MAGNETISMO & ELETROMAGNETISMOMAGNETISMO & ELETROMAGNETISMO
O QUE É O MAGNETISMO
É a expressão de uma forma de energia, normalmente associada à forças de atração e repulsão entre alguns tipos particulares de materiais chamados ímãsímãs, especialmente metaismetais e ligas cerâmicasligas cerâmicas.
ORIGEM DO MAGNETISMO
Os ímãs naturais encontrados na natureza, chamados de Magnetitas, são compostos por Óxido de Ferro (Fe3O4). Os ímãs artificiais são materiais geralmente compostos de metais e ligas cerâmicas aos quais se transmitem as propriedades magnéticas e estes podem ser temporários ou permanentes.
Teoria dos Domínios Magnéticos
Nos materiais com melhores características magnéticas e de estrutura cristalina, além de alguns átomos apresentarem resultante magnética, eles se concentram em regiões de mesma direção magnética. Isto é chamado de Acoplamento de TrocaAcoplamento de Troca.
Estas regiões são conhecidas como domínios magnéticosdomínios magnéticos.
Domínios desalinhados Domínios alinhados por um campo externo
Campo MagnéticoCampo Magnético
Região ao redor de um imã, na qual ocorre um efeito magnético. Esse efeito é percebido pela ação de uma Força Magnética de atração ou de repulsão
Os ímãs apresentam dois pólos magnéticos. NN (norte) e SS (sul). Estes pólos são indivisíveis, isto é, só existem aos pares.Observa-se entre eles, quando dois ímãs são confrontados, forças de atraçãoatração ou repulsãorepulsão.
Embora as linhas de força magnética sejam imaginárias, uma versão simplificada de muitos fenômenos magnéticos pode ser explicada supondo que as linhas magnéticas tenham certas propriedades reais.
Características das linhas de força magnética:
1. São sempre linhas fechadas: saem e voltam a um mesmo ponto
4.Saem e entram na direção perpendicular às superfícies dos pólos;
2. As linhas magnéticas nunca se cruzam;
3. Fora do ímã, as linhas saem do pólo norte e se dirigem para o pólo sul e dentro do ímã, as linhas são orientadas do pólo sul para o pólo norte;
5. Linhas de força magnética existem através de todos os materiais na presença de campo, quer magnéticos ou não-magnéticos.
Campo magnético da Terra Campo magnético do Sol
Campo magnético de um Ímã
A Terra funciona como um imenso ímã sendo, entretanto, fraco. O "Sul (S)""Sul (S)" magnético deste ímã está próximo do polo norte e o "Norte (N)""Norte (N)" magnético próximo do polo sul. Por isto, o norte do ímã da bússola apontará para o "Sul magnético" da Terra.
Campo magnético da Terra
Os efeitos do magnetismo são amplamente usados em nosso dia-a-dia. Vejamos alguns exemplos:
O conjunto de todas as linhas de campo que “saem” do
pólo norte e “entram” no pólo sul de um imã é
denominado de Fluxo MagnéticoFluxo Magnético - φ
A unidade do fluxo magnético no SI é o Weber (Wb).Weber (Wb). 1weber=1x108 linhas do campo magnético.
A densidade de fluxo magnéticodensidade de fluxo magnético é o fluxo magnético por unidade de área de uma secção perpendicular ao sentido do fluxo. A equação para a densidade de fluxo magnético é:
B- Wb/m2 - TESLA(T)
CLASSIFICAÇÃO DAS SUBSTANCIAS QUANTO AO CLASSIFICAÇÃO DAS SUBSTANCIAS QUANTO AO COMPORTAMENTO MAGNÉTICOCOMPORTAMENTO MAGNÉTICO
FERROMAGNÉTICOS
Exemplos: ferro, aços especiais, cobalto, níquel, e algumas ligas
PARAMAGNÉTICAS
Exemplos: alumínio, manganês, estanho, cromo, platina, paládio, oxigênio líquido, etc.
DIAMAGNÉTICAS
Exemplos: cobre, água, mercúrio, ouro, prata, zinco, etc.
PERMEABILIDADE MAGNÉTICA - PERMEABILIDADE MAGNÉTICA -
Habilidade do material concentrar linhas do fluxo magnético. Aqueles materiais que podem ser facilmente magnetizados são considerados de alta permeabilidade.
O vácuo apresenta a permeabilidade
magnética, 00 . Todos os outros
materiais tem suas permeabilidades
magnéticas relatadas ao vácuo.
onde, - permeabilidade absoluta do material
Permeabilidade RelativaPermeabilidade Relativa é a razão entre a
permeabilidade do material () pela permeabilidade do
vácuo (0). O símbolo para a permeabilidade relativa é
o R.
RELUTÂNCIA MAGNÉTICA - RELUTÂNCIA MAGNÉTICA -
Oposição que um meio oferece ao estabelecimento e concentração das linhas de campo magnético
A
l
. = relutância, Ae/Wb
l = comprimento da bobina, m
= permeabilidade do material magnético
A = área da secção reta da bobina, m2
O QUE CRIA O CAMPO MAGNÉTICO?
Um campo magnético pode ser criado através do movimento de cargas, tal como o fluxo de corrente no fio, pode também ser criado pelo momento de giro do dipolo magnético, e pelo momento da órbita do dipolo magnético de um elétron dentro de um átomo.
Fio enrolado aumenta o campo
magnético
Campo magnético rotacional ao redor do fio
ELETROMAGNETISMO
Em 1819, o cientista dinamarquês Oersted descobriu uma relação entre o magnetismo e a corrente elétrica. Ele observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor produzia um campo magnético em torno de um condutor.
A intensidade do campo magnético em torno do condutor que conduz uma corrente depende dessa corrente. Uma corrente alta produzirá inúmeras linhas de força que se distribuem até regiões bem distantes do fio, enquanto uma corrente baixa produzirá umas poucas linhas próximas do fio.
Quando muitas espiras de fio formam um indutor, as linhas de força de todas as espiras se combinam segundo um mesmo padrão, que se parece com um campo magnético que envolve uma barra magnética, formando um eletroimã ou solenóide.
QUAL É A RELAÇÃO ENTRE FLUXO DE CORRENTE E CAMPO MAGNÉTICO?
A Regra da Mão Direita é uma forma conveniente de se determinar a relação entre o fluxo da corrente num condutor (fio) e o sentido das linhas de força do campo magnético em volta do condutor.
Se você tem um fio enrolado, a curva simples dos dedos de sua mão direita ao redor do enrolamento segundo o fluxo de corrente, dará o sentido do campo magnético. Dessa forma, o dedo polegar apontará para o pólo norte magnético do qual o fio enrolado criou.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Uma corrente pode ser induzida em um condutor se esse é movimentado através de um fluxo magnético.
A corrente pode ser induzida em um fio através de três métodos:
1. O fio pode ser movido através de um campo magnético estacionário (o princípio se aplica a um gerador dc).
2. O fio pode estar estacionário e o campo magnético pode se movimentar, assim o campo está carregando o fio (o princípio se aplica a um gerador ac).
3. O fio e o eletroímã podem ambos estar estacionários e a corrente alternando em ligada e desligada causa a pulsação do campo magnético. Assim o campo magnético movimenta-se de um modo ou outro através do fio (o princípio é aplicado em uma bobina de ignição).
LEI DE FARADAY DA TENSÃO INDUZIDA
O valor da tensão induzida (força eletromotriz) depende do número de espiras da bobina e da velocidade com que o condutor intercepta as linhas de força ou o fluxo. Tanto o condutor quanto o fluxo podem se deslocar. A equação para se calcular o valor da tensão induzida é
onde,vinduzida = tensão induzida, V
N = número de espiras da bobina
dB/dt = velocidade com que o fluxo intercepta o
condutor, Wb/s
dt
dNv B
induzida
.
LEI DE LENZ
A tensão induzida tem polaridade tal que se opõe à variação de fluxo que produz a indução. Quando surge uma corrente produzida por uma tensão induzida, esta corrente cria um campo magnético em torno do condutor de tal modo que esse campo magnético, do condutor, interage com o campo magnético externo, produzindo a tensão induzida que se opõe à variação do campo magnético externo.
Assim, num indutor qualquer (como uma bobina, um solenóide ou um toróide), uma fem auto-induzida aparece sempre que a corrente varia com o tempo.
Pode-se encontrar o sentido da fem auto-induzida através da Lei de Lenz. O sinal menos na equação significa exatamente que – como a lei afirma – a fem auto-induzida se opõe à variação que a produziu.
CURVA DE HISTERESE
