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Download Cap. 1 Magnetismo Produção de campo magnético a partir de corrente elétrica. Lei circuital de Ampère. Eletroímãs. Ferromagnetismo. Domínios magnéticos

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  • Cap. 1 MagnetismoProduo de campo magntico a partir de corrente eltrica.

    Lei circuital de Ampre.

    Eletroms.

    Ferromagnetismo.

    Domnios magnticos.

    Curva de magnetizao.

    Ciclo (lao) de histerese.

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  • Produo de campo magnticoAntes do incio do sculo XIX, acreditava-se que no existia relao entre os fenmenos eltricos e magnticos.Porem, navegadores haviam constatado que durante descargas atmosfricas, as bssolas eram afetadas, sugerindo uma ligao entre eletricidade e magnetismo.Em 1819, Hans Christian Oersted (fsico dinamarqus) havia planejado demonstrar em uma aula o aquecimento de um fio devido a passagem de corrente eltrica assim como demonstrar magnetismo a partir de uma agulha de compasso.

  • Produo de campo magnticoContudo, com surpresa, ele observou que a agulha da bssola se movia ao aproximar esta do fio percorrido pela corrente, at se posicionar num plano perpendicular ao fio. Quando a corrente era invertida, a agulha girava 180, continuando a se manter nesse plano. Esta foi a primeira demonstrao de que havia uma relao entre eletricidade e magnetismo.

  • Produo de campo magnticoReproduo do experimento de Oersted Experimento de Oersted (Oersted's experiment) http://www.youtube.com/watch?v=KMf6jjMepcs

  • Dominio magntico Dominio magntico um seguimento infinitesimal que representa a polaridade (NorteSul) do tomo, num material qualquer.

  • m permanente m permanente um material slido feito, na maioria das vezes de ao cobalto, que tem seus domnios magnticos orientados numa direo preferencial definindo assim um par de plos.

  • Campo magntico Campo magntico o espao que envolve um im atravs do qual se observa sua influncia. Por conveno, a direo assumida como saindo do plo norte e entrando no plo sul.

  • Produo de campo magntico Enunciado: quando um condutor percorrido por uma corrente eltrica surge em torno dele um campo magntico. Obs: As linhas de campo magntico so circunferncias concntricas

  • Produo de campo magntico O sentido do campo magntico pode ser determinado pela regra da mo direita

    bssola

    bssola

    X

    i

    i

  • Produo de campo magntico Determinao do sentido das linhas de campo magntico pela regra da mo direita

  • Produo de campo magnticoComprovao em laboratrio usando uma bssola

  • Lei circuital de AmpreEmbora Hans Christian Oersted tenha comprovado experimentalmente a ligao entre eletricidade e magnetismo, ele no conseguiu explicar fisicamente ou matematicamente essa relao.

    Em 1820, Andr-Marie Ampre (fsico e matemtico francs) comprovou que h uma fora atuando sobre condutores situados prximos quando percorridos por correntes eltricas. Ele tambm comprovou que a fora e a intensidade do campo magntico eram proporcionais magnitude das correntes eltricas.

  • Lei circuital de AmpreA circuitao do vetor intensidade de campo magntico H ao longo da linha fechada , corresponde ao valor da corrente concatenada por essa linha

  • Lei circuital de AmpreA lei de Ampre vlida para qualquer configurao de campo magntico, qualquer distribuio de correntes e para qualquer percurso fechado de integraoConcluso: o campo magntico no espao em torno de um condutor percorrido por uma corrente eltrica proporcional corrente que o criaA lei circuital de Ampre extremamente til para calcular o mdulo (magnitude) do vetor intensidade de campo magntico

    H produzido por um condutor longoH produzido por uma espira (corrente circular)H produzido por uma bobina

  • H produzido por um condutor longo As linhas de campo so circunferncias concntricasAs linhas de campo so perpendiculares ao condutor

  • H produzido por um condutor longo H dado em A/mH diretamente proporcional correnteH inversamente proporcional a distncia

  • H produzido por uma espira A corrente eltrica em uma espira circular concentra o campo magntico no centro da espira, i.e., o campo magntico mais intenso na regio interna da espira do que na regio externaCada elemento infinitesimal da espira percorrido por uma corrente contribui para a produo de campo Cada elemento contribui para o campo magntico na mesma direo na regio interna da espira (crculo)

  • H produzido por um condutor longo A intensidade de campo magntico H dada em A/mH diretamente proporcional corrente que o criaH inversamente proporcional ao raio da espiraComparando H produzido por um fio longo com H produzindo por uma espira, tem-se:

    Portanto, considerando a mesma distncia entre o ponto onde o campo calculado e a corrente que o cria, e para o mesmo valor de corrente, o campo produzido pela espira 3,14 vezes maior que o campo produzido pelo fio longo.

  • Campo magntico de um solenoideEm seu interior as linhas de campo so paralelas (campo praticamente uniforme) No exterior o campo fraco e divergente Solenide ideal (distncia entre as espiras zero) As linhas externas so espalhadas, enquanto que as internas so concentradas (juntas)H

  • H no interior de um solenoideAplicando-se a lei de Ampre ao percurso retangular abcd, tem-se:H aproximadamente nulo em todos os pontos externosH perpendicular ao percurso de integrao

  • H produzido por uma bobina Portanto:Logo: H dado em A.esp/m (ou simplesmente Ae/m) H diretamente proporcional corrente e ao nmero de espirasEm que Ne = N/L = o nmero de espiras por unidade de comprimento (ou nmero efetivo de espiras)

  • Fora sobre um condutor transportando corrente eltricaQuando um condutor percorrido por uma corrente eltrica, for submetido a influncia de um campo magntico externo, nele atuar uma fora que tem direo perpendicular ao campo e ao condutor denominada fora de Lorentz. Esta fora proporcional intensidade da corrente eltrica (I) e tambm intensidade do campo magntico (H).

  • Fora sobre um condutor transportando corrente eltricaSobrepondo os dois efeitos anterioresEste dispositivo tem ao de motor

  • Fora eletromotriz Fora eletromotriz (f.e.m.) a fora (ou diferena de presso eletrnica) que pode produzir a circulao da corrente eltrica. Tem como smbolo tambm a letra E . [E] = volts (v)

  • Fora eletromotriz induzida Quando existir um movimento relativo entre um condutor e um campo magntico, ser induzida nas extremidades do condutor uma tenso induzida ou uma f.e.m. induzida. Se por este condutor circular uma corrente eltrica, esta criar ao seu redor um campo magntico que ser responsvel pelo aparecimento de uma fora que ter mesma direo que aquela aplicada, porm sentido sempre oposto, garantindo assim o princpio da conservao de energia. Quanto maior a carga eletrica acoplada ao sistema maior dever ser a fora externa Este dispositivo tem ao de gerador

  • Induo magnticaInduo magntica ou campo de induo ou densidade de fluxo

    Induo magntica corresponde a capacidade do campo magntico induzir nos terminais de um condutor, que se move com velocidade V, cortando essas linhas de campo, uma f.e.m. (e) que proporcional induo B, velocidade V e ao comprimento l do condutor imerso no campo de induo

    [Wb/m2] ou [T] MKS

  • Lei de Faraday - Lenz Seja um campo uniforme criado por um solenide constitudo por N espiras, sendo cortado por um condutor Se o condutor tem comprimento imerso em B f.e.m. mocional

  • Fluxo magntico Se a corrente que produz o fluxo magntico variar no tempo o fluxo produzido ter seu valor tambm varivel no tempo. Assim nos terminais da bobina N2 ser induzida uma f.e.m. com valor correspondente variao do fluxo concatenado pela bobina N2

  • Lei de Lenz f.e.m. mocionalA f.e.m. gerada em uma bobina faz circular uma corrente de sentido tal que gere fluxo contrrio ao existenteO sinal negativo somente indica que a f.e.m. induzida contrria variao do fluxo

  • m permanente linhas de campoAs linhas de campo magntico de um m permanente formam caminhos fechados. Por conveno, a direo assumida como saindo do plo norte e entrando no plo sul.ms permanentes podem ser fabricados atravs do uso de materiais ferromagnticos

  • Solenide linhas de campoAs linhas de campo produzidas por uma corrente eltrica em um solenide similar ao de um m permanenteNo entanto, no caso do solenide, a intensidade do campo magntico pode ser controlada atravs da variao da corrente eltrica

  • FerromagnetismoDentro de um domnio magntico, o campo magntico no nulo (podendo ser intenso), mas uma amostra grande do material estar normalmente desmagnetizada, porque os domnios tm seus momentos lquidos orientados de forma randmica entre si, fazendo que os vrios momentos se anulem.A principal caracterstica dos materiais ferromagnticos que um pequeno campo magntico externo imposto, por exemplo por um solenide, pode fazer com que os momentos magnticos de todos os domnios se alinhem com o campo externo, de forma a deixar o material magnetizado. O campo magntico resultante bem maior que o campo magntico original. De fato, o campo magntico original multiplicado por um alto fator, o qual definido como a permeabilidade relativa do material.

  • Solenide com ncleo de material ferromagnticoUm ncleo de material ferromagntico tem o efeito de multiplicar por centenas ou milhares de vezes o campo magntico de um solenoide comparado com o caso com ncleo de ar.(ver vdeo)

  • Permeabilidade magnticaPermeabilidade magntica [H/m] > Como vimos, se o solenoide possui material ferromagntico, a induo magntica B muito maior do que se o ncleo do solenoide for formado por material no ferromagntico (ar). Porm o mesmo no ocorre com a intensidade de campo magntico.