fiii - capitulo 04 - eletromagnetismo · •bobina: é constituído por um condutor enrolado de...

Física III

Prof. Márcio T. de Castro03/06/2017

Capítulo 04

Eletromagnetismo

Técnico em Edificações (PROEJA)

Parte I

2

Magnetismo

• Magnetismo: propriedade de atrair pedaços

de ferro e outras substâncias.

• Ímã: material com propriedades magnéticas.

– Ex: magnetita (natural), neodímio (artificial)

Magnetismo• Pólos Magnéticos: regiões de um ímã em que as ações

magnéticas são mais intensas.– Pólo Norte: extremidade do ímã que se volta para o pólo

norte geográfico.

– Pólo Sul: extremidade que aponta para o poló sul geográfico.

Magnetismo

• Princípio Básico do Magnetismo: pólos

magnéticos de mesmo nome se repelem e

pólos magnéticos de nomes diferentes se

atraem.

Magnetismo

• Magnetismo Terrestre: a Terra se comporta aproximadamente como um imã que forma cerca de 11° com a direção norte-sul geográfica– Pólo Norte Geográfico: pólo sul magnético.

– Pólo Sul Geográfico: pólo norte magnético.

Magnetismo

• Bússola: instrumento formado por uma

agulha imantada que gira livremente em torno

de um eixo e a ponta da agulha aponta

sempre aproximadamente para o Norte

geográfico.

Magnetismo

• Inseparabilidade dos pólos de um ímã: cortando-se um ímã transversalmente, cada

pedaço continuará sendo sempre um dipolo

magnético.

Campo Magnético

• Campo Magnético: região de influências

criada por um ímã, que são significativas tanto

em outros ímãs como em alguns materiais.

Campo Magnético• Vetor Indução Magnética (�): campo magnético de um ímã

descrito por um vetor.– Unidade (SI): tesla (T).

– Módulo: intensidade de um campo magnético B em uma partícula hipoteticamente eletrizada com carga elétrica q movendo-se com velocidade v, submete-se a uma força magnética F.

– Direção: da reta r com a qual a agulha da bússola se alinha.

– Sentido: para onde aponta o pólo norte magnético da agulha.

sen F B q v θ= ⋅ ⋅ ⋅

Campo Magnético• Auroras Polares: a atmosfera terrestre recebe do sol

partículas dotadas de carga elétrica (vento solar) que interagem com o campo magnético da Terra, dirigindo-se para os pólos, e nas proximidades dos pólos, esses elétrons excitam o oxigênio e o nitrogênio, que dá origem a colorações no céu.

Campo Magnético

• Linhas de Indução: ente geométrico

responsável por tornar possível a visualização

da atuação do campo magnético no espaço.

– Região externa de um ímã: as linhas de indução

orientam-se do pólo norte para o pólo sul.

Campo Magnético

• Campo Magnético Uniforme: é aquele em

que o vetor indução magnética tem o mesmo

módulo, a mesma direção e o mesmo sentido

em todos os pontos do meio.

Fio Condutor em um Campo Magnético

• Fio Condutor em um Campo Magnético: se um fio retilíneo, de comprimento L, percorrido por uma corrente i, for colocada em um campo magnético uniforme B, sobre este fio atuará uma força magnética F e θ é o ângulo formado pelo fio condutor e o campo magnético.

senF BiL θ=

Espira em um Campo Magnético

• Espira em um Campo Magnético: uma espira

percorrida por uma corrente elétrica, colocada

em um campo magnético, tende a girar.

– Ex: galvanômetro, motor de corrente contínua.

Parte II

16

Eletromagnetismo

• Eletromagnetismo: correntes elétricas criam

um campo magnético na região do espaço que

as circunda.

Campo Magnético de um Condutor Retilíneo

• Campo Magnético de um Condutor Retilíneo: as linhas de indução criadas pela corrente em

um fio condutor reto e comprido são círculos

com centro sobre o condutor.

Campo Magnético de uma Espira

• Campo Magnético de uma Espira:

iB

R∝

Campo Magnético de uma Bobina

• Bobina: é constituído por um condutor

enrolado de modo a formar espiras sucessivas.

• Campo Magnético de uma Bobina: uma

bobina, percorrida por uma corrente, se

comporta como um ímã.

Influência do Meio no Campo Magnético

• Imantação de um Material: átomos podem ser considerados ímãs elementares, que colocados em um campo magnético, estes se orientam paralelamente ao campo.– Histerese Magnética: propriedade de materiais de

manter certa imantação mesmo na ausência do campo magnético aplicado.

Influência do Meio no Campo Magnético

• Substâncias Paramagnéticas: aquelas que ao serem colocadas em um campo magnético, se imantam de maneira a provocar um pequeno aumento no valor do campo magnético.

– Ex: alumínio, magnésio, platina etc

• Substâncias Diamagnéticas: ao serem colocadas em um campo magnético, têm seu ímãs elementares orientados em sentido contrário ao do campo aplicado.

– Ex: bismuto, cobre, água, prata, ouro etc

Influência do Meio no Campo Magnético

• Substâncias Ferromagnéticas: sob a ação de um campo magnético, estas substâncias se imantam fortemente, fazendo com que o campo magnético resultante seja muitas vezes maior do que o campo aplicado.

– Ex: ferro, cobalto, níquel e suas ligas.

– Ímã atrai substâncias ferromagnéticas: por ação do campo magnético do ímã, as substâncias ferromagnéticas se imantam.

Influência do Meio no Campo Magnético

• Eletroímã: bobina com núcleo de substância

ferromagnética, o que torna mais intenso o

campo magnético nas proximidades da

bobina.

– Aplicações: guindaste de eletroímã, receptor

telefônico, alto falante, canhão de elétrons.

Parte III

25

Força Eletromotriz Induzida

• Força Eletromotriz Induzida: força

eletromotriz que aparece em um condutor em

movimento dentro de um campo magnético

Força Eletromotriz Induzida

• Corrente Induzida em um Circuito: corrente

elétrica estabelecida pela fem induzida.

Força Eletromotriz Induzida

• Gerador de Corrente Alternada: movimento

de um condutor sucessivamente de um lado

para o outro dentro do campo magnético.

Lei de Faraday

• Fluxo Magnético (ф): pode ser interpretado

em termos do número de linhas de indução

que atravessam a superfície.

– Unidade (SI): weber (Wb)

cosBAφ θ=

Lei de Faraday

• Lei de Faraday: sempre que ocorrer variação

do fluxo magnético através de um circuito,

aparecerá uma fem induzida Ԑ.

Exemplo:

t

φε

∆=∆

Lei de Faraday

• Dínamo: gerador constituído basicamente por

uma espira que gira dentro de um campo

magnético, havendo com isto uma variação do

fluxo magnético através da espira, que produz

corrente alternada.

Usinas Geradoras de Energia Elétrica

• Usina hidrelétrica: a energia potencial da

água em uma represa se transforma em

energia cinética durante sua queda, que faz

girar uma turbina, e seu movimento de

rotação é transmitido ao gerador, produzindo

corrente elétrica.

Usinas Geradoras de Energia Elétrica

• Usina Termoelétrica: a energia térmica, obtida

pela combustão de madeira, carvão ou

petróleo, provoca a vaporização da água

contida em uma caldeira e esse vapor, a alta

pressão, faz girar um turbina que é

transmitida ao gerador.

Usinas Geradoras de Energia Elétrica

• Usina Nuclear: o calor utilizado para produzir

um vapor a alta pressão que gira as turbinas é

proveniente de reações nucleares que

ocorrem dentro de um reator atômico.

Usinas Geradoras de Energia Elétrica

• Fontes Alternativas de Energia Elétrica: energia eólica (dos ventos), energia das

marés, energia solar, energia geotérmica etc.

Transformador

• Transformador: dispositivo usado para aumentar ou diminuir a tensão em circuitos de corrente alternada, constituído por duas bobinas – a primária com Np

voltas, onde é gerado um campo magnético variável devido a uma ddp alternada VP aplicada aos seus terminais e a secundária de NS voltas, onde o campo magnético variável ao atravessá-la gera uma ddpalternada VS, de acordo com a relação

P P

S S

V N

V N=

Transformador

• Exemplo:

Parte IV

38

Ondas Eletromagnéticas

• Campo Elétrico Induzido: se um campo

magnético, existente em uma certa região do

espaço, sofrer variação no decorrer do tempo,

esta variação faz aparecer, nesta região, um

campo elétrico induzido.

Ondas Eletromagnéticas

• Campo Magnético Induzido: se um campo

elétrico, existente em uma certa região do

espaço, sofrer variação no decorrer do tempo,

esta variação faz aparecer, nesta região, um

campo magnético induzido.

Ondas Eletromagnéticas

• Ondas Eletromagnéticas: distúrbio

constituído pela propagação de campos

elétricos e magnéticos que oscilam

periodicamente.

Ondas Eletromagnéticas

• Velocidade das Ondas Eletromagnéticas: as

ondas eletromagnéticas se propagam no

vácuo com velocidade de c = 3,0.108 m/s.

42

Ondas Eletromagnéticas

• Espectro Eletromagnético: conjunto dos

diversos tipos de ondas eletromagnéticas

conhecidas.

43

Ondas Eletromagnéticas

• Ondas de Rádio: ondas eletromagnéticas que

apresentam frequências mais baixas (até

cerca de 108 hertz.

– Geração: oscilação de elétrons na antena

emissora.

– Utilidade: transmissões de rádio e TV.

44

Ondas Eletromagnéticas• Micro-ondas: ondas eletromagnéticas com

frequências entre 108 Hz e 10¹¹ Hz.– Geração: fonte de micro-ondas.

– Utilidade: sinais de TV via satélite, transmissões telefônicas, forno micro-ondas.

45

Ondas Eletromagnéticas

• Radiação Infravermelha: ondas

eletromagnéticas com frequências entre 1011

Hz e 1014 Hz.

– Geração: constante e intensa vibração de átomos

de um corpo aquecido.

– Utilidade: radiação térmica (transmissão de calor)

46

Ondas Eletromagnéticas

• Radiação Luminosa: ondas eletromagnéticas

com frequências entre 4,3.1014 Hz e 7,5.1014

Hz.

– Geração: fontes luminosas.

– Utilidade: luz.

47

Ondas Eletromagnéticas

• Radiação Ultravioleta: ondas

eletromagnéticas com frequências entre 1015

Hz e 1018 Hz.

– Geração: átomos altamente excitados.

– Utilidade: lâmpadas ultravioletas (germicida).

48

Ondas Eletromagnéticas

• Raios X: ondas eletromagnéticas com

frequências entre 1018 Hz e 1022 Hz.

– Geração: feixe de elétrons acelerados por meio

de voltagem elevada que ao atingirem um alvo

são bruscamente desacelerados e emitem raios X.

– Utilidade: radiologia médica, análise estruturais

na construção civil.

49

Ondas Eletromagnéticas

• Raios Gama: ondas eletromagnéticas com

frequências superiores a 1022 Hz.

– Geração: desintegração de núcleos atômicos.

– Utilidade: radioterapia (tratamento contra o

câncer).

50