diminuindo conforme a espira gira, e portanto a corrente gerada é alternada.

23 O gráfico ao lado mostra como a corrente alternada, gerada na espira, varia com o tempo, à medida que ela gira. Abaixo, mostra-se o que acontece se o circuito for ligado a uma lâmpada.

24 O ímã da figura é agastado verticalmente da espira CDFG, conforme a figura. a) O campo magnético estabelecido pelo ímã em pontos do interior da espira está dirigido parabaixoouparacima? b) O fluxo magnético através da espira está aumentando ou diminuindo? c) Então, o campo magnético que a corrente induzida cria no interior da espira deve estar dirigido para baixo ou para cima? d) Usando a regra de Ampère, determine o sentido da corrente induzida na espira.

25 Uma espira de prata é colocada em um campo magnético uniforme, com seu plano perpendicularao vetor. A área da secção reta do fio de prata éγ = 2,0² e o raio daespira é# = 30. Supondo que o campo magnético esteja variando com uma taxa de 0,050/, determine a intensidade da corrente na espira. Solução: resistividadedaprata:% &'()( = 1,59 10 * + R = % - =./ = 0 01 = 2#²,- = 22# Portanto / =. = = 1 % = 32#² %22# 0 01 = 3# 2% 0 01