11. eletromagnetismo parte 1

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Eletromagnetismo – Parte 1
Prof. Marcelo Cury
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EXPERIÊNCIA DE OERSTED
Na primeira metade do século XIX, a eletricidade e o magnetismo
ainda eram tratados como fenômenos que não apresentavam
nenhuma relação, por terem características bem distintas.
Em 1820, o professor Hans Christian Oersted percebeu que a agulha
imantada de uma bússola sofria uma deflexão de sua posição normal,
quando estava próxima de uma corrente elétrica.
 Esse fenômeno é conhecido como Experiência de Oersted e marca o
início dos estudos do Eletromagnetismo.
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Numa de suas aulas na universidade de Copenhagen, na Dinamarca,
Oersted estava prestes a demonstrar experimentalmente o
aquecimento do fio condutor devido à corrente elétrica, fenômeno
conhecido como Efeito Joule.
Ao ligar uma fonte de energia, ele
reparou que a agulha da bússola, que
apontava normalmente para o norte
geográfico, foi defletida quando a
corrente elétrica começou a fluir pelo fio
condutor próximo da bússola.
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Quando a chave está desligada, a
agulha imantada da bússola se
orienta de acordo com o campo
magnético terrestre, com seu polo
norte apontando para o polo norte
geográfico da Terra, pois não existe
corrente elétrica.
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N SN S
i i
iiii
i i
i
i i
i
A chave é fechada e a
corrente provoca o
movimento da agulha da
bússola, colocando-a na
direção perpendicular.
Podemos concluir que isso
ocorreu pelo surgimento
de um campo magnético
próprio em torno do fio.
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A conclusão de Oersted foi que cargas elétricas em
movimento são capazes de criar um campo
magnético ao seu redor.
Na prática, um fio que conduz corrente elétrica
atua como um ímã.
Desde então inaugurou-se a era do eletromagnetismo, em que
fenômenos de natureza elétrica e magnética tornaram-se
responsáveis pelo funcionamento de motores elétricos e pela geração
de energia elétrica.
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CAMPO MAGNÉTICO CRIADO PELA CORRENTE
A corrente elétrica cria um campo
magnético circular em torno do condutor.
As linhas de indução são círculos
concêntricos e o sentido do campo
magnético depende do sentido do fluxo das
cargas elétricas (corrente elétrica).
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Para saber o sentido das linhas de indução
do campo magnético em torno do condutor
podemos usar a regra da mão direita.
As linhas de indução são círculos
concêntricos e o sentido do campo
magnético depende do sentido do fluxo das
cargas elétricas (corrente elétrica).
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Para calcular o módulo do campo magnético gerado em torno de um
fio, temos que considerar fatores como a distância ao fio (r),
permeabilidade magnética do meio () e a intensidade da corrente
elétrica (i).
No vácuo, por definição, temos que  = 4 x 10-7 T.m/A
Se houver n fios, devemos multiplicar o campo B por n.
𝑩 =
 . 𝒊
𝟐 . 𝒓
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Um fio é percorrido por uma corrente de intensidade igual a 5 A. O
campo magnético de um ponto situado a 2 cm do fio tem intensidade
de:
 = 4 . 10-7 T.m/A (pode ser usado para ocorrências no ar)
i = 5 A
r = 2 cm = 2 . 10-2 m
Exemplo:
Vamos usar os seguintes dados:
𝑩 =
 .𝑖
2 .𝑟
=
4 . 10−7.5
2 .2 . 10−2
=
20 . 10−7
4 . 10−2
= 5 . 10−5 T
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REPRESENTAÇÃO DO CAMPO NO PLANO
Convenção
: entrando no plano
: saindo do plano
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ELETROÍMÃ
O eletroímã é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto
por um solenoide (bobina).
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Quando uma corrente elétrica passa pelas espiras da bobina, cria-se
um campo magnético, que faz com que os imãs elementares do
núcleo de ferro se orientem, ficando assim imantado e com a
propriedade de atrair outros materiais ferromagnéticos.
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A orientação dos ímãs elementares ocorre porque a corrente no
condutor gera um campo magnético ao seu redor. Observe que
dentro do núcleo o campo irá da direita para a esquerda, o que indica
orientação de polo sul para polo norte.
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Abaixo temos um núcleo de ferro envolvido por uma bobina e um
pêndulo, cuja massa, presa à extremidade, é um pequeno ímã.
Exemplo:
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Fechando a chave C, a corrente surge no sentido indicado, criando um
campo magnético. Pela regra da mão direita, as linhas de indução
dentro do núcleo vão da direita para a esquerda, ou seja, indo do polo
sul para o norte.
O pequeno ímã, portanto, será
atraído pelo eletroímã, movendo-
se para a esquerda, pois polos de
nomes diferentes se atraem.
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DISJUNTOR
O disjuntor é um dispositivo eletromecânico
que protege a instalação elétrica contra
possíveis danos relacionados a sobrecargas
elétricas e curtos-circuitos.
O disjuntor é um eletroímã que funciona
como interruptor de circuitos em caso de
picos de corrente elétrica, que ultrapassam
o considerado adequado.
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Um dispositivo M é ligado
em série com a bobina do
eletroímã, de maneira que a
mesma corrente i que passa
por M também passa pela
bobina.
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A armadura A do eletroímã é sustentada pela mola m de tal maneira
que para valores admissíveis de i ela não se move por atração do
núcleo da bobina.
Para valores de i superiores a um valor prefixado, a força de atração
sobre a armadura vence a da mola.
A armadura desce, a haste AC gira ao redor do ponto O, o ponto D se
separa do ponto E, e o circuito se abre. A corrente deixa de circular, e
o dispositivo M fica protegido de uma corrente alta.
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RELÉ
O relé é um dispositivo que serve para abrir
ou fechar um circuito, ou seja, é um
interruptor eletromecânico.
São usados em usinas hidrelétricas, na
movimentação e proteção contra abertura
de portas de elevadores, nos processos de
tratamento de água, na fabricação de
alimentos, em linhas de montagem de
automóveis e ainda são e catracas.
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Sua parte fundamental é um eletroímã, constituído por uma bobina
(B), armadura (A) e núcleo de ferro (N).
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Para fazer o circuito funcionar, deve-se ligar C com F. Isso só ocorre
quando a corrente elétrica (i) passa pela bobina, que fica
suficientemente magnetizada para atrair a armadura, que é retida por
uma mola.
Se cortarmos a corrente elétrica na bobina, o eletroímã é desativado
e não existirá mais a atração entre o núcleo e a armadura. Os pontos
C e F irão se separar e o circuito para de funcionar.
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CAMPAINHA
A campainha é um dispositivo eletromecânico que faz um ruído bem
forte para chamar a atenção, usando um eletroímã.
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A mola B obriga a armadura a ficar em contato com uma placa
metálica F. A corrente é fornecida por uma pilha (P). Quando se fecha
a chave (S) a corrente passa, ativando o eletroímã, que atrai a
armadura. Assim a haste (C) bate no tímpano (T), ao mesmo tempo
que abre o circuito.
Todo o processo se repete várias vezes enquanto a chave (botão da
campainha) estiver pressionada, tocando a campainha.
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TELEFONE
A parte do telefone por onde
ouvimos é um eletroímã, cuja
armadura A é uma lâmina muito
delgada.
A corrente (i) chega ao eletroímã
vinda do microfone de um outro
telefone, no qual há outra
pessoa falando.
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A corrente não é constante, pois acompanha as variações da voz da
pessoa que está falando no outro telefone.
À medida que a corrente varia, a atração do eletroímã sobre a
armadura (A) também varia, e a armadura vibra.
Essas vibrações produzem o som, que é a reprodução do som que, no
outro telefone, faz variar a corrente (i).