magnetismo basico

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UFSM Colgio Tcnico Industrial

Eletrotcnica

2005

Unidade IV Magnetismo4.1. Histrico

Existem vrias histrias sobre como surgiu o magnetismo, porm o real incio desconhecido. Os gregos j sabiam desde a antigidade, que certas pedras da regio da Magnsia, na sia menor, atraam pedaos de ferros. A rocha encontrada era na realidade um tipo de minrio de ferro, chamado magnetita (Fe3O4). As rochas que contm o minrio que apresenta este poder de atrao so chamadas de ims naturais. Os ims naturais foram pouco usados no comeo de sua descoberta, at que se descobriu que um im montado com liberdade de movimento giraria de tal maneira que um de seus extremos apontasse sempre para o norte. Os pedaos de magnetita suspensos por um fio, foram chamados de pedras guias, e foram usados pelos chineses h mais de 2000 anos como bssolas primitivas para viagens nos desertos. Bssolas primitivas, feitos de ims naturais, foram tambm aproveitadas pelos marinheiros nos primeiros descobrimentos martimos. Em 1263, Pierre de Mare Court descobriu ao colocar sobre um im esfrico natural (magnetita), em vrias posies, e marcar as direes do equilbrio da agulha, que as linhas que envolviam o im eram da mesma forma que os meridianos que envolviam a Terra, e passavam por dois pontos situados sobre as extremidades de um dimetro das esferas. Esses dois pontos foram denominados os plos dos ims. Muitos observadores verificaram que, no importando a forma do im, sempre haveria dois plos, o plo norte e o plo sul, onde a fora do im seria mais intensa. Em 1600, William Gilbert descobriu a razo de a agulha de uma bssola orientar-se em direes definidas: a Terra um im permanente. E o fato de plo norte da agulha ser atrado pelo plo norte geogrfico da Terra, quer dizer que este plo , na realidade, plo sul magntico. Isso se verifica ao saber que plos de mesmo nome de dois ims repelem-se e de nomes opostos se atraem.

A atrao e repulso dos plos magnticos foram estudadas quantitativamente por John Michele, em 1750. Usando uma balana de toro, Michele mostrou que a atrao e a repulso dos plos de dois ims tinham igual intensidade e variavam inversamente com o quadrado da distncia entre os plos. Estes resultados foram confirmados logo aps por Coulomb. Coulomb admitiu que o magnetismo est contido em cada molcula do im, por isso, os plos sempre so aos pares. Mesmo dividindo-se um im em pedaos muito pequenos, sempre iro haver dois plos.

4.2.

O magnetismo e o eltron

Embora as foras eltricas e magnticas estejam relacionadas, so de natureza complemente diferentes. As foras eletrostticas e as foras magnticas no interagem na ausncia de movimento. Porm, se um dos campos de fora estiver em movimento, surge um fenmeno que prova a interao entre as foras. Como o eltron a menor partcula da matria, foi desenvolvida uma teoria que estabelece a relao entre eletricidade e o magnetismo, trata-se da teoria eletrnica do magnetismo. O eltron possui uma carga negativa, carga esta que produz um campo eletrosttico, representado por linhas perpendiculares, vindas de todas as direes. O eltron possui movimentos orbitais e rotacionais (SPINS) que do origem a um campo magntico, este campo formado por linhas circulares concntricas em torno do eltron. A combinao dos dois campos chamado de campo eletromagntico. 4.3.

ms

So substncias que possuem a maior parte ou todos os seus domnios magnticos orientados em um nico sentido, e tem ao seu redor um campo magntico, onde exercem aes magnticas, como por exemplo a magnetita, que um m natural.

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4.3.1. Campo Magntico de um m O campo magntico a regio do espao em torno de um material magntico onde se observam seus efeitos magnticos; isto , a sua atrao e repulso com outros corpos. O campo magntico invisvel. Para a facilidade do estudo adotou-se o conceito de linhas de induo ou linhas de fora magnticas. Tais linhas so coincidentes com as linhas formadas pela orientao da limalha de ferro quando espargidas sobre um pedao de vidro que se encontra sobre um m em forma de barra. Conforme a distribuio do campo magntico no espao, obtm-se um espectro caracterstico com o formato de cada m. De qualquer forma convencionou-se que o sentido das linhas de induo tal que elas saem do plo norte e entram no plo sul fora do m, e saem do plo sul e entram no plo norte dentro do m.

Todo m possui duas regies denominadas plos (so os extremos de cada m onde este exerce de forma mais intensa aes magnticas), o Plo Norte e o Plo Sul. Estes nomes foram dados em conseqncia de quando um m suspenso, sem atrito algum, ele se orienta de acordo com os plos geogrficos da Terra.

A existncia do campo magntico facilmente percebida com o auxlio de uma bssola, colocada em vrios pontos ao redor de um im em forma de barra. O campo magntico representado por linhas traadas tangentes ao redor do campo magntico.

4.3.2. Inseparabilidade dos Plos Quebrando-se um m em forma de barra, em duas partes, no obteremos dois47

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ms, um com somente um plo sul e o outro somente com o plo norte mas sim dois ms menores com ambos os plos. Se continuarmos dividindo o mesmo m, obteremos sempre o mesmo resultado. Isto se deve ao fato de que as propriedades magnticas so intrnsecas s molculas que constituem o material.

4.3.4. Tipos de ms Naturais: O nico m natural a magnetita. Sua utilidade , no entanto, apenas histrica, pois rara, fraca e de difcil industrializao. A magnetita no passa de dixido de ferro (Fe3O4). Artificiais: todo e qualquer objeto que tenha adquirido propriedades magnticas atravs de processos de imantao que sero vistos posteriormente. Porm, nos interessa em nosso estudo os que so imantados pelo uso de corrente eltrica, sendo que estes podem ser classificados em artificiais permanentes e artificiais temporrios. Os Artificiais Permanentes tem a caracterstica de conservarem o seu prprio campo magntico, mesmo depois de cessado o campo indutor ou a corrente eltrica, tal como o ao. Os Artificiais Temporrios tem a caracterstica de no conservarem o campo magntico aps cessado o campo indutor ou a corrente eltrica, tal como o ferro. 4.4.

4.3.3. Interao Magntica entre Dois ms Atravs da limalha de ferro pode-se observar o comportamento das linhas de campo quando interagimos plos de mesmo nome e plos de nomes contrrios. Plos de mesmo nome se repelem.

Materiais Magnticos Magnticos

e

No-

Materiais magnticos so aqueles que permitem a orientao de seus ms elementares, tais como ferro, ao e nquel. J os materiais no magnticos so aqueles onde os efeitos magnticos de seus ms elementares anulam-se completamente, no reagindo a um campo magntico externo, tais como plsticos, madeiras e borracha. 4.5. Plos de nomes contrrios se atraem.

Processos de Magnetizao

Como um material pode magnetizar-se alinhando suas molculas, a melhor maneira de faz-lo aplicando-lhe uma fora magntica. Tal fora dever agir contra o campo magntico de cada molcula, orientando-as. Isso pode ser feito principalmente por duas maneiras: Atrito: quando um m atritado sobre a superfcie de um pedao de ferro no magnetizado, o campo magntico do m orienta as molculas do ferro e magnetiza-o.

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Materiais Diamagnticos: So aqueles que, na presena de um campo magntico, so repelidos pelos dois plos dos ims. So substncias que se magnetizam em sentido contrrio. Ex.: bismuto.

4.7.

Processos de Desmagnetizao

Por Induo: a magnetizao ocorre atravs da aproximao entre o indutor e o induzido. As molculas do induzido, imersas no campo magntico do indutor, orientam seus domnios magnticos. Corrente Eltrica: quando uma bobina ligada a uma bateria, a corrente eltrica produz um campo magntico, que magnetiza o ferro. A magnetizao do ferro se produz pela ao do campo magntico, que se origina da corrente eltrica, ao circular pelas espiras. As linhas de fora orientam os domnios magnticos do ferro numa s direo imantando o ncleo.

Um im pode ser desmagnetizado utilizando-se alguma forma de alterar sua estrutura magntica, ou seja, desorientando seus domnios magnticos. Isto pode ser feito atravs de: - choque mecnico; - aquecimento; - aplicao de um campo magntico alternado.

4.8. 4.6. Classificao Magnticos dos Materiais

Lei de Coulomb

Materiais Ferromagnticos: So aqueles que na presena de um campo magntico so atradas fortemente pelos dois plos dos ims. So compostos de determinadas substncias que se magnetizam intensamente. Ex.: ferro, cobalto, nquel, ao doce. Materiais Paramagnticos: So aqueles que, na presena de um campo magntico, so atradas fracamente pelos dois plos dos ims. Ex.: ar, paldio, alumnio.

A partir da necessidade de atribuir um valor quantitativo de magnetismo, Coulomb realizou uma experincia onde dois ms compridos e finos foram dispostos a uma certa distncia, conforme a figura abaixo:

A fora exercida entre os dois ms depende do meio em que se verifica o fenmeno e varia em razo inversa ao quadrado da distncia que as separa.

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m m F = h 1 2 2 rOnde: F fora magntica {Newton (N) }; h constante magntica do meio; m massa magntica {Weber (Wb)}; r distncia entre os corpos {metros (m)}. A fora de atrao entre dois ms diretamente proporcional ao produto das massas magnticas dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado das distncias entre eles e depende ainda do meio em que se encontra o fenmeno.

elementares orientados e dirigidos no sentido sul-norte. Se cada un