Aula 02 Introdução ao eletromagnetismo

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Curso: 
Engenharia Elétrica
Disciplina: 
Conversão Eletromecânica de
Energia
Professor:
Eng.º Abner Pedraça
Unidades de Ensino:
UE-01: Introdução a conversão eletromecânica de energia.
Bases para a Introdução a conversão eletromecânica de energia.
Introdução ao Magnetismo 
 Eletromagnetismo.
Sobre a Disciplina 
Conversão Eletromecânica de Energia
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FUNDAMENTOS DA CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA
“A primeira indicação de intercâmbio entre energia elétrica e mecânica foi apresentado por Michael Faraday em 1831”
Magnetismo: Cronologia 
Séculos antes da Era Cristã: gregos conheciam um mineral chamado “lodestone", óxido de ferro, da região de Magnésia; 
 2700 A .C.: registros do uso de bússolas rústicas feitas de Lodestone pelos chineses; 
 1000-1200 D.C: bússolas para navegação largamente utilizadas; 
1600: William Gilbert, considerado o pai do magnetismo, publica os primeiros conhecimentos afirmando que a Terra é um grande ímã;
Magnetismo: Cronologia 
1820: Oersted descobre a relação entre eletricidade e magnetismo; 
Ampere determinou que duas bobinas carregando corrente elétrica agem como ímãs; 
Arago descobre que o ferro pode ser magnetizado e 
Faraday afirma que eletricidade pode ser gerada trocando o fluxo magnético dentro de uma bobina. 
Magnetismo: Cronologia 
1920: ímãs de maior capacidade magnética são desenvolvidos: o Alnico. 
1950: significantes desenvolvimentos de ímãs cerâmicos orientados (Ferrites) . 
1970: impressionantes aumentos de forças magnéticas foram obtidas a partir de ligas de Samário Cobalto (Terras Raras), porém com custos muito altos.
Termos do Magnetismo: 
 Ferromagnético: material que exibe fenômeno de histerese onde a permeabilidade magnética depende da força de magnetização. 
 Curva de Histerese: representação gráfica da relação entre força magnética e a magnetização induzida resultante de um material ferromagnético. 
Fluxo magnético: manifestação física de um material quando submetido a influencias da magnetização 
 Indução magnética(β): número de linhas magnéticas por unidade de área na direção do fluxo. 
Termos do Magnetismo: 
Força coercitiva(H): campo desmagnetizante necessário para reduzir a indução magnética a zero. 
 Desmagnetização: a completa ou parcial redução da indução representada no segundo quadrante da curva de Histerese. 
Produto de energia (Bhmáx): ponto da curva de desmagnetização no qual o produto da indução magnética pelo campo desmagnetizante atingem o máximo valor. 
Anisotrópico: quando um ímã possui orientação preferencial de maneira que as características magnéticas são melhores nesta direção. 
Termos do Magnetismo: 
Isotrópico: material que não possui orientação preferencial apresentando características magnéticas em qualquer direção ou eixo. 
 Gap: porção do circuito magnético que não contém material ferromagnético. 
 Permeabilidade: habilidade da indução magnética atravessar um material. 
 Remanência(B): indução magnética que permanece em um circuito magnético após a remoção do campo magnético externo aplicado.
 Saturação: um material magnético está saturado quando um aumento de força de magnetização aplicada não resulta no aumento da indução magnética. 
 Força atrativa: é a força exercida por um ímã em um objeto ferromagnético. 
Introdução ao Magnetismo 
Dá-se o nome de magnetismo à propriedade que certos corpos possuem de atrair materiais ferrosos. 
Pólos dos Ímãs Os pólos dos ímãs localizam-se nas extremidades e são denominados de Norte e Sul. Nos pólos, a força magnética do ímã é maior, por ser esse local de ma
A linha de força magnética é a unidade de fluxo magnético. 
O que é pólo magnético?
PÓLO MAGNÉTICO É TODA SUPERFÍCIE NAS QUAIS SAEM OU ENTRAM LINHAS MAGNÉTICAS.
Sentido das linhas de força de um ímã :
 
 O sentido das linhas de força de um ímã, por convenção, é sempre, externamente, do pólo norte para o pólo sul e internamente do pólo sul para o pólo norte. 
Fragmentação de um ímã 
Se um ímã for quebrado, em três partes, por exemplo, cada uma das partes constituirá um novo ímã.Os pólos de um ímã independente do seu tamanho ocorrem em par N-S. 
Campo Magnético do Ímã 
Damos nome de campo magnético do ímã ao espaço ocupado por suas linhas de força magnética. 
Lei de Atração e Repulsão dos Ímãs 
 No ímã, observa-se o mesmo princípio das cargas elétricas. Ao se aproximarmos uns dos outros, pólos de nomes diferentes se atraem e pólos de nomes iguais se repelem. 
Magnetismo Terrestre 
O pólo norte geográfico da terra é, na realidade, o pólo sul magnético e o pólo sul geográfico é o pólo norte magnético.
Ímãs Artificiais
São aqueles fabricados pelo homem, e podem ser obtidos pelo contato ou atrito com outro ímã ou pela influência de uma corrente elétrica. 
Esses ímãs oferecem uma vantagem sobre os naturais, pois, além de proporcionar maior força de atração, podem ser fabricados em tamanho e formatos variados. 
Teoria Molecular da Magnetização 
Esta teoria presume que cada molécula de um material magnetizável constitui um diminuto ímã (ímã elementar), cujos eixos encontram-se desalinhados entre si.
 Sem o alinhamento dos ímãs elementares, o corpo na apresentará efeito magnético. 
Colocando-se uma barra desse metal sob efeito de um campo magnético externo, as moléculas alinhar-se-ão, polarizando-a, formando um campo magnético conjunto. 
Quando todos os ímãs elementares forem alinhados, o material tornar-se-á saturado. 
Nos aços de alto teor de carbono, ao ser retirada a influencia do campo externo, os ímãs elementares permaneceram alinhados e, por esse fator, são denominados ímãs permanentes. 
Os melhores ímãs desse tipo são os aços ligados com níquel e cobalto e ainda com pequena porcentagem de alumínio.
Todo o ímã permanente pode perder total ou parcialmente o seu fator de imantação, isto é, ter seus ímãs elementares novamente desalinhados, quando submetido a um campo alternado intenso ou a temperaturas elevadas. 
 Permeabilidade magnética é a condutibilidade magnética, ou seja, a facilidade que certos materiais oferecem a passagem das linhas magnéticas. 
Os materiais ferrosos, em geral, são bons condutores de linhas magnéticas. 
Os materiais magnéticos são classificados da seguinte maneira: 
Paramagnéticos: são materiais que tem imantação positiva, porém constante. Exemplo: alumio, platina, ar e outros materiais que são atraídos dentro do campo magnético. 
Ferromagnéticos: são materiais que tem imantação positiva, porém não constante, que depende do campo indutor. Exemplo: ferro, níquel, cobalto e etc... 
Diamagnéticos: são materiais que tem imantação negativa e constante, como: bismuto, cobre, zinco e outros, que são repelidos para fora do campo magnético. 
Relutância Magnética Dá-se nome de relutância magnética à propriedade de certas substâncias se oporem à circulação, nelas, do fluxo magnético. Pode-se comparar a relutância magnética à resistência elétrica, oposição à passagem da corrente elétrica em um circuito elétrico. 
Densidade Magnética é o número de linhas magnéticas, ou o fluxo magnético produzido por um ímã, numa unidade de superfície. Ela é representada pela letra grega beta (β) 
Fluxo Magnético
 é o número total de linhas de força que compreende esse campo. 
Ele é representado pela letra “Φ” que se pronuncia Fi. 
A unidade do fluxo magnético é o Weber (Wb). 
O fluxo magnético é o produto da indução magnética (densidade magnética) pela superfície do pólo de um ímã. 
Portanto, a unidade de fluxo magnético é igual ao produtos das unidades de fluxo magnético ao produto das unidades de indução e superfície. 
Blindagem Magnética 
 é o processo de isolamento de um corpo da ação de um campo magnético. Existem equipamentos que podem sofrer a ação magnética por se danificarem ou fornecerem dados incorretos.
 Para blindarmos um corpo da ação de campo magnético, basta envolvê-lo com um material de alta permeabilidade magnética. 
Solenóide / Bobina 
Se um pedaço de fio, quando atravessado por uma corrente elétrica,
gera um campo magnético suficiente para deflexionar a agulha de uma bússola, e se enrolássemos várias voltas desse o fio, o que aconteceria? 
Simples: aumentamos a intensidade do campo gerado! Então, foram criados o que chamamos hoje de solenoides, que nos permitem diminuir, aumentar, extinguir ou implementar um campo magnético, pela variação das características desses solenóides. Denomina-se solenóide a um enrolamento com fio de condutor isolado sobre uma forma isolante.
SOLENÓIDE
No interior de um solenóide reto, percorrido por uma corrente elétrica i, estabelece-se um campo de indução magnética uniforme. 
Observe que as linhas de força se unem e formam um único campo magnético. Cada espira contribui com uma parcela para a composição do campo magnético. 
Bobina É o conjunto enrolado em muitas espiras, em camadas sucessivas, umas sobre as outras. 
Na bobina também existe um só campo magnético de maior intensidade. A cada volta dada pelo condutor ao redor da forma isolante denominamos de espira.
Quando circula uma corrente por esse solenóide ou bobina, haverá formação de um campo magnético também ao seu redor. O campo individual de cada espira se soma e reflete-se nos extremos da bobina determinando polaridade à mesma.
Relações existentes entre Indução eletromagnética e força eletromagnética
Foram descobertos certos fenômenos eletromagnéticos naturais que relacionam as energias elétricas e mecânicas. A relativa facilidade com que se processa tal conversão de energia é devida, de fato, ao conhecimento dessas relações. 
Para a maioria das aplicações usuais, a conversão de energia elétrica em mecânica, e vice-versa, pode ser considerada como uma reação reversível. 
À medida que o processo deixa de ser completamente reversível e outras formas indesejáveis de energia são nele produzidas (tais como energia térmica, luminosa e química), resultam perda de energia do sistema eletromecânico. 
4 Efeitos da conversão eletromecânica de energia
A força de atração que existe entre as placas (opostas) carregadas de um capacitor (mecânica por natureza).
O Princípio da Relutância
Indução Eletromagnética
Força eletromagnética