magnetismo e eletromagnetismo coc 2013

Magnetismo e Eletromagnetismo

Prof. Antonio Marcos SARTRE COC

SEB

Magnetismo

• Sabe-se atualmente que essas pedras, denominadas ímãs naturais, são constituídas por um certo óxido de ferro.

• O termo “magnetismo” foi, então, usado para designar o estudo das propriedades destes ímãs, em virtude do nome da cidade onde foram descobertos.

• Observou-se que um pedaço de ferro, colocado nas proximidades de um ímã natural, adquiria as mesmas propriedades de um ímã (imantação), obtendo assim ímãs não-naturais (ímãs artificiais).

Classificação das Substâncias Magnéticas

• Substâncias Ferromagnéticas: são aquelas que apresentam facilidade de imantação quando em presença de um campo magnético. Ex: ferro, cobalto, níquel, etc.

• Substâncias Paramagnéticas: são aquelas que a imantação é difícil quando em presença de um campo magnético. Ex: madeira, couro, óleo, etc.

• Substâncias Diamagnéticas: são aquelas que se imantam em sentido contrário ao vetor campo magnético a que são submetidas. Corpos formados por essas substâncias são repelidos pelo ímã que criou o campo magnético. Ex: cobre, prata, chumbo, bismuto, ouro, etc.

• Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos com maior intensidade por certas partes do ímã, as quais foram denominadas pólos do ímã.

• Um ímã sempre possui dois pólos com comportamentos opostos. O pólo norte e o pólo sul magnéticos.

Fenômenos do Magnetismo

Verifica-se que dois ímãs em forma de barra, quando aproximados um do outro apresentam uma força de interação

entre eles.

S N S N

Repulsão Atração

N S S N

Pólos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se atraem.

Fenômenos Magnéticos – A Bússola

• O pólo norte do ímã Corresponde ao pólo sul geográfico.

• O pólo sul do ímã corresponde ao pólo norte geográfico.

N

S

Norte geográfico

Sul geográfico

Campo Magnético Terrestre

• A Terra se comporta como um grande ímã cujo pólo magnético norte é próximo ao pólo sul geográfico e vice-versa.

• Os pólos geográficos e magnéticos da Terra não coincidem.

Sul magnético

Norte magnético

Norte geográfico

Sul geográfico

Propriedade de inseparabilidade dos pólos

• Cortemos um ímã em duas partes iguais, que por sua vez podem ser subdivididas em outras tantas.

• Cada uma dessas partes constitui um novo ímã que, embora menor, tem sempre dois pólos.

• Esse processo de divisão pode continuar até que se obtenham átomos, que tem a propriedade de um ímã.

N S

N S N S

N S N S N S N S

N S N S N S N S N S N S N S N S

Linhas de Indução

• Ímã em forma de barra:

N S

Linhas de indução obtidas experimentalmente com limalha de ferro. Cada partícula da limalha comporta-se como uma pequena agulha magnética.

Linhas de Indução – Campo Magnético Uniforme

N S P2 B

P3 B

Campo magnético uniforme é aquele no qual, em todos os pontos, o vetor B tem a mesma direção, o mesmo sentido e a mesma intensidade.

Eletromagnetismo: A Experiência de Oersted

• Em 1820, o físico dinamarquês H. C. Oersted notou que uma corrente elétrica fluindo através de um condutor desviava uma agulha magnética colocada em sua proximidade.

Hans Christian Oersted

Campo Magnético Gerado em um Condutor Reto

• Em cada ponto do campo o vetor B é perpendicular ao plano definido pelo ponto e o fio.

• As linhas de indução magnética são circunferências concêntricas com o fio.

Sentido das Linhas de Campo Magnético

• O sentido das linhas de campo magnético gerado por corrente elétrica foi estudado por Ampère, que estabeleceu regra para determiná-lo, conhecida como regra da mão direita.

• Segure o condutor com a mão direita e aponte o polegar no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor B.

Linhas de Indução – Condutor Retilíneo

• Vista em perspectiva

• Vista de cima • Vista de lado

Grandeza orientada do plano para o observador (saindo do plano)

Grandeza orientada do observador para o plano (entrando no plano)

Intensidade do Vetor B – Condutor Retilíneo

• A intensidade do vetor B, produzido por um condutor retilíneo pode ser determinada pela Lei de Biot-Savart:

d

iB o

.2

i corrente em ampère

d distância do ponto ao condutor, perpendicular a direção do mesmo

o permeabilidade magnética do vácuo.

AmTo 7104

Campo Magnético em uma Espira Circular

• Considere uma espira circular (condutor dobrado segundo uma circunferência) de centro O e raio R.

• As linhas de campo entram por um lado da espira e saem pelo outro, podendo este sentido ser determinado pela regra da mão direita.

Linhas obtidas experimentalmente com limalha de ferro

Campo Magnético em uma Espira Circular

• A intensidade do vetor B no centro O da espira vale:

R

iB o

2

i corrente em ampère

R Raio da espira em metros

o permeabilidade magnética do vácuo.

AmTo 7104

Campo Magnético em uma Bobina Chata

• Uma bobina chata é constituída de várias espiras justapostas.

R

NiB o

2

.

N Número de espiras

• A intensidade do vetor B no centro da bobina vale:

Campo Magnético em um Solenóide

• O solenóide é um dispositivo em que um fio condutor é enrolado em forma de espiras não justapostas.

• O campo magnético produzido próximo ao centro do solenóide (ou bobina longa) ao ser percorrido por uma

corrente elétrica i , é praticamente uniforme (intensidade, direção e sentido constantes).

Direção e sentido do vetor B no interior do solenóide

• Para determinar o sentido das linhas de indução no interior do solenóide, podemos usar novamente a regra da mão direita.

i i

i i i i

Intensidade do vetor B no interior do solenóide

• A intensidade do vetor indução magnética uniforme no interior do solenóide é dada por:

L

NiB o .

N Número de espiras

L

i i

EXERCÍCIO P.132 Q. 307 Um solenoide de 50 cm de comprimento, 10 cm de

diâmetro, composto de 50 espiras, é percorrido por uma corrente elétrica de 10 A. A intensidade do campo magnético em seu interior é:

Adote π≈3 e µ0 = 4 π . 10 T.m/A.

-7

T 10 · 4 e.

T 10 · 4 d.

T 10 · 1,2 c.

T 10 · 1,2 b.

T 10 · 1,2 a.

4-

3-

3-

2-

-1

ELETROMAGNETISMO

N S

B

Força Magnética

• Se existir no espaço um campo magnético e uma carga elétrica nele for lançada com uma velocidade V qualquer, atuará sobre essa carga uma força F de origem magnética

Fmag = |q|.v.B.senθ

1º caso: Carga Lançada paralelamente ao Campo Magnético Uniforme (θ=0°)

N S

B

v q

Fmag. = 0 Fmag = |q|.v.B.sen0°

A carga executa um movimento retilíneo uniforme

2º caso: Carga lançada perpendicularmente ao Campo Magnético Uniforme (θ=90°)

Sen90° = 1 → Fmag. = |q|.V.B

X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

B

2º caso: Carga lançada perpendicularmente ao Campo Magnético Uniforme (θ=90°)

BVqFmg ..

R

VmFcp

2.

Fmg = Fcp

Bq

VmR

.

.

A Carga executa um movimento circular uniforme

Bq

mT

.

.2

3º caso: Carga lançada obliquamente ao Campo Magnético uniforme.

N S

B

Fmag. = |q|.V.B.Senθ

θ

A carga executa um movimento Helicoidal uniforme

Força magnética no condutor retilíneo

N S

B

i

θ

Fmag. = B.i.l.Senθ

Força Magnética em dois condutores

Fmag.=µo.i1.i2.l 2πd

Fluxo Magnético

• Grandeza escalar que mede o número de linhas de indução que atravessam a área A de uma espira imersa num campo magnético uniforme é chamada fluxo magnético (), sendo definida por:

B

n A cos AB

A = área em m2;

B = campo magnético em tesla (T );

= fluxo magnético em weber (Wb )

Valores particulares do fluxo magnético

A

B

n

AB

o

1cos

0

A

B

n

0

0cos

90

o

Indução Eletromagnética

• Consideremos um condutor metálico, movimentando-se com velocidade V, perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético B.

N

S

B

V B

Vista de Cima

V

Condutor em movimento dentro de um campo magnético

• Podemos então dizer que existe uma diferença de potencial entre as extremidades do condutor. A essa ddp damos o nome de força eletromotriz induzida (e ou fem).

B Vista de Cima

V

Cálculo da força eletromotriz induzida

• L = comprimento do condutor dentro do campo magnético (metros);

• B = intensidade do campo magnético uniforme (tesla);

• V = velocidade de deslocamento (m/s);

• V perpendicular a B ;

• e = força eletromotriz induzida (volts).

VBLe

Lei de Faraday da Indução Eletromagnética

• Sempre que ocorrer uma variação do fluxo magnético através de um circuito, aparecerá, neste circuito, uma fem induzida. O valor desta fem, e, é dada por:

te

Onde é a variação do fluxo observada no intervalo de tempo t.

O sinal negativo é estabelecido conforme a Lei de Lenz

Exemplos de variação do fluxo magnético

• Variação do fluxo através de variação da área :

• Puxando o condutor com uma velocidade V, estamos aumentando a área.

Aplicação da indução eletromagnética

Tela de proteção

Membrana

Bobina móvel ligada à membrana

Ímã Fixo

• Produzido e editado por:

• Prof. Antonio Marcos.