apostila física - eletromagnetismo3

8/14/2019 Apostila Fsica - Eletromagnetismo3

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Motoreseltricos

Nesta aula vocvai observar internamente

um motor parasaber do que eles

so feitos

Grande parte dos aparelhos eltricos que usamos tm a funo deproduzir movimento. Isso ns verificamos no incio desse curso. Voc

se lembra disso? Olhe a figura e refresque sua memria.Vamos comear a entender como isso feito!

( o que mais eles tm em comum ? )


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14 Motores eltricosNeste momento vamos retomar o levantamento e a classificao, realizados no incio deste curso.L, identificamos um grande nmero de aparelhos cuja funo a produo de movimento a partir daeletricidade: so os motores eltricos. Dentre eles esto: batedeira, ventilador, furadeira, liquidificador,aspirador de p, enceradeira, espremedor de frutas, lixadeira,.., alm de inmeros brinquedos movidos pilha e/ou tomada, como robs, carrinhos,..A partir de agora, vamos examinar em detalhes o motor de um liquidificador. Um roteiro de observaoencontra-se logo abaixo.

O motor de um liqidificador

A parte externa de um liqidificador geralmente de plstico, que um material eletricamenteisolante. no interior dessa carcaa que encontramos o motor, conforme ilustra a figura ao lado.

ROTEIRO

1. Acompanhe os fios do plugue em direo parte interna do motor. Em qual das partes domotor eles so ligados?

2. Gire o eixo do motor coma mo e identifique os materiais quese encontram na parte que gira

junto com o eixo do motor.3. Identifique os materiais

que se encontram na parte do motorque no gira com o eixo do motor.

4. Verifique se existe algumaligao eltrica entre estas duaspartes que formam o motor. De quemateriais eles so feitos?

5. Identifique no motor aspartes indicadas com as setas nafigura ao lado.


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Esta pea de formato cilindrico acopladaao eixo denominada deanel coletoresobre as plaquinhas deslizam doiscarvezinhos.

Quando o motor eltrico colocado emfuncionamento passa e existir correnteeltrica nas bobinas fixas e tambm nocircuito eltrico fixado ao eixo e que seencontra em contato com os carvezinhos.Nesse momento, o circuito do eixo ficasujeito a uma fora e gira o eixo e umoutro circuito ligado, repetindo oprocedimento anterior.

O resultado o giro completo do eixo,que caracterstico dos motores eltricos.

Em alguns casos, tais como pequenos motores eltricosutilizados em brinquedos, por exemplo, a parte fixa constituda de um ou dois ms em vez de bobinas. Issono altera o princpio de funcionamento do motor uma

anel coletorm

carvozinho

ps essa investigao, pense e responda: por que surgemovimento nesses aparelhos?

eixo

carvozinhocarvozinho

anel

coletor

figura 2figura 1

Nos motores eltricos, encontramos duas partes principais:uma fixa, que no se move quando ele entra emfuncionamento e uma outra que, em geral, gira em tornode um eixo quando o motor ligado.

A parte fixa constituda de fios de cobre, encapados comum material transparente formando duas bobinas (fig.1). Jna parte fixada ao eixo, os fios de cobre so enrolados emtorno do eixo (fig.2)

.

A observao da parte mvel de um motor de liqidificador

mostra que ela tambm apresenta,acoplada ao eixo, um cilindrometlico, formado de pequenasplacas de cobre, separadas entresi por ranhuras, cuja funo isolareltricamente uma placa daoutra.O circuito eltrico da partemvel formado por vriospedaos de fio de cobreindependentes coberto de um

material isolante transparente ecujas extremidades so ligadas splacas de cobre.

vez que uma bobina com corrente eltrica desempenha amesma funo de um m.


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atividade extra: construa voc mesmo um motor eltrico

Para construir um pequeno motor eltrico vai sernecessrio 90 cm de fio de cobre esmaltado nmero 26para fazer uma bobina. Ela ser o eixo do motor, por isso,deixe aproximadamente 3 cm em cada extremidade dofio.

A bobina ser apoiada em duas hastes feitas de metal,presilhas de pasta de cartolina, por exemplo, dando-lheso formato indicado na figura e, posteriormente, encaixadasnum pedao de madeira.

A fonte de energia eltrica ser uma pilha comum queser conectado bobina atravs dedois pedaos defio ligados nas

presilhas.

Para colocar o motor em funcionamento, no se esqueaque o esmalte do fio da bobina isolante eltrico. Assim,

voc deve rasp-lo para que o contato eltrico sejapossvel. Alm disso, em um dos lados voc deve raspars uma parte deixando uma parte ao longo do

comprimento e no esquea que esse motor precisa deum 'impulso'inicial para dar a partida.

ateno-veja se os contatos eltricos esto perfeitos

-observe se a bobina pode girar livremente

-fixe os fios de ligao na pilha com fita adesiva

Feitos estes ajustes necessrios, observe:

1. o que acontece quando o m retirado do local?

2. inverta a pilha e refaa as ligaes. O que acontece osentido de giro do motor?

A parte fixa do motor ser constituda de um mpermanente que ser colocado sobrea tbua, conforme indica a figura.Dependendo do do m utilizado sernecessrio usar um pequeno suportepara aproxim-lo da bobina.


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ms ebobinas

Aqui voc vai saber anatureza das foras que

movimentam os ms,as bssolas e osmotores eltricos

ms e bobinas esto presentes nos motores eltricos e muitosoutros aparelhos. S que eles esto na parte interna e por isso,

nem sempre nos apercebemos de sua presena.A partir dessa aula vamos comear a entender um pouco sobre

eles. Afinal, algum pode explicar o que est acontencendo?


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15 ms e bobinasNo estudo dos motores eltricos pudemos verificar que eles so feitos de duas partes: uma o eixo,onde se encontram vrios circuitos eltricos e a outra fixa. Nesta, podemos encontrar tanto um par dems como um par de bobinas. Em ambos os tipos de motores, o princpio de funcionamento o mesmo

e o giro do eixo obtido quando uma corrente eltrica passa a existir nos seus circuitos. Nesta aulavamos entender melhor a natureza da fora que faz mover os motores eltricos, iniciando com umaexperincia envolvendo ms e bobinas.

Investigao com ms, bssolas e bobinas

Para realizar esta investigao ser necessrio umabssola, dois ms, duas pilhas comuns, uma bobina(que fio de cobre esmaltado enrolado) e limalha deferro.

ROTEIRO1. Aproxime um m do outro e observe o queacontece.

2. Aproxime um mde uma bssola edescubra os seus

plos norte e sul.Lembre que a agulhada bssola tambmum m e que o seuplo norte aqueleque aponta para aregio norte.

3.Coloque o m sobre umafolha de papel e aproximea bssola at que sua ao

se faa sentir. Anote oposicionamento da agulha,desenhando sobre o papelno local da bssola. Repitapara vrias posies.

4.Coloque sobre o m essa folha de papel namesma posio anterior e espalhe sobre elalimalha de ferro. Observe a organizao daslimalhas e compare com os desenhos queindicavam o posicionamento da agulha.

5. Ligue a bobina pilha utilizando fios de ligao.Aproxime um m e observe o que ocorre.

6. No mesmo circuito anterior, aproxime umafolha de papel ou de cartolina contendo limalha

de ferro e verifique o que ocorre com a limalha.


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Independentemente da forma, quando se aproxima um ma de outro, eles podem tanto atrairem-se comorepelirem-se. Esse comportamento devido ao efeitomagntico que apresentam sendo mais intenso nasproximidades das extremidades, razo pela qual elas so

denominadas de plos magnticos.A possibilidade de atrao ou de repulso entre doisplos, indica a existncia de dois tipos diferentes de plosmagnticos, denominados de plo norte e plo sul. Aatrao entre os ms ocorre quando se aproximam doisplos diferentes e a repulso ocorre na aproximao dedois plos iguais.

A atrao ou a repulso entre ms resultado da ao deuma fora de natureza magntica e ocorre independentedo contato entre eles, isto , ocorre a distncia. O mesmose pode observar na aproximao do m com a bssola.Isso evidencia a existncia de um campo magntico emtorno do m, criado por ele. A agulha de uma bssola,

que imantada, temsensibilidade de detectarcampos magnticoscriados por ms e, porisso, alteram sua posioinicial para se alinhar aocampo magnticodetectado. Ela usadapara orientao justamentepelo fato de que sua

agulha, fica alinhada aocampo magnticoterrestre que apresentapraticamente a direonorte-sul geogrfica.

A diferena em relaoao m que no fio, ocampo magnticodeixa de existir quando a corrente eltricacessa.

duas bobinas com corrente. Esses movimentosacontencem devido a uma ao a distncia entre eles. Damesma forma que a agulha da bssola se move quando"sente" o campo magntico de um m, o eixo do motortambm se move quando um dos seus circuitos que est

com corrente "sente" o campo magnetico criado pela partefixa do motor. Este campo, tanto pode ser criado por umpar de ms (motor do carrinho do autorama) como umpar de bobinas com corrente eltrica (motor de umliquidificador).

O mapeamento do campomagntico produzido por um mnas suas proximidades pode serfeito com o auxlio de umabssola. Esse mapa nos permite

"visualizar" o campo magntico.No so apenas os ms quecriam campo magntico. O fiometlico com corrente eltrica,tambm cria ao seu redor umcampo magntico. Quando o fio enrolado e forma uma bobina,existindo corrente eltrica, ocampo magntico tem ummapeamento semelhante ao de um m em barra.

Isso nos permite entender porquea limalha de ferro, fica com umaspecto muito parecido quando colocada nas proximidades de umplo de um m e nasproximidades de umabobina.Podemos agora entenderfisicamente a origem

do movimento nos motoreseltricos. Ele entendido damesma maneira que se compreende a repulso ou aatrao entre dois ms, entre um m e uma bssola,entre um m e uma bobina com corrente ou entre


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exercitando ...

3. Se imaginssemos que o magnetismo terrestre produzido por um grande m cilndrico, colocado na mesmadireo dos plos geogrficos norte-sul, como seriam a linhas do campo magntico? Faa uma figura.

4. Imagine agora que o campo magntico da Terra fosse criado por uma corrente eltrica em uma bobina, onde elaestaria localizada para que as linhas do campo magntico coincidissem com as do m do exerccio anterior?

teste seu vestibular

1.Uma pequena bssola colocada prxima de um m permanente. Em quais posies assinaladas na figura aextremidade norte da agulha apontar para o alto da pgina?

2.Uma agulha magntica tende a:

a. orientar-se segundo a perpendicular s linhas de

campo magntico local.

b. orientar-se segundo a direo das linhas do campo

magntico local.

c. efetuar uma rotao que tem por efeito o campomagntico local.

d. formar ngulos de 45 graus com a direo do campomagntico local.

e. formar mgulos, no nulos, de inclinao e de declinaocomo a direo do campo mangtico local.

1. Analise a afirmao abaixo se ela verdadeira ou falsa e justifique:

" O movimento da agulha de uma bssola diante de um m explicado da mesma forma que o movimento de um mfrente a um outro m."

2. A agulha de uma bssola prxima a um fio que

parte de um circuito eltrico, apresenta o comportamento

indicado nas trs figuras:

a.como se explica o posicionamento da agulha na figura 1 ?

b. como se explica a alterao da posio da agulha aps o circuito ser fechado na figura 2 ?

c. analisando as figuras 2 e 3 possvel estabelecer uma relao entre o posicionamento da agulha e o sentido dacorrente eltrica na fio?

figura 1 figura 2 figura 3


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Campainhas emedidores eltricos

Vamos descobrir como produzido o som numacampainha e como se

movem os ponteiros dosmedidores

Sinal de entrada, sinal de sada, sinal do intervalo, ...,

haja orelha. Voc tambm faz parte dos que danamcomo aqueles ponteirinhos?


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16 Campainhas e medidores eltricos

CAMPAINHA

Existem vrios tipos de campainha e voc podeconstruir uma usando fio de cobre 26 enrolado em umprego grande. Alm disso necessrio fixar no pregouma tira de lato dobrada conforme indica a figura.

A campainha montadater o aspecto da figura ilustradaa seguir.

Conectando os terminais da bobina a duas pilhasligadas em srie, podemos colocar a campainha em

funcionamento. Observe o que acontece e tenteexplicar.

A montagem realizada assemelha-se campainha do tipocigarra, que de mais simples construo. Ela constitudapor uma bobina contendo um pedao de ferro no seuinterior. Esse conjunto denominado por eletrom.

lmina

eletrom

Prximo a ele existe uma lmina de ferro, que atradoquando existe uma corrente eltrica na bobina.Essaatrao acontece porque a corrente eltrica na bobinacria um campo magntico na regio prxima e imanta oferro transformando-o em um m. Essa imantao existeapenas enquanto houver corrente eltrica na bobina.Daesse conjunto ser entendido como um m eltrico.

Esse efeito magntico desaparece quando a campainha desligada, deixando de haver corrente eltrica na bobina.

A produo de movimento a partir da eletricidade tem, alm dos motoreseltricos, outras aplicaes como as campainhas e os medidores eltricosque utilizam ponteiros. Comecemos pela campainha.


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GALVANMETRO

Para se construir um dispositivo capaz de movimentar um ponteiro, precisamos de uma bobina, umm pequeno em forma de barra, uma agulha de costura ou um arame fino e fita adesiva. Se nohouver disponvel uma bobina pronta, construa uma usando fio de cobre esmaltado 26 enrolado em

um tubo de papelo com 4 cm de dimetro ou use o mesmo fio da campainha.

A produo de movimento nos medidores eltricos queutilizam ponteiro tem explicao semelhante a dosmotores eltricos. O que difere um do outro que nosmotores a construo permite que o eixo d voltas

completas e isso no acontece nos medidores. A bobina,quando est com corrente eltrica cria um campo magnticona regio onde se encontra o m. Este, da mesma formaque a agulha magntica de uma bssola, "sente" este campoe procura se alinhar a ele.

O ponteiro pode ser feito com um pedao de cartolina e fixado ao m comfita adesiva. Ele ser atravessado pela agulha ou arame, conforme indica afigura ao lado.

O conjunto mvel ponteiro + m ser apoiado, atravs do eixo, em umsuporte feito de chapa de alumnio ou cobre, com dois furinhos para apassagem da agulha ou arame.

Fixado a uma base de madeira, e ligando os terminais da bobina a uma ouduas pilhas, o medidor ser o ilustrado na figura ao lado.

Dessa forma, o m se movee com ele o ponteiro. Devido posio do m em relaoa bobina o movimento de

rotao como no motoreltrico. Nos medidores reais a bobina que fixada aoeixo e os ms esto fixadasna carcaa do medidor.

Os medidores eltricos que utilizam ponteiro so utilizados para vrias finalidades diferentes,como indicar o volume de som, o nvel de combustvel nos veculos e a temperatura dos seusmotores, alm de medir a corrente, a tenso e tambm a resistncia eltrica. Vejamos atravs da

atividade a seguir, como obtido o movimento dos ponteiros.


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Medidores de corrente, tenso e resistncia eltrica

Ampermetro Voltmetro Ohmmetro

O voltmetro o medidor de tenso eltrica.Ele constitudo das mesmas partes doampermetro: um galvanmetro e um resistorligado em srie com a bobina.

Para medir a resistncia eltrica de um resistor oohmmetro precisa de um galvanmetro, umresistor ligado em srie com a bobina e umabateria.

1. galvanmetro

2. resistor

3. pilha ou bateria

4. terminais

Esta bateria permitir que uma corrente eltricapasse a existir quando o circuito estiver fechado.Quanto maior a resistncia eltrica do resistor

cuja resistncia deseja-se medir, menor ser acorrente no circuito e, assim, menor ser omovimento do ponteiro.

1.galvanmetro; 2.resistor; 3.terminais

O voltmetro colocado em paralelo ao circuitocuja tenso se deseja medir e, por isso, aresistncia eltrica do seu resistor deve ter um

valor relativamente alto: apenas o suficiente paramovimentar o ponteiro. Alm disso, desviandouma corrente de pequena intensidade docircuito, a sua interferncia pode ser consideradesprezvel.

O medidor de corrente eltrica, denominadoampermetro, constitudo por um galvanmetroe um resistor em paralelo bobina.

1. galvanmetro; 2. resistor; 3. terminais

Uma vez que o ampermetro colocado em srieao circuito cuja corrente se deseja medir, esseresistor deve ter uma baixa resistncia eltrica.Desse modo, a maior parte da corrente eltrica desviada para o resistor e a parte restante passapela bobina, movendo o ponteiro. Quanto maiora corrente que passa pela bobina, maior ser ogiro descrito pelo ponteiro.


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17Fora magntica e

corrente eltrica

Nesta aula voc vaisaber como e'explicada

a origem da fora quemove os motores,

campainhas egalvanmetros

Movimentar ar e produzir vento quente ou frio, mover rodas,mexer ponteiros, rodar ps, misturar massas, lixar, fazer

furos,...,. Pegue uma cadeira, sente-se e vire a pgina. Voc vai

conhecer como que o funcionamento destas coisas explicado.Chegou a hora!


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17 Fora magntica e corrente eltricaA partir desse momento h interao entre o m e a bobinacom corrente, isto , cada um "sente" o campo magnticocriado pelo outro. Isso significa que cada um deles ficasujeito a uma fora cuja natureza magntica.

Como somente o que est fixado ao eixo tem mobilidadepara se mover, no caso do motor do carrinho, a bobina

junto com o eixo que gira. E esse movimento efeito daao da fora magntica sobre a bobina.

2. No galvanmetro como o montado na aula 16, bobinaera fixada base e o m colocado junto ao ponteiro eambos fixados ao eixo.

bobina

eltrica nela, tem incio a interao entre eles.Ambos ficam sujeitos a uma fora de natureza magntica ecomo a bobina est fixada ela no se move. J o m entraem movimento e como ele est preso ao eixo, ele gira.

Comparando-se o princpio de funcionamento do

motorzinho do carrinho e do galvanmetro, podemosperceber que tanto o m como a bobina com correntepodem entrar em movimento quando esto prximos umdo outro. Nos dois casos, a ao da fora magntica queos movimenta.

O m j criava um campo magntico na regio onde seencontra a bobina e a partir do momento em que hcorrente

Quando o circuito fechado uma corrente passa a existirna bobina, criando um outro campo mangntico na regioonde encontra-se o m.

eixom

contatos

pilhasm

bobina

Nas aulas anteriores estudamos o princpio defuncionamento dos motores eltricos, da campainha e dogalvanmetro. Em todos eles est presente o efeitomagntico da corrente eltrica. Vejamos agora com mais

detalhes, o contedo fsico envolvido.

O giro do eixo dos motores eltricos e tambm o doponteiro do galvanmetro indica uma interao entre umabobina com um m ou entre uma bobina com uma outrabobina, dependendo das partes de que eles so feitos.

Essa interao decorre do fato de que tanto um m comouma bobina com corrente eltrica criam no espao ao redorum campo magntico. Em razo disso, a interao entreeles, que torna possvel a obteno do movimento, se d

ainda que no haja contato. Do mesmo modo podemosentender a atrao ou a repulso observada entre dois

ms.

interao bobina-m

1. Quando em um motorzinho de brinquedo, encontramosum m fixado carcaa do motor e uma bobina f ixada aoeixo, o primeiro cria campo magntico na regio onde seencontra a bobina.


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interao bobina-bobina

Nos liqidificadores, furadeiras, batedeiras,.., os motores

eltricos no apresentam ms, conforme verificamos naaula 14. Em seu lugar e desempenhando a mesma funoencontramos bobinas tanto no eixo como fora dele.

contatos

bobina

bobina

carcaa

Quando um motor desse tipo colocado em funcionamentopassa a existir corrente eltrica nas bobinas presas carcaae tambm em uma das bobinas fixas no eixo. Cada umadelas cria na regio um campo magntico. As duas primeirastm a funo de criar um campo magntico na regio onde

se encontra o eixo. A bobina com corrente fixada ao eixovai "sentir" esse campo magntico, isto , sobre ela vaiatuar a fora magntica e por isso ela gira junto com oeixo.

Para visualizar podemos imaginar que cada uma destasbobinas tem apenas uma volta, conforme ilustra a figura.

1. bobinas fixas nacarcaa

2. bobina fixa ao eixo

3. linhas do campomagntico criadopelas bobinas fixas

Veja com o auxlio da figura que a corrente eltrica nabobina fixada ao eixo fica sujeita a um par de foras

magnticas e, por isso faz o giro do eixo. Se houvesseapenas essa bobina, o giro no seria completo pois as forasno moveriam a bobina quando elas tivessem a mesmadireo do campo magntico. por isso que existem vriasbobinas em vez de uma s, no eixo do motor.No momentocerto uma delas ligada, passa a ter corrente eltrica e afora magntica gira a bobina. Posteriormente ela desligada e uma outra ligada e recebe a fora. Dessemodo o giro contnuo obtido.

Em concluso, atravs do funcionamento do motor feito

apenas com bobinas tanto na parte fixa como no eixo,podemos ressaltar que duas bobinas com corrente eltricainteragem, isto , ambas criam campo magntico e cadauma delas "sente" o campo da outra.

Note que a fora magntica

perpendicular corrente

no fio e tambm ao campo

magntico criado pelas

bobinas fixas (1)

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exercitando...

1. Identifique quem "sente" o campo magntico e entraem movimento nos seguintes aparelhos:

a. galvanmetro

b. liqidificador

c. motor do carrinho de autorama

2. Analise as afirmaes abaixo dizendo se soverdadeiras ou falsas e justifique sua resposta:

a." A obteno de movimento a partir da eletricidade,s pode ser feita se o m for colocado na parte fixa e abobina na parte mvel, uma vez que s ela pode sentiro campo magntico criado por ele".

b. "Dois fios com corrente eltrica paralelos entre si ficamsujeitos a foras magnticas".

c. "No momento em que a bobina presa ao eixo desligada, o campo magntico criado por ela no deixade existir".

d."A explicao do funcionamento de um motor quecontm apenas bobinas diferente dos motores quetem ms e bobinas".

3. Resolva o teste: A corrente eltrica que passa porum fio metlico, condutor:

a. s produz campo magntico;

b. s produz campo magntico no interior do fio;

c. apresenta no condutor o efeito Joule e produz umcampo magntico ao redor do fio;

d. produz campo magntico somente se a corrente forvarivel

A fora magntica tem um sentido que sempreperpendicular ao plano formado pela corrente eltrica e

pelo campo magntico. Podemos descobrirsua direoe sentidousando am oesquerdadispostaconformea figura.

Veja que o dedo mdio indica o sentido da correnteeltrica, o dedo indicador o campo magntico e o dedopolegar o sentido da fora magntica. Desse modo,"armando" a mo desse jeito, de preferncia sem deixaremque o vejam nesta situao para que no pairem suspeitassobre voc, pode-se descobrir o sentido da fora

magntica.

Treine o uso da mo descobrindo a fora magntica nassituaes abaixo:

a. fora sobre um fio com corrente eltrica para a direitae campo magntico entrando no plano do papel.(fig.1)

b. fora sobre um fio com corrente eltrica para a esquerdae campo magntico saindo do plano do papel (fig.2)

O SENTIDO DA FORA MAGNTICA


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18Fora e

campo magnticos

Como se calcula afora magntica e

como se explica aorigem do campomagntico voc vaiaprender nesta aula.

Atualmente podemos deixar de realizar manualmente uma sriede trabalhos no dia-a-dia: picar, mexer, moer, lustrar, furar,

girar, torcer, fatiar, ,,, . Advinha quem que d aquela fora?


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18 Fora e campo magnticosO clculo da fora magntica

A produo de movimento a partir da eletricidade nosmotores eltricos, campainhas, galvanmetros,..,envolveo surgimento de um campo magntico numa certa regioe a existncia de um fio condutor com corrente eltricacolocado nessa mesma regio. Nessa situao, o fio comcorrente fica sujeito a uma fora magntica e entra emmovimento.

Note que o surgimento da fora depende da existnciado campo magntico e da corrente eltrica. Esse campomagntico no o criado por essa corrente eltrica nofio em que a fora atua. Ela no "sente" o prprio campomangtico mas o campo criado por outro.

Alm disso, a intensidade da fora magntica dependedo valor do campo e da corrente:

i B F

i B F

Ela s vale quando o campo magntico faz um ngulo de90o com a corrente eltrica no fio.

Vejamos a sua utilizao em um exemplo bastante simpleso de dois trechos de fios paralelos com corrente eltrica

de mesmo valor e sentido, conforme ilustra a figura.

Cada corrente cria um campo mangtico ao seu redor euma sente o campo criado pela outra. O resultado queos dois trechos de fio ficam sujeitos a uma fora magntica.Supondo que o valor da corrente eltrica nos fios seja 2A,o campo onde cada fio se encontra vale 5.10 -7 N/A.m eque o trecho de fio tenha 10m de comprimento, o valorda fora ser: F= B.i.L = 5.10 -7 .2.10 = 100.10 -7 =1.10-5N.

A fora magntica em cada fio perpendicular correntee ao campo magntico. Nesse caso em que as corentestm mesmo sentido, as foras fazem os fios atrairem-se.

Se a fora medida emnewton, a corrente em

ampre, e o comprimentodo fio em metros, qual a unidade do campomagntico?

Responda essa !

Fproporcional ai

F proporcional aB

Se as correntes eltricas nos fios tiverem sentidos opostos,as foras magnticas faro os fios repelirem-se.

Ou seja, a fora magntica diretamente proporcional corrente eltrica e ao campo magntico.Alm disso, influitambm o tamanho do trecho do fio que est no campomangtico.

A expresso matemtica que relaciona o valor da foracom o do campo e da corrente :

F= B. i. L

F a fora mangtica

B o campo magntico

i a corrente eltrica

L o trecho do fio


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A atrao ou a repulso entre dois fios paralelos que tenhamcorrente eltrica eltrica tem a mesma natureza das atraese repulses entre ms. Isso porque ambos, fio com correnteeltrica e ms criam campo magntico no espao ao redor.

Se no caso dos fios e bobinas est claro que a origem docampo magntico atribuda corrente eltrica, como seexplica a origem do campo magntico nos ms?

A origem do campo magntico

nos ms

O campo magntico criado pelos ms, ainda que possaparecer estranho, tambm se deve s correntes eltricasexistentes no seu interior ao nvel atmico. Elas estoassociadas aos movimentos dos eltrons no interior dostomos. Apesar de estarem presentes em todos osmateriais, nos ms o efeito global dessas correntes atmicasno zero e corresponde a uma corrente sobre a suasuperfcie, conforme ilustra a figura.

Assim, podemos pensar que o campo magntico criado

pelo m deve-se correntes eltrica em sua superfcie.Em conseqncia, o m com formato em cilndrico podeser considerado como anlogo a uma bobina com correnteeltrica no fio.

possvel separar os plosde um m?

Poderamos pensar em conseguir essa separaoquebrando-se um m ao meio. Se fizermos isso, veremosque cada pedao forma dois ms novos com os dois plosnorte e sul.

Embora com menor intensidade, os dois novos ms tmplo norte e sul, o que indica no podemos separ-los.Isso continuar a acontecer se o processo de quebra foradiante.

O mesmo tambm acontece quando o campo magntico criado por uma corrente eltrica na bobina: se formosdinuindo o nmero de voltas de fio na bobina, haversempre a formao dos dois plos. Alm disso, nos doiscasos, as linhas do campo magntico so linhas fechadas.

Essa semelhana no efeito magntico dos ms e das bobinas explicada pela idntica origem do campo magntico:em ambos, tal campo devido a correntes eltricas.


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exercitando...

1. Calcule a fora magntica que age sobre um fio de

0,5 m de comprimento que se encontra num campomagntico cujo valor 0,5.10-2 N/A.m quando:

a. a corrente eltrica vale 0,2 A e o fio est perpendicularao campo;

b. a corrente nula.

2. Em um fio condutor de 2,5 m de comprimento, huma corrente eltrica de 1,5A e age uma fora magnticade 2,0.10-5 N. Supondo que o ngulo entre o fio e o

campo magntico 90

o

, calcule a sua intensidade.3. Qual o valor da corrente eltrica que existe num fiode 1,5 m de comprimento que se encontra numa regiocujo campo magntico vale 10-3N/A.m e sofre uma forade 10-2N. Considere 90o o ngulo entre a corrente e ocampo.

4. Como explicada a origem do campo magnticonos ms?

5.Analise as afirmaes abaixo e diga se so verdeirasou falsas.

a. o campo magntico produzido por bobinas deve-se corrente eltrica em seus fios;

b. o fato das linhas do campo magntico serem fechadasest relacionado com o fato de no ser possvel separaros plos magnticos norte e sul.

c. a intensidade da fora magntica sobre um fio sdepende diretamente da corrente eltrica no fio.

d. quando dois fios paralelos tm corrente eltrica desentidos opostos, eles so repelidos devido a ao dafora eltrica entre eles.

1.Dentre os aparelhos ou dispositivos eltricos abaixo, uma aplicao prtica do eletromagnetismo:

a. a lmpada b. o chuveiro c. a campainha d. a torradeira e. o ferro de passar

2. Condiderando-se que a Terra se comporta como umgigantesco m, afirma-se que:

I. o plo norte geogrfico da Terra o plo sul magntico;

II. os plos magnticos e geogrficos da Terra soabsolutamente coincidentes;

III. uma agulha imantada aponta seu plo sul para o plonorte magntico da Terra.

Assinale a alternativa correta:

a. as afirmativas I e II so verdadeiras;

b. as afirmativas I e III so verdadeiras;

c. as afirmativas I, II e III so verdadeiras;

d. apenas a afirmativa II verdadeira;

e. apenas a afirmativa III verdadeira;

3. Sabemos que os ms produzem, em torno de si, umcerto campo magntico. Sabemos ainda que os mspossuem dois plos: um plo norte e um plo sul. Sedividirmos um m ao meio, podemos dizer que:

a. os plos do m sero separados;

b. por mais que se divida um m ele conservar seusplos;

c. no se pode dividir um m;

d. as alternativasae b esto corretas.

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EXEXEXEXEXEXERCCIOS hora de fazer uma revisoe tambm de aprender a

fazer o clculo do campomagntico produzido pelacorrente eltrica emalgumas situaes.

Exerccios (ms e motores eltricos)


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03 Exerccios: ms e motores eltricos1. Quando aproximamos uma bssola de um fio que circulauma corrente, a agulha da bssola pode sofrer uma deflexoou pode no sofrer deflexo. Explique.

2. Um fio condutor de eletricidade est embutido em umaparede. Uma pessoa deseja saber se existe, ou no, umacorrente contnua passando pelo fio. Explique como elepoder verificar este fato usando uma agulha magntica.

3. Na figura representada algumas linhas do campomagntico terrestre. Indique, atravs de setas, o sentidodestas linhas e, responda: no plo norte geogrfico elasesto "entrando" ou "sando" da superfcie da Terra?Explique.

a) Dos pontos M, P, Q e R, qual deles indica o sentido donorte geogrfico?b) Observe os pontos A e B indicados na bssola e diga

qual deles o plo norte e qual o plo sul da agulhamagntica.

9. Qual a finalidade de um ncleo de ferro no eletrom

de uma campainha?

10. Num motor de liqidificador, o fio do enrolamento doestator visivelmente mais grosso do que o do rotor. Quala explicao para esse fato?

4. Sabe-se que o Sol mostrado na figura deste exerccio,est nascendo, responda:

5. Sabe-se que a Lua, ao contrrio da Terra, no possui umcampo magntico. Sendo assim, poderia um astronauta seorientar em nosso satlite usando uma bssola comum?Explique.

6 .Alguns galvanmetros possuem uma escala cujo zero central. Seu ponteiro pode sofrer deflexo para a direita e

para a esquerda do zero dependendo do sentido dacorrente. Como se explica seu funcionamento?7. A figura representa um fio com corrente e o seu sentido.Indique o sentido do campo magntico nos pontos A e B.

8. Faa uma descrio de uma campainha do tipo cigarra eexplique seu funcionamento com base nos seusconhecimentos de eletromagnetismo. Se quiser faa umdesenho


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11. Um fio retilneo muito longo, situado num meio depermeabiliade absoluta = 4 . 10-7 Tm/A, percorrido

por uma corrente eltrica de intensidade i = 5,0A.

Considerando o fio no plano do papel, caracterizar o vetorinduo magntica no ponto P, situado nesse plano.

12. A espira condutora circularesquematizada tem raio 2 cm,sendo percorrida pela correntede intensidade 8,0A no sentidoindicado. Calcule o valor docampo magntico no seucentro.

13. Uma bobina formada de 40 espiras circulares de raio0,1m. Sabendo que as espiras so percorridas por umacorrente de 8 A, determine a intesnidade do vetor induomagntica no seu centro.

14. Um solenide constitudo de 600 espiras iguais,enroladas em 10cm. Sabendo que o solenide percorridopor uma corrente de 0,2A, determine a intensidade do

vetor induo magntica no seu interior.

15. Determine a intensidade do campo magntico no pontoP indicado na figura.

16. Dois fios retos e paralelos so percorridos pelas correntescom intensidades i, conforme a figura.a) Desenhe o campo magntico que a corrente (1) causano fio (2) e vice versa.b) calcule o valor do campo magntico no local onde se

encontra cada fio.

17. Explique, com suas palavras, como origina o campomagntico de um m.

Campo magntico no interior

de um solenide

No interior do solenide, o

vetor induo magnticaBtem as seguintes caractersticas:a) direo: do eixo do solenide.b) sentido: determinado pelaregra da mo direita.

c) intensidade: B = . N

. i

Clculo do campo magntico criado por corrente eltrica

Campo magntico de um

de fio condutor reto

O vetor induo magntica

B num ponto P, distnciardo fio, tem as seguintescaractersticas:a) direo: tangente linhade induo que passa peloponto P.b) sentido: determinado pela

regra da mo direita.c) intensidade:

B =

2.i

r

Vamos aprender a calcular o campo magntico em trs situaes:

Campo magntico no centro

de uma espira circular

O vetor induo magnticaBno centro de uma espira tem asseguintes caractersticas:a) direo: perpendicular aoplano da espirab) sentido: determinado pelaregra da mo direita

c) intensidade: B = 2 . iRPara N voltas,

B = N .

2.

i

R


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1. So dadas trs barras de metal aparentementeidnticas: AB, CD e EF. Sabe-se que podem estar ouno imantatadas, formando, ento, ms retos. Verifica-se, experimentalmente, que:- a extremidade A atrai as extremidades C e D;- a extremidade B atrai as extremidades C e D;- a extremidade A atrai a extremidade E e repele a F.Pode-se concluir que:a)( ) a barra AB no est imantada.b)( ) a barra CD est imantada.c)( ) A extremidade E repele as extremidades A e B.d)( ) a extremidade E atrai as extremidades C e D.

e)( ) a extremidade F atrai a extremidade C e repele aextremidade D.

2. Nos pontos internos de um longo solenide percorridopor corrente eltrica contnua, as linhas de induo docampo magntico so:a)( ) radiais com origem no eixo do solenide.b)( ) circunferncias concntricas.c)( ) retas paralelas ao eixo do solenidee.d)( ) hlices cilndricas.

e)( ) no h linhas de induo, pois o campo magntico nulo no interior do solenide.

3. Um solenide de 5cm de comprimento apresenta 20mil espiras por metro. Sendo percorrido por uma correntede 3 A, qual a intensidade do vetor induo magnticaem seu interior? (dado: = 4 . 10-7T . m/A)

a)( ) 0,48T d)( ) 3,0 . 10-12Tb)( ) 4,8 . 10-3T e)( ) n.d.a c)( ) 2,4 . 10-2T

6. Um pedao de ferro posto nas proximidades de umm, conforme a figura ao lado. Qual a nica afirmao

correta relativa situao em apreo?a)( ) o m que atrai o ferro.b)( ) o ferro que atrai o m.c)( ) A atrao do ferro pelo m mais intensa que aatrao do m pelo ferro.d)( ) A atrao do m pelo ferro mais intensa do que aatrao do ferro pelo m.e)( ) A atrao do ferro pelo m igual a atrao do mpelo ferro.

7. Quando um m em forma de barra partido ao meioobserva-se que:a)( ) separamos o plo Norte do plo Sul.b)( ) obtemos ms unipolares.c)( ) damos origem a dois novos ms.d)( ) os corpos no mais possuem a propriedade

magntica.e)( ) n.d.a.

a)( ) c)( ) e)( )b)( ) d)( )

5. Considerando o eltron, em um tomo de hidrognio,

como sendo uma massa puntual, girando no plano da folhaem uma rbita circular, como mostra a figura, o vetor campomagntico criado no centro do crculo por esse eltron representado por:

apostila física - eletromagnetismo3

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