Conversão de um

sinal sonoro num

sinal elétrico. Conversão de um

sinal elétrico

num sinal sonoro.

Microfone e altifalante

O funcionamento dos microfones e dos

altifalantes baseia-se na:

- acústica;

- no eletromagnetismo;

- na mecânica.

O que são campos de Forças?

Como podemos produzi-los?

CAMPO de FORÇAS

Toda a região do espaço no qual uma certa influência se faz sentir: uma partícula colocada em qualquer ponto dessa região sofre ação de uma força bem definida.

3

Quando a uma dada região do espaço está associada

uma dada grandeza física cujas características são

função da posição (x, y, z, t) diz-se que nessa região

do espaço existe um campo dessa grandeza.

Numa região em que a influência de uma fonte

magnética se faça sentir, existe um campo

magnético.

A interação magnética deteta-se não só em

ímanes ou magnetes, mas também cargas em

movimento (corrente elétrica) podem originar

um campo magnético(experiência de Öersted).

Campo magnético

5

Os ímanes são objetos que atraem outros que tenham, por

exemplo, ferro, níquel ou cobalto.

Por mais cortes que se façam, obtêm-se sempre novos

pares de polos – polo norte e polo sul.

A interação entre dois imanes é uma interação à distancia.

Se colocarmos no espaço que rodeia um íman, um outro

íman este fica sujeito a uma força magnética – dizemos que

o primeiro íman gerou um campo magnético.

6

• Com magnetes (ímanes)

• Com correntes elétricas

https://phet.colorado.edu/pt/si

mulation/generator

Podemos produzir campos magnéticos

de dois modos:

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A agulha magnética de uma bússola

(colocada fora da acção de um

magnete ou de uma corrente

eléctrica) aponta sempre para o

Norte.

Mas se aproximamos dela um

magnete, ela roda, tomando a

orientação do campo criado pelo

magnete.

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O campo magnético é uma grandeza vetorial que

tem uma indução magnética que se representa

pelo vetor

B

A unidade SI da intensidade de indução magnética

é o tesla (T)

Outra unidade (não pertence ao SI) é o gauss (G)

1 G = 1 x 10-4 T

Nikola Tesla

9

O campo elétrico é uma grandeza vetorial que se

representa pelo vetor

E

Para caracterizar o vetor campo elétrico, coloca-

se uma carga elétrica pontual positiva

q0 carga de prova

https://phet.colorado.edu/pt/simulation/electric-hockey

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A partir da força elétrica e do valor da carga de prova

define-se o campo elétrico que se caracteriza, em cada

ponto do espaço por:

DIREÇÃO - é a da força elétrica que atua na carga de prova

SENTIDO- é a da força elétrica que se exerce na carga de

prova (do positivo para o negativo)

INTENSIDADE – é da força elétrica que atua sobre a carga

colocada nesse ponto a dividir pela carga de prova.

A unidade SI de intensidade do campo elétrico (E) é o

newton por coulomb (N C-1) ou (Vm-1)

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Linhas de campo magnético

associadas a um íman de barra

As linhas de campo partem do

pólo norte e acabam no pólo sul.

Linhas de campo elétrico

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Linhas de campo magnético

As linhas de indução magnética permitem a

visualização do campo magnético.

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

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As linhas de campo magnético são imaginárias,

fechadas e nunca se cruzam.

Em cada ponto do espaço, o vetor é tangente às

linhas de campo.

O número de linhas de campo, por unidade de área, é

proporcional à intensidade do campo magnético.

Zonas mais densas campo mais intenso.

Zonas menos densas campo menos intenso.

Um campo magnético aproximadamente uniforme tem

as linhas de campo paralelas.

As linhas de campo magnético não indicam a direção da

força de interação com o íman. Essa força tem a

direção perpendicular ao vetor .

B

B

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Campo magnético Terrestre

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Linhas de campo elétrico

Visualização do campo elétrico – espetro elétrico

Em cada ponto do espaço, o vetor campo elétrico

é tangente às linhas de campo e tem o sentido dessas

linhas .

As linhas de campo iniciam-se nas cargas positivas e

terminam nas cargas negativas.

A intensidade do campo elétrico é maior nas zonas mais

densas das linhas de campo.

As linhas de campo elétrico uniforme são paralelas.

E

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Linhas de campo elétrico criado

por cargas (+) e (-)

Campo elétrico , num ponto do espaço, criado por uma partícula carregada Q:

A sua intensidade será tanto maior quanto maior for a carga criadora Q.

A sua intensidade será tanto maior quanto menor for a distância do ponto à carga Q.

tem a direção da linha que une o ponto à carga Q.

aponta para a carga se Q < 0 e em sentido contrário se Q > 0.

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Linhas de campo elétrico produzidas

por mais do que uma carga

Linhas de campo elétrico produzido por uma ou mais cargas:

São linhas imaginárias que partem de cargas positivas e terminam em

cargas negativas e nunca se cruzam.

O campo elétrico é tangente, em cada ponto, à linha de campo que

passa por esse ponto.

O campo elétrico num ponto tem o sentido da linha de campo que

passa por esse ponto.

O campo elétrico será tanto mais intenso quanto maior for a densidade

das linhas de campo.

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Linhas de campo elétrico produzido no interior

de duas placas metálicas paralelas.

A força elétrica, exercida sobre uma partícula com carga q

num campo elétrico:

tem sempre a direção do campo ;

tem o sentido do campo se q > 0 e sentido oposto a se q

< 0;

é tanto maior quanto maior for o campo no ponto onde se

encontra a partícula.

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Linhas de campo

magnético criadas

por um condutor

retilíneo atravessado

por corrente.

No campo magnético criado por um fio retilíneo longo atravessado por corrente

elétrica:

As linhas de campo são circulares com centro no fio num plano perpendicular ao fio;

o sentido das linhas de campo (e de ) é dado pela regra da mão direita.

O campo magnético tem a mesma intensidade em pontos situados à mesma

distância do fio (ou seja, sobre a mesma linha de campo).

O campo magnético será tanto mais intenso quanto maior for a intensidade de

corrente e quanto menor for a distância ao fio.

Agulhas magnéticas situadas sobre linhas de campo orientam-se na direção do

campo (tangente às linhas) e apontam no sentido do campo (dado pelo polo norte da

agulha).

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Linhas de campo magnético.

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EXPERIÊNCIA de ÖERSTED

Em 1820 o físico dinamarquês Hans Christian Öersted

(1777 – 1851) observou que uma agulha magnética,

quando nas proximidades de uma corrente elétrica, roda

como se estivesse perto de um íman.

Concluiu que uma corrente elétrica origina um campo

magnético.

24

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

25

INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA

Se uma corrente elétrica origina um campo magnético, será que um

íman pode criar um campo elétrico?

Os físicos Michael Faraday e Joseph Henry descobriram que a resposta

era afirmativa e estudaram as condições em que este fenómeno se

detetava. As seguintes experiências ilustram os resultados das suas

descobertas:

Indução eletromagnética por movimento de um

íman no interior de uma bobina.

Quando se move o íman no interior da bobina é

induzida uma força eletromotriz (f.e.m.) que

estabelece uma corrente elétrica cujo sentido muda

sempre que o movimento do íman é invertido.

26

Indução eletromagnética por ação de um

campo elétrico variável numa bobina.

Uma corrente elétrica 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 eletroíman.

27

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

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

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

28

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 .

Designemos por o vetor unitário perpendicular à

superfície. Representemos por o ângulo que esse vetor

unitário faz com . O fluxo magnético (através da

espira) é dado pela expressão:

- fluxo magnético em weber (Wb)

B – intensidade de indução magnética em tesla (T)

A – área da superfície plana em m2

- ângulo formado pela direção da normal à superfície e o vector

B

B

B

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FLUXO MAGNÉTICO

1 espira N espiras

30

CARACTERISTICAS DO FLUXO

MAGNÉTICO

31

O fluxo magnético depende

da área, quanto maior a

área maior o fluxo (se

mantivermos constantes os

outros fatores)

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O fluxo magnético depende da posição da espira (ângulo

formado pela direção da normal à superfície e do vetor B),

é máximo para um ângulo de 0º e nulo para um ângulo de

90º (se mantivermos constantes os outros fatores)

http://phys23p.sl.psu.edu/phys_anim/EM/embederQ3.20100.html

33

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

34

PRODUÇÃO DE

CORRENTE INDUZIDAS

http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/faraday

35

PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS

A corrente variável na espira da esquerda cria

uma corrente, chamada corrente induzida, na

espira da direita.

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PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS

O sentido ca corrente induzida depende do

sentido em que se movimenta o íman.

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PRODUÇÃO DE CORRENTE INDUZIDAS

Só existe indução eletromagnética se o fluxo do

campo magnético variar no tempo, o que pode

acontecer:

movendo um íman perto do circuito: varia B, então

varia ;

movendo o circuito perto de um íman: varia B,

então varia ;

mantendo o íman parado mas deformando o

circuito ­ varia A ou a orientação do circuito (ou

seja,), então varia ;

mantendo o circuito junto de outro circuito no qual

a intensidade de corrente esteja sempre a variar:

varia B, então varia .

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LEI DE FARADAY

Qualquer que seja o processo que cria a corrente induzida,

de intensidade I, a diferença de potencial ou tensão que é

responsável pelo seu aparecimento designa-se por força

eletromotriz, .

A unidade SI de força eletromotriz induzida é o volt (V).

A força eletromotriz induzida num circuito é, em módulo,

igual à taxa de variação temporal do fluxo magnético que o

atravessa:

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Sendo a força eletromotriz induzida uma diferença de

potencial associada à corrente induzida num circuito, e

a potência elétrica disponível P = U I, pode concluir-se

que a potencia a disponibilizar pelo circuito:

P = I

É tanto maior quanto maior for a força eletromotriz

induzida

Funcionamento

do microfone e do altifalante

O funcionamento do microfone e do altifalante

tem por base a indução eletromagnética.

Ambos têm uma membrana ou diafragma, uma

bobina e um íman, contudo, no microfone um

sinal sonoro é convertido num elétrico

enquanto no altifalante o processo é inverso,

um sinal elétrico é convertido em sinal sonoro.

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41

O ALTIFALANTE

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Funcionamento do

altifalante

íman em forma de disco.

bobina que executa

movimento de “vai e

vem”.

Diafragma que oscila

por estar preso à

bobina.

Funcionamento do altifalante:

Quando a corrente elétrica passa na bobina,

varia de acordo com os sinais elétricos

recebidos (resultantes, por exemplo, da

conversão no microfone de um sinal sonoro),

dando origem a um campo magnético

variável que, ao interagir com o campo

magnético 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 frequência

e com a mesma intensidade, reproduzindo o

som 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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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 a

mesma 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.