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ElectricidadeElectricidade ee MagnetismoMagnetismo

Prof.ª Rosa Pais e Marília Peres

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CAMPO de FORCAMPO de FORÇÇASASToda a região do espaToda a região do espaçço no qual uma certa o no qual uma certa influência se faz sentir: uma partinfluência se faz sentir: uma partíícula colocada cula colocada em qualquer ponto dessa região sofre acem qualquer ponto dessa região sofre acçção de ão de uma foruma forçça bem definida.a bem definida.

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Numa região em que a influência de uma fonte Numa região em que a influência de uma fonte magnmagnéética se fatica se façça sentir, existe um a sentir, existe um campo campo magnmagnééticotico..

A interacA interacçção magnão magnéética detectatica detecta--se não sse não sóó em em íímanes manes ou ou magnetesmagnetes, mas tamb, mas tambéém cargas em m cargas em movimento (movimento (corrente elcorrente elééctricactrica) podem originar ) podem originar um campo magnum campo magnéético.tico.

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OsOs electrões podem actuar como magnetes electrões podem actuar como magnetes individuaisindividuais..NoNo ferroferro éé mais fmais fáácilcil ““alinharalinhar”” os electrões que os electrões que em outros materiaisem outros materiais..Quando os electrões estão alinhados originamQuando os electrões estão alinhados originam umummagnete maismagnete mais forte.forte.

FerroFerro

MagnetiteMagnetite

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AA agulha magnagulha magnééticatica dede uma buma búússolassola((colocada fora da accolocada fora da acççãoão de umde ummagnete oumagnete ou dede uma corrente uma corrente elelééctricactrica)) aponta sempre paraaponta sempre para o o Norte.Norte.

MasMas sese aproximamos delaaproximamos dela umummagnetemagnete,, ela rodaela roda,, tomandotomando aaorientaorientaççãoão do campodo campo criado pelo criado pelo magnetemagnete..

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O campo magnO campo magnéético tico éé uma grandeza vectorialuma grandeza vectorialque tem uma induque tem uma induçção magnão magnéética que se tica que se representa pelo vectorrepresenta pelo vector B

r

A unidade SI da intensidade de induA unidade SI da intensidade de induçção magnão magnéética tica éé oo teslatesla (T) (T)

Outra unidade (não pertence ao SI) Outra unidade (não pertence ao SI) éé oo gaussgauss (G)(G)

1 G = 1 x 101 G = 1 x 10--44 TT

http://www.commarts.com/ca/interactive/cai03/02_ia03.htmlhttp://tesladownunder.iinet.net.au/tesla_coil_sparks.htm

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O campo elO campo elééctrico ctrico éé uma grandeza vectorialuma grandeza vectorial que que se representa pelo vectorse representa pelo vector

Er

Para caracterizar o vector campo elPara caracterizar o vector campo elééctrico, ctrico, colocacoloca--se uma carga else uma carga elééctrica pontual positivactrica pontual positiva

qq00 carga de provacarga de prova

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A partir da forA partir da forçça ela elééctrica e do valor da ctrica e do valor da carga de provacarga de provadefinedefine--se o se o campo elcampo elééctricoctrico que se caracteriza , em cada que se caracteriza , em cada ponto do espaponto do espaçço por:o por:

DIRECDIRECÇÇÃOÃO -- éé a da fora da forçça ela elééctrica que actua na ctrica que actua na carga decarga deprovaprova

SENTIDOSENTIDO-- éé a da fora da forçça ela elééctrica que se exerce na ctrica que se exerce na carga decarga deprova prova (do positivo para o negativo)(do positivo para o negativo)

INTENSIDADEINTENSIDADE –– éé da forda forçça ela elééctrica que actua sobre a carga ctrica que actua sobre a carga colocada nesse ponto. colocada nesse ponto.

A unidade SI de intensidade do campo elA unidade SI de intensidade do campo elééctrico (ctrico (EE) ) éé o o newton newton porpor coulombcoulomb (N C(N C--11))

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Linhas de campo magnético associadas a um íman de barra

Linhas de campo eléctrico

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Linhas de campo magnLinhas de campo magnééticotico

As linhas de induAs linhas de induçção magnão magnéética permitem a tica permitem a visualizavisualizaçção do campo magnão do campo magnéético.tico.

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/magneticlines/index.html

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As linhas de campo magnAs linhas de campo magnéético são fechadas.tico são fechadas.

Em cada ponto do espaEm cada ponto do espaçço, o vector o, o vector éé tangentetangente ààs s linhas de campo.linhas de campo.

O nO núúmero de linhas de campo, por unidade de mero de linhas de campo, por unidade de áárea, rea, ééproporcional proporcional àà intensidade do campo magnintensidade do campo magnéético.tico.

Zonas mais densas Zonas mais densas <=><=> campo campo mais intensomais intenso

Zonas menos densas Zonas menos densas <=><=> campo campo menos intensomenos intenso

Um campo magnUm campo magnéético aproximadamente tico aproximadamente uniforme uniforme tem tem as linhas de campo as linhas de campo paralelasparalelas..

As linhas de campo magnAs linhas de campo magnéético tico não indicam a direcnão indicam a direcççãoãoda forda forçça de interaca de interacçção com o ão com o ííman. Essa man. Essa forforçça a tem a tem a direcdirecçção ão perpendicularperpendicular ao vector ao vector

Br

Br

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Linhas de campo elLinhas de campo elééctricoctricoVisualizaVisualizaçção do campo elão do campo elééctrico ctrico –– espectro elespectro elééctrico ctrico

Em cada ponto do espaEm cada ponto do espaçço, o vector campo elo, o vector campo elééctricoctrico

éé tangentetangente ààs linhas de campo e tem o s linhas de campo e tem o sentidosentido dessas dessas linhas .linhas .

As linhas de campo iniciamAs linhas de campo iniciam--se nas se nas cargas positivascargas positivas e e terminam nas terminam nas cargas negativascargas negativas..

A intensidade do campo elA intensidade do campo elééctrico ctrico éé maiormaior nas zonas nas zonas mais densasmais densas das linhas de campo.das linhas de campo.

As linhas de campo elAs linhas de campo elééctrico ctrico uniformeuniforme são são paralelasparalelas..

Er

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EXPERIÊNCIA de ÖERSTED

Em 1820 Öersted observou que uma agulha magnética, quando nas proximidades de uma corrente eléctrica, roda como se estivesse perto de um íman.

Concluiu que uma corrente eléctrica origina um campo magnético.

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http://www.wfu.edu/physics/demolabs/demos/5/5h/5H1020.html

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INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICASe uma corrente eléctrica origina um campo magnético, será que um íman pode criar um campo eléctrico?

Faraday e Henry descobriram que a resposta era afirmativa e estudaram as condições em que este fenómeno se detectava. As seguintes experiências ilustram os resultados das suas descobertas.

Indução electromagnética por movimento de um íman no interior de uma bobina.

Quando se move o íman no interior da bobina éinduzida uma força electromotriz (f.e.m.) que estabelece uma corrente eléctrica cujo sentido muda sempre que o movimento do íman éinvertido.

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Indução electromagnética por acção de um campo eléctrico variável numa bobina.

Uma corrente eléctrica variável cria um campo magnético variável na vizinhança. Este origina uma f.e.m. induzida numa bobina nele colocado.

Enrolando um fio condutor num prego de ferro maciço e ligando-o a um pilha podemos verificar o desvio de uma agulha magnética e atrair clips como se fosse um íman.

O conjunto bobina e prego chama-se electroíman.

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http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/index.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday2/index.html

http://phet.colorado.edu/web-pages/simulations-base.html

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FLUXO MAGNÉTICO

Se considerarmos uma espira condutora que delimita uma superfície de área A colocada numa região do espaço onde existe um campo magnético uniforme determina-se o fluxo magnético Φ (através da espira) pela expressão:

Φ - fluxo magnético em weber (Wb)

B – intensidade de indução magnética em tesla (T)

A – área da superfície plana em m2

α-ângulo formado pela direcção da normal à superfície e com o vector.

Br

αcos AB=Φ

αcos AB=Φ αcos AB=Φ

Br

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Para N espiras condutoras o fluxo magnético total é o produto do fluxo numa só espira Φ, pelo número de espiras

Φtotal = N Φ

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O fluxo magnético depende da área, quanto maior a área maior o fluxo (se mantivermos constantes os outros factores)

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O fluxo magnético depende da posição da espira (ângulo formado pela direcção da normal à superfície e do vector B), é máximo para um ângulo de 0º e nulo para um ângulo de 90º (se mantivermos constantes os outros factores)

25http://courses.science.fau.edu/~rjordan/rev_notes/28.1.htm

Funcionamento do microfone e do altifalante

O funcionamento do microfone e do altifalante tem por base a indução electromagnética.Ambos têm uma membrana ou diafragma, uma bobina e um íman, contudo, no microfone um sinal sonoro é convertido num eléctrico enquanto no altifalante o processo é inverso, um sinal eléctrico é convertido em sinal sonoro.

Funcionamento do altifalante:

Quando a corrente eléctrica passa na bobina,varia de acordo com os sinais eléctricos recebidos (resultantes, por exemplo, da conversão no microfone de um sinal sonoro),dando origem a um campo magnético variável que, ao interagir com o campomagnético criado pelo íman, provoca na bobina um movimento oscilatório. Uma vez que a bobina está ligada a uma membrana,esta passa a vibrar com a mesma frequênciae com a mesma intensidade, reproduzindo osom original, ou seja, a membrana oscilante não é mais do que uma fonte sonora.

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/speaker/

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O ALTIFALANTE

Funcionamento do microfone:

Quando o som atinge a membrana, esta entra em oscilação devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora, onda de pressão. Como a membrana está ligada à bobina, esta passa a oscilar com amesma frequência. Durante este movimento, o fluxo magnético do campo criado pelo íman varia, induzindo uma força electromotriz que dá origem a uma corrente eléctrica na bobina do microfone. Esta corrente alternada induzida na bobina apresenta as mesmas características do som original quer em frequência quer em intensidade.

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http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/generator/ac.html

Outra aplicação da indução electromagnética são os GERADORES.

Os geradores de f.e.m. induzida são máquinas que transformam energia mecânica em energia eléctrica através da indução electromagnética.