AULA 16.1 Conteúdo Eletromagnetismo: Campo Magnético gerado por um fio e por um solenoide. Habilidades: Compreender os princípios físicos envolvidos no magnetismo e eletromagnetismo para relacionar fenômenos e aplicações práticas do cotidiano. 1
Verificamos experimentalmente que a intensidade (B) do campo magnético criado por um fio reto e longo é proporcional à intensidade de corrente elétrica (i) que o atravessa e é inversamente proporcional à distância (r) do ponto até o fio: B = μ 0 i 2π r 2
Nessa expressão, a constante μ é a permeabilidade magnética do meio em que está o fio. Para o vácuo, essa constante vale: μ 0 = 4π 10 7 T m A A unidade de medida para o campo magnético no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o tesla (T) em homenagem a Nicola Tesla (1856-1943). 3
EXEMPLO Um fio retilíneo e longo é percorrido por uma corrente elétrica com intensidade de 10 A. Determine o módulo do vetor campo magnético em um ponto P situado a 20 cm do fio. Considere que o meio em que se encontra o fio é o vácuo. 4
EXEMPLO Solução: Dados: i = 10 A r = 20 cm = 0,2 m μ 0 = 4π 10 7 T m/a 5
EXEMPLO Solução: Dados: i = 10 A r = 20 cm = 0,2 m μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = μ 0. i 2π. r 6
EXEMPLO Solução: Dados: i = 10 A r = 20 cm = 0,2 m μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = μ 0. i 2π. r B = 4π. 10 7 2π. 0, 2. 10 7
EXEMPLO Solução: Dados: i = 10 A r = 20 cm = 0,2 m μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = μ 0. i 2π. r B = 4π. 10 7 2π. 0, 2. 10 B = 40. 10 7 0, 4 8
EXEMPLO Solução: Dados: i = 10 A r = 20 cm = 0,2 m μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = μ 0. i 2π r B = 4π 10 7. 10 2π 0, 2 B = 40 10 7 0, 4 B = 400. 10-6 T, em Not.Cient. B = 4,0. 10-4 T 9
SOLENOIDE Um solenoide é constituído por um fio metálico enrolado no formato de uma hélice cilíndrica. Ao ser atravessado por uma corrente elétrica, cria um campo magnético cujas linhas são mostradas na figura: 10
11 Solenoide
SOLENOIDE Na física chamamos de solenoide todo fio condutor longo e enrolado de forma que se pareça com um tubo formado por espiras circulares igualmente espaçadas. Este condutor também pode ser chamado de bobina chata. Portanto, ao se deparar com ambos os nomes, lembre-se que eles são sinônimos, pois nos dois casos temos um agrupamento de espiras. 12
SOLENOIDE O enrolamento de um fio sobre um tubo de caneta, por exemplo, é um solenoide. Configuramos um solenoide a partir da reunião das configurações das linhas de campo magnético produzidas por cada uma das espiras. Para fazermos um solenoide basta enrolarmos um fio longo sobre um tubo de caneta, por exemplo. A figura abaixo nos mostra um solenoide percorrido por uma corrente elétrica i e de comprimento L. 13
14 Tubo de Ferro
SOLENOIDE Como todo fio condutor percorrido por uma corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético, não é diferente para um solenoide. O campo magnético gerado em um solenoide possui as seguintes características: No interior do solenoide consideramos o campo magnético como sendo uniforme, portanto, as linhas de indução são paralelas entre si. Quanto mais comprido for o solenoide, mais uniforme será o campo magnético interno e mais fraco o campo magnético externo. 15
SOLENOIDE Para o campo magnético uniforme no interior do solenoide teremos um vetor indução em qualquer ponto interno do solenoide, portanto, como se trata de um vetor, ele terá intensidade, direção e sentido. O módulo, isto é, a intensidade do campo magnético no interior de um solenoide é obtido através da seguinte equação: B = μ. N L. i 16
SOLENOIDE B = μ. N L. i Onde: μ é a permeabilidade magnética do meio no interior do solenoide e N/L representa o número de espiras por unidade de comprimento do solenoide. A direção do vetor indução magnética é retilínea e paralela ao eixo do solenoide. 17
SOLENOIDE B = μ. N L. i O sentido é obtido através da regra da mão direita. Como existe um campo magnético no interior do solenoide, podemos dizer que as extremidades de um solenoide são seus polos. 18
SOLENOIDE As aplicações práticas de um solenoide são inúmeras, dentre elas podemos destacar: Válvula solenoide para vapor: 19
SOLENOIDE Válvula solenoide para a passagem de água ou ar: 20
SOLENOIDE Solenoide Rotativo (motor de arranque). 21
SOLENOIDE Eletroválvula 22
EXEMPLO Um solenoide de 1 metro de comprimento contém 500 espiras e é percorrido por uma corrente de 2A. Determinar a intensidade do vetor campo magnético no interior do solenoide. Adote μ 0 = 4π 10 7 T m/a 23
EXEMPLO Solução: Dados: L = 1,0 m i = 2 A N = 500 espiras μ 0 = 4π 10 7 T m/a 24
EXEMPLO Solução: Dados: L = 1,0 m i = 2 A N = 500 espiras μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = n L. μ. i 25
EXEMPLO Solução: Dados: L = 1,0 m i = 2 A N = 500 espiras μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = n L. μ. i 500 B =. 4. π. 10 7. 2 1 B = 4000. 3, 14. 10 7 26
EXEMPLO Solução: Dados: L = 1,0 m i = 2 A N = 500 espiras μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = n L. μ. i 500 B =. 4. π. 10 7. 2 1 B = 4000. 3, 14. 10 7 B = 1256. 10 7 27
EXEMPLO Solução: Dados: L = 1,0 m i = 2 A N = 500 espiras μ 0 = 4π 10 7 T m/a B = n L. μ. i 500 B =. 4. π. 10 7. 2 1 B = 4000. 3, 14. 10 7 B = 1256. 10 7 B = 1, 256. 10 7 T 28
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA 1. Para a figura abaixo, determine o valor do vetor indução magnética B situado no ponto P e marque a alternativa correta. Adote μ 0 = 4π x10-7 T.m/A, para a permeabilidade magnética. i = 20 A a) B = 4. 10-5 T b) B = 8. 10-5 T c) B = 4. 10-7 T 5 cm d) B = 5. 10-5 T e) B = 8. 10-7 T P 29
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA 2. Um solenoide de 50 cm de comprimento contém 2000 espiras e é percorrido por uma corrente de 5A. Determinar a intensidade do vetor campo magnético no interior do solenoide. Adote μ 0 = 4π 10 7 T m/a a) 1,25 x 10-2 T b) 12,5 T c) 25,512 T d) 2,51 x 10-2 T e) 2,51 x 10-7 T 30