ELE_BAS_Aula_16_-_Eletricidade_e_magnetismo

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Eletricidade Básicaengbrennoazevedo 1
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Eng. Brenno Azevedo
ELETRICIDADE BÁSICA
Conceitos básicos de eletricidade e magnetismo
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Objetivos da aula
• Revisar alguns conceitos de eletricidade e magnetismo para entender a
aplicação destes no funcionamento de máquinas elétricas.
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• A maioria dos equipamentos elétricos funcionam direta ou indiretamente a
partir do magnetismo;
• O magnetismo foi descoberto pelos chineses por volta de 2600 a.C.;
• Há um minério de ferro conhecido por magnetita que possui propriedades
magnéticas, sendo assim um imã natural, utilizado na fabricação de
bússolas;
• Os demais imãs são produzidos pelo homem, chamados de imãs artificiais.
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Magnetita
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• Todo imã possui pontos opostos que atraem certos materiais;
• São os polos do imã: polo norte e sul;
• Da mesma forma que cargas elétricas iguais se repelem e cargas opostas se
atraem, polos magnéticos iguais se repelem e opostos se atraem;
• Força sem contato traz o conceito de campo, uma região do espaço em que
se evidenciam os fenômenos magnéticos;
• A força invisível responsável pela atração ou repulsão é chamada de campo
magnético;
• O campo é formado por linhas de força que saem do polo norte do imã,
percorrem o ar no seu entorno e entram no imã pelo polo sul.
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Linhas de indução de campo magnético
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Atração e repulsão em imãs
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• As linhas do campo magnético são uma demonstração didática;
• Como o campo magnético é uma grandeza vetorial, todos os pontos no
espaço nos arredores do imã apresentam um módulo, uma direção e um
sentido;
• O conjunto de todas as linhas do campo magnético que emergem do polo
norte de um imã é chamado de fluxo magnético;
• O fluxo magnético é simbolizado pela letra grega ϕ (fi) e sua unidade no SI
é o weber (Wb);
• Um weber é igual a 1 x 108 linhas de campo magnético.
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• A densidade de fluxo magnético é o fluxo magnético por unidade de área
de uma seção perpendicular ao sentido do fluxo.
𝐵 =
ϕ
𝐴
B = densidade do fluxo magnético em teslas (T – Wb/m²);
ϕ = fluxo magnético em weber (Wb);
A = área em metros quadrados (m²)
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• Os materiais que são atraídos e repelidos pelos imãs são os materiais
magnéticos (ferro e o aço);
• Esses materiais também podem ser magnetizados. Há alguns que mantem a
propriedade mesmo após afastado do campo magnetizador (imãs
permanentes) e outros são incapazes de manter o magnetismo após
afastado do campo magnetizador (imãs temporário);
• A permeabilidade se refere a capacidade do material magnético de
concentrar o fluxo magnético;
• Os materiais facilmente magnetizados tem alta permeabilidade.
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Classificação dos imãs
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• A liga Alnico é constituída de Níquel, Alumínio e Cobalto, foi um dos
primeiros imãs artificiais desenvolvidos. Fundamental na Segunda Guerra
Mundial na construção de radares para detectar aproximação de aviões
alemães;
• Os imãs de ferrita surgiram no anos cinquenta e são formados por óxido de
ferro (são os imãs de porta de geladeira). Possuem baixo custo e baixo
poder magnético;
• O avanço dos imãs permanentes artificiais está ligado ao desenvolvimento
de novos produtos (notebook, celulares, cartões de crédito e outros).
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• Classificação dos materiais magnéticos:
• Ferromagnéticos: quando esses materiais são submetidos a um campo
magnético externo, adquirem campo magnético no mesmo sentido do
campo ao qual foram submetidos, que permanece quando o material é
removido. É como se possuíssem uma memória magnética. Eles são
fortemente atraídos pelos imãs, e esse comportamento é observado em
poucas substâncias, entre elas estão: ferro, níquel, cobalto e alguns de
seus compostos.
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• Classificação dos materiais magnéticos:
• Paramagnéticos: Pertencem a esse grupo os materiais que possuem
elétrons desemparelhados, que, ao serem submetidos a um campo
magnético externo, ficam alinhados no mesmo sentido do campo ao
qual foram submetidos, que desaparece assim que o campo externo é
retirado. São objetos fracamente atraídos pelos imãs, como: alumínio,
sódio, magnésio, cálcio etc.
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• Classificação dos materiais magnéticos:
• Diamagnéticos: São materiais que, se colocados na presença de um
campo magnético externo, estabelecem em seus átomos um campo
magnético em sentido contrário ao que foi submetido, mas que
desaparece assim que o campo externo é removido. Em razão desse
comportamento, esse tipo de material não é atraído por imãs. São
exemplos: mercúrio, ouro, bismuto, chumbo, prata etc.
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Alguns materiais ferromagnéticos e sua permeabilidade relativa
(DIAS e MACIEL, 2019)
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Alguns materiais paramagnético e diamagnéticos
(DIAS e MACIEL, 2019)
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• Em 1819, o cientista dinamarquês Oersted descobriu uma relação entre o
magnetismo e a corrente elétrica, quando surgiu o eletromagnetismo;
• Observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor produzia
um campo magnético no seu entorno;
• A intensidade do campo magnético depende da corrente, se for alta produz
inúmeras linhas de força que se distribuem até regiões distantes do
condutor, se for baixa produz poucas linhas próximas ao condutor.
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Campo magnético em torno de condutor com corrente elétrica
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• O sentido da corrente elétrica no condutor define a polaridade do
condutor;
• A regra da mão direita é uma forma de definir a relação entre o fluxo de
corrente elétrica em um condutor e o sentido das linhas de força em seu
entorno;
• Segurando o fio que conduz a corrente com a mão direita, feche os quatro
dedos em torno do fio e estenda o polegar ao longo do fio;
• O polegar indica o sentido do fluxo convencional de corrente e os dedos o
sentido das linhas de força.
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Regra da mão direita
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• O campo magnético pode se somar aumentando a sua intensidade ou
reduzir e se anular;
• Condutores paralelos com corrente em sentidos opostos geram linhas
magnéticas no mesmo sentido, os campos se somam para formarum
campo total mais forte.
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Condutor paralelo com corrente em sentido oposto
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Condutor paralelo com corrente no mesmo sentido e sentido oposto
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• Dobrar um condutor reto formando um laço ou uma espira resulta em:
• As linhas de campo magnético ficam mais densas dentro do laço,
embora o numero de linhas seja o mesmo;
• Todas as linhas de dentro do laço se somam no mesmo sentido;
• Surge o conceito de bobina quando há mais de um laço ou espira.
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Campo magnético no interior da espira
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Campo magnético no interior da bobina
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• Se colocar um núcleo de ferro no interior da bobina, a densidade do fluxo
magnético vai aumentar;
• A polaridade do núcleo é o mesmo da bobina e depende do sentido do
fluxo da corrente e do sentido do enrolamento;
• O fluxo da corrente sai do lado positivo da fonte de tensão, atravessa a
bobina e retorna ao terminal negativo;
• A regra da mão direita serve para determinar os polos.
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Núcleo de ferro no interior da bobina
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Regra da mão direita aplicada a bobina
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• O núcleo de ferro no interior da bobina ficará magnetizado formando um
eletroímã (imãs temporários);
• O campo magnético de um eletroímã é a soma do campo magnético gerado
pela bobina e do campo magnético do material ferromagnético;
• Os eletroímãs são amplamente utilizados em dispositivos elétricos e tem
várias aplicabilidades práticas: motores, guindastes eletromagnéticos e etc;
• A intensidade de um campo magnético em uma bobina de fio depende da
intensidade da corrente e do número de espiras;
• Quanto mais corrente, mais forte o campo magnético (eletricidade gera
magnetismo);
• Quanto mais espiras, mais concentradas as linhas de força.
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• O produto da corrente vezes o número de espiras da bobina é expresso em
amperes-espira (Ae) ou força magnetomotriz (fmm):
F = N*I (amperes-espira)
F – força magnetomotriz (Ae);
N – número de espiras (und);
I – corrente elétrica (A)
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• Circuitos magnéticos podem ser comparados a circuitos elétricos;
• Da mesma forma que uma tensão ou uma força eletromotriz produz uma
corrente elétrica;
• Uma força magnetomotriz produz um fluxo magnético;
• A oposição que um material oferece a produção de fluxo magnético é
chamado de relutância, que corresponde a resistência.
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Circuito magnético fechado com núcleo de ferro
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• A relutância é inversamente proporcional a permeabilidade;
• O ferro possui alta permeabilidade e baixa relutância;
• O ar possui baixa permeabilidade e alta relutância.
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• Em 1831, Michael Faraday descobriu o princípio da indução
eletromagnética;
• Sempre que há um movimento relativo entre um imã em relação a uma
espira, independente de quem se mova, surge uma corrente elétrica,
chamada de corrente induzida na espira (variação de campo magnético no
tempo);
• Observou que a corrente é mais intensa quanto maior é a área da espira e
quanto mais rápido é o movimento;
• A variação do fluxo magnético em uma superfície provocava o
aparecimento de uma corrente induzida, o que equivale a o aparecimento
de uma tensão.
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Experimento de Faraday
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• A aplicação mais importante do movimento relativo entre o condutor e o
campo magnético ocorre nos geradores elétricos;
• Em um gerador são alojados eletroímãs fixos em um involucro cilíndrico e
vários condutores na forma de bobina giram em um núcleo dentro do
campo magnético, de modo que os condutores interceptam continuamente
as linhas de força do campo magnético.
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• O valor da tensão induzida depende do número de espiras da bobina e da
velocidade com que o condutor intercepta as linhas de força do fluxo.
𝑉𝑖𝑛𝑑 = 𝑁
∆ϕ
∆𝑡
Vind = tensão induzida (V);
N = número de espiras da bobina (und);
Δϕ/Δt = velocidade com que o fluxo intercepta 
o condutor (Wb/s).
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• A polaridade da tensão induzida é determinada através da Lei de Lenz;
• A tensão induzida tem polaridade tal que se opõe a variação do 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
este campo interage com o campo externo;
• Se o campo externo aumentar, o campo magnético do condutor será no
sentido oposto;
• Se o campo externo diminuir, o campo magnético do condutor será no
mesmo sentido.
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Lei de Lenz
Se houver aproximação do imã permanente da bobina, 
haverá criação de um campo magnético na bobina que 
empurra o imã que está se aproximando
Se houver afastamento do imã permanente da 
bobina, haverá criação de um campo na bobina que 
puxa o imã permanente. A reação é sempre no 
sentido de se opor a variação.
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• A lei de Faraday afirma que, a partir do magnetismo, gera-se eletricidade, e
a lei de Ampere afirma que, a partir da eletricidade (corrente elétrica), gera-
se magnetismo. Essas duas leis regem o comportamento das máquinas
elétricas destinadas à conversão eletromecânica de energia;
• O motor elétrico e o gerador são exemplos;
• O motor converte energia elétrica em energia mecânica, enquanto o gerador
converte energia mecânica em energia elétrica.
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