Eletromagnetismo: Teoria e Prática

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ELETROMAGNETISMO 
 
 
 
1-Introdução:
 Denomina-se eletromagnetismo como conjunto de fenômenos que dizem respeito à interação entre campos elétricos e magnéticos e sua inter-relação, assim distribuído em três experimentos realizados em laboratório: Oersted, observação de corrente em bobina e solenoide, princípio do motor de indução. Conforme será estudado a seguir.
2-Objetivo:
 Efetuar uma análise qualitativa dos fenômenos de eletromagnetismo aqui estudado para maior compreensão.
3-Teoria:
 O eletromagnetismo é parte da física que estuda as propriedades elétricas e magnéticas da matéria, em particular as relações estabelecidas entre elas. Denomina-se eletromagnetismo a disciplina científica que estuda as propriedades elétricas e magnéticas da matéria e, em especial, as relações que se estabelecem entre elas.
 Michael Faraday descobriu os efeitos elétricos produzidos pelo magnetismo. Através desses efeitos, chamados de indução eletromagnética, ele explicou a natureza e as propriedades dos campos magnéticos.
 Faraday explicou que o campo magnético é produzido pelas cargas elétricas geradas a partir do atrito entre os corpos que, por sua vez, sofrem atração ou repulsão.
 
 É o mesmo que dizer que é possível gerar energia movimentando um ímã próximo a um indutor ou um condutor. Esse movimento faz com que os elétrons se movimentem, resultando em tensão elétrica, ou energia eletromagnética.
Isso acontece em decorrência da polaridade existente à matéria de qualquer corpo: carga positiva (próton), carga negativa (elétron) e carga neutra (nêutron). 
 
 Mas foi James Clark Maxwell que conseguiu reunir o conhecimento existente acerca da eletricidade e do magnetismo.
 Maxwell estudou o efeito de forma inversa àquela apresentada por Faraday. Assim, mostrando a variação do campo elétrico sob o campo magnético, propôs 4 equações, as chamadas equações de Maxwell, que estão inseridas no conceito de eletromagnetismo clássico.
 O físico escocês mostrou a existência dos campos eletromagnéticos. Trata-se da concentração de cargas elétricas e magnéticas, as quais movimentam-se como ondas. Por esse motivo, são chamadas de ondas eletromagnéticas e propagam-se à velocidade da luz. A luz é um exemplo de onda eletromagnética!
 O micro-ondas, o rádio e os aparelhos utilizados nos exames de radiografia são outros exemplos da presença das ondas eletromagnéticas.
Lei de lenz: A lei de Lenz é derivada do princípio de conservação da energia. Ao aproximarmos um polo norte de um ímã a uma espira, o fluxo iria aumentar se a corrente que surgisse fosse no sentido horário (aumentando ainda mais o fluxo magnético).
Regra da mão direita: È A forma mais fácil para se determinar a direção da corrente elétrica e do campo magnético. Conforme observa-se na figura abaixo:
 
 O polegar está indicando o sentido da corrente elétrica que está atravessando o fio, enquanto os demais dedos estão dobrados envolvendo o condutor em uma região onde seria colocada a bússola. Observamos aqui que os dedos indicam o giro do polo norte da agulha da bússola.
 Esse sentido é o mesmo do vetor indução magnética , gerado pela corrente elétrica.
Lei de Biot-Savart: É a lei que descreve matematicamente o campo magnético que é gerado. lei esta descrita por: 
 
Força eletromotriz (FEM): É A propriedade que qualquer dispositivo, especialmente geradores, tem de produzir corrente elétrica em um circuito. Trata-se de uma grandeza escalar cuja unidade é o volt, designando a tensão existente nos terminais de uma bateria ou gerador elétrico, antes da ligação de qualquer carga. Desse modo, conhecendo a FEM de um gerador podemos calcular a energia que ele fornece ao circuito durante certo tempo.
Fluxo magnético: Fluxo magnético é uma medida do campo magnético total que atravessa uma área específica. É uma ferramenta útil para ajudar a descrever os efeitos da força magnética sobre um corpo que ocupa uma determinada área. A medida de fluxo magnético está particularmente ligada à área escolhida. Podemos escolher qualquer tamanho para a área e orientá-la de qualquer forma relativamente ao campo magnético.
 Dessa forma, podemos definir fluxo magnético pela letra Φ(fi), como sendo o produto entre a indução magnética, a área da superfície plana e o cosseno do ângulo formado, ou seja:
Φ = BA cos θ
 Lembrando que a indução magnética trata-se de grandeza vetorial, sendo assim, ela possui módulo, direção e sentido. 
1º Prática: Oersted
Material utilizado:
.Fonte de tensão 
.Bússola
.Chave seletora
.Fios
Procedimento prático:
 Em uma bancada conectou-se uma chave seletora a uma fonte de tensão energizada com 5 volts, posicionou-se a bússola acima da bancada e com a chave seletora liga da para cima notou-se o comportamento da bússola quando o fio ligado na fonte no polo positivo foi posto acima da bússola paralelamente a agulha e perpendicular a mesma.
 Procedimento esse repetido quando a chave seletora encontrava-se para baixo. 
 
 Com a chave seletora ligada para baixo e o fio paralelo a agulha da bússola, nota-se que a agulha se movimenta em sentido anti-horário. 
 
 Coma chave seletora ligada para baixo e o fio perpendicular a agulha da bússola, nota-se que a agulha permanece parada. 
 Com chave seletora ligada para cima e o fio paralelo a agulha da bússola, nota-se que agulha se movimenta em sentido horário. 
 
 Com chave seletora ligada para cima e fio perpendicular a agulha da bússola, nota-se que a agulhapermanece parada.
Comportamento da bússola:
 A bússola é um instrumento de orientaçaõ geograficoe como sua agulha é magnética, ao entrar no campo magnético da terra, ela se desloca em setido polo norte e sul.
 Nesta prática se confirma a teoria de Oersted, pois quando a agulha imantada da bússola é colocada em paralelo ao fio que possui corrente elétrica, forma-se um campo magnético em torno do fio, e assim a agulha se movimenta, e quando o fluxo de cargas elétricas são interronpidos a mesma volta ao ponto de origem, ou seja, nada acontece.
 Confirma-se também a regra da mão direita, pois quando se inverte a posição da corrente elétrica o campo magnético muda de sentido sempre conforme a teoria, a corrente elétrica na posição do polegar da mão direita e o campo magnético na posição dos demais dedos.
 E quando colocou-se o fio perpendicular a agulha da bússola notou-se que nada aconteceu, pois se forma um ângulo de 90°, e como o cos 90° é 0 não existe fluxo.
2º Prática:Observação de corrente em bobina e solenoide.
Material utilizado:
.Bobina
.Solenoide
.multimetro
.Imã
Procedimento prático:
 Com um multimetro acoplado a uma bobina de 600 espiras e selecionado no amperimetro, escolheu-se o polo norte do imã de cor vermelho, e efetuou-se duas sequencias de movimentos com o imã posicionado com o respectivo polo para o interior da bobina um em paralelo a bobina e o outro perpendicular a mesma, e assim observado as medidas para cada movimento.
 Procedimento esse repetido para a solenoide.
 
1º Polo escolhido:
 Polo norte de cor vermelho.
2º Verificar o comportamento da corrente para diferentes velocidades:
 Verifica-se que quando os movimentos são mais intensos a corrente é maior, menos intensos corrente menor.
3º verificar o sinal da corrente quando o imã entra e sai:
 Entra positivo e sai negativo.
4º Deslocar o imã em paralelo ao raio e em seguida perpedicular ao mesmo.
 Em paralela nota-se que existe a presença de uma corrente elétrica que se comporta de maneira que quando o polo norte do imã entra no interior da bobina ouda solenoide o mesmo emtra negativo e sai positivo.
 Já quando o imã se movimenta de forma perpendicular as linhas de fluxo formando um ângulo de 90° graus e sendo o seno de 90° igual a zero o campo elétrico é nulo.
5º Comparação de valores obtidos para as duas geometrias.
 Nota-se diferentes valores da corrente entre a bobina e a solenoide sendo o valor da bobina maior devido ao seu comprimento(L) e da solenoide menor também em relação ao seu comprimento.
6º Fatos observados utiluizando a lei de lenz.
 Percebe-se que quando o imã é aproximado de uma bobina ou de uma solenoide , o multimetro indica que existe uma corrente elétrica, e que quando o imã se movimenta em paralelo ao raio da bobina ou da solenoide nota-se uma corrente elétrica alternada, assim dependendo do polo do imã introduzido em paralelo ao raio da bobina ou da solenoide, nota-se reações diferente, como neste relatório utilizaremos o polo norte notou-se que o mesmo entra positivo e sai negativo.
 Percebe-se também a comprovação da lei de lenz que quando o polo norte do imã se oproxima da bobina ou da solenoide o campo magnético se alinha, com isso o fluxo magnético ligado a bobina ou a solenoide varia criando uma força eletromotriz (FEM), essa força por suavez gera uma corrente elétrica na bobina ou na solenoide fluindo em sentido anti- horário.
 Nota-se também a confirmação da regra da mão direita pois o polegar da mão direita indica o sentido convencional da corrente elétrica, e os outros dedos ao envolver o condutor por onde passa a carrente, dão sentido das linhas de campo magnético. 
3º Prática: Principio do motor.
Material utilizado:
.Espira retangular
.Fonte de tensão
.Conjunto eletromagnético 
.fios
.Imã 
Procedimento prático:
 Com uma espira retangular presa a um conjunto magnético, e com o conjunto magnético ligado a uma fonte de tensão e energisado, aproxima-se um imã para que assim possa-se observar e entender seu funcionamento.
Comportamento da espira:
 Neste relatório nota-se a força magnética entre um indutor e um imã, percebe-se que quando o imã e aproximado do conjunto magnético energizado por uma fonte de tensão pode-se observar que a espira de cobre presa na ponta do conjunto magnético sofre uma força que a faz entrar em movimento através de dois campos magnéticos, assim um fica atraindo e o outro repelindo, e através desse fluxo e criado um torque magnético.
 Quando a corrente passa pelo condutor nos seguimentos onde o movimento das cargas são perpediculares ao vetor indução magnética há a formação de um braço de alavanca entre os dois seguimentos das espira, devido ao surgimento da força elétromotriz ( 	FEM). Nos seguimentos onde o sentido da corrente é paralelo ao vetor indução magnética não há surgimento de força elétromotriz (FEM) pois a corrente tem a mesma direção do campo magnético.
 Se existir condições da espira girar livremente a força magnética é perpendicular ao sentido da corrente e ao campo magnético causando rotação. A medida que a espira gira a intensidade da força que atua no sentido vertical que é responsável pelo giro diminui, de modo que quando a espira estiver girando a 90° não haverá força eletromotriz( FEM) causando giro.