Electricidade e Magnetismo

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1 Electricidade e Magnetismo Prof.ª Rosa Pais e Marília Peres 1 CAMPO de FORÇAS Toda a região do espaço o no qual uma certa influência se faz sentir: uma partícula colocada em qualquer ponto dessa região sofre acção de uma força a bem definida. 2

2 Numa região em que a influência de uma fonte magnética se faça a sentir, existe um campo magnético tico. A interacção magnética detecta-se não sós em ímanes ou magnetes,, mas também m cargas em movimento (corrente( eléctrica ctrica) ) podem originar um campo magnético. 3 Os electrões podem actuar como magnetes individuais. No ferro é mais fácilf alinhar os electrões que em outros materiais. Quando os electrões estão alinhados originam um magnete mais forte. Ferro Magnetite 4

3 A agulha magnética de uma bússolab (colocada fora da acção de um magnete ou de uma corrente eléctrica ctrica) aponta sempre para o Norte. Mas se aproximamos dela um magnete, ela roda, tomando a orientação do campo criado pelo magnete. 5 O campo magnético é uma grandeza vectorial que tem uma indução magnética que se representa pelo vector A unidade SI da intensidade de indução magnética é o tesla (T) Outra unidade (não pertence ao SI) é o gauss (G) 1 G = 1 x 10-4 T B r 6

4 O campo eléctrico é uma grandeza vectorial que se representa pelo vector Para caracterizar o vector campo eléctrico, coloca-se uma carga eléctrica pontual positiva q 0 carga de prova E r 7 A partir da força a eléctrica e do valor da carga de prova define-se o campo eléctrico que se caracteriza, em cada ponto do espaço o por: DIRECÇÃO - é a da força a eléctrica que actua na carga de prova SENTIDO- é a da força a eléctrica que se exerce na carga de prova (do positivo para o negativo) INTENSIDADE é da força a eléctrica que actua sobre a carga colocada nesse ponto. A unidade SI de intensidade do campo eléctrico (E)( é o newton por coulomb (N C - 1 ) 8

5 Linhas de campo magnético associadas a um íman de barra Linhas de campo eléctrico 9 Linhas de campo magnético As linhas de indução magnética permitem a visualização do campo magnético. 10

6 As linhas de campo magnético são fechadas. Em cada ponto do espaço, o vector B r é tangente às linhas de campo. O número n de linhas de campo, por unidade de área, é proporcional à intensidade do campo magnético. Zonas mais densas <=> campo mais intenso Zonas menos densas <=> campo menos intenso Um campo magnético aproximadamente uniforme tem as linhas de campo paralelas. As linhas de campo magnético não indicam a direcção da força a de interacção com o íman. Essa força tem a direcção perpendicular ao vector B r 11 Linhas de campo eléctrico Visualização do campo eléctrico espectro eléctrico Em cada ponto do espaço, o vector campo eléctrico é tangente às s linhas de campo e tem o sentido dessas linhas. E r As linhas de campo iniciam-se nas cargas positivas e terminam nas cargas negativas. A intensidade do campo eléctrico é maior nas zonas mais densas das linhas de campo. As linhas de campo eléctrico uniforme são paralelas. 12

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8 15 EXPERIÊNCIA de ÖERSTED Em 1820 Öersted observou que uma agulha magnética, quando nas proximidades de uma corrente eléctrica, roda como se estivesse perto de um íman. Concluiu que uma corrente eléctrica origina um campo magnético. 16

9 17 INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA Se uma corrente eléctrica origina um campo magnético, será que um íman pode criar um campo eléctrico? Faraday e Henry descobriram que a resposta era afirmativa e estudaram as condições em que este fenómeno se detectava. As seguintes experiências ilustram os resultados das suas descobertas. Indução electromagnética por movimento de um íman no interior de uma bobina. Quando se move o íman no interior da bobina é induzida uma força electromotriz (f.e.m.) que estabelece uma corrente eléctrica cujo sentido muda sempre que o movimento do íman é invertido. 18

10 Indução electromagnética por acção de um campo eléctrico variável numa bobina. Uma corrente eléctrica variável cria um campo magnético variável na vizinhança. Este origina uma f.e.m. induzida numa bobina nele colocado. Enrolando um fio condutor num prego de ferro maciço e ligando-o a um pilha podemos verificar o desvio de uma agulha magnética e atrair clips como se fosse um íman. O conjunto bobina e prego chamase electroíman

11 Φ = B Acosαα FLUXO MAGNÉTICO Se considerarmos uma espira condutora que delimita uma superfície de área A colocada numa região do espaço onde existe um campo magnético B r uniforme determina-se o fluxo magnético Φ (através da espira) pela expressão: Φ = B Acosα Φ - fluxo magnético em weber (Wb) B intensidade de indução magnética em tesla (T) A área da superfície plana em m 2 B r α-ângulo formado pela direcção da normal à superfície e com o vector. 21 Para N espiras condutoras o fluxo magnético total é o produto do fluxo numa só espira Φ, pelo número de espiras Φ total = N Φ 22

12 O fluxo magnético depende da área, quanto maior a área maior o fluxo (se mantivermos constantes os outros factores) 23 O fluxo magnético depende da posição da espira (ângulo formado pela direcção da normal à superfície e do vector B), é máximo para um ângulo de 0º e nulo para um ângulo de 90º (se mantivermos constantes os outros factores) 24

13 25 Funcionamento do microfone e do altifalante O funcionamento do microfone e do altifalante tem por base a indução electromagnética. Ambos têm uma membrana ou diafragma, uma bobina e um íman, contudo, no microfone um sinal sonoro é convertido num eléctrico enquanto no altifalante o processo é inverso, um sinal eléctrico é convertido em sinal sonoro.

14 Funcionamento do altifalante: Quando a corrente eléctrica passa na bobina, varia de acordo com os sinais eléctricos recebidos (resultantes, por exemplo, da conversão no microfone de um sinal sonoro), dando origem a um campo magnético variável que, ao interagir com o campo magnético criado pelo íman, provoca na bobina um movimento oscilatório. Uma vez que a bobina está ligada a uma membrana, esta passa a vibrar com a mesma frequência e com a mesma intensidade, reproduzindo o som original, ou seja, a membrana oscilante não é mais do que uma fonte sonora. O ALTIFALANTE 28

15 Funcionamento do microfone: Quando o som atinge a membrana, esta entra em oscilação devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora, onda de pressão. Como a membrana está ligada à bobina, esta passa a oscilar com a mesma frequência. Durante este movimento, o fluxo magnético do campo criado pelo íman varia, induzindo uma força electromotriz que dá origem a uma corrente eléctrica na bobina do microfone. Esta corrente alternada induzida na bobina apresenta as mesmas características do som original quer em frequência quer em intensidade. 30

16 Outra aplicação da indução electromagnética são os GERADORES. Os geradores de f.e.m. induzida são máquinas que transformam energia mecânica em energia eléctrica através da indução electromagnética. 31