maquinas eletricas 1- 20

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Curso: Mecatrônica Módulo: I Carga Horária: 50h 
Docente: Turno: Turma: 
Discente: 
Material Instrucional especialmente elaborado pelo 
Prof. Newton para uso exclusivo do CETEB-CA. 
 
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Sumário 
 
Magnetismo 5 
Cronologia 5 
Introdução 5 
Termos Magnéticos 5 
Pólos dos Ímãs 6 
Sentido das Linhas de Forças 6 
Fragmentação de um Ímã 7 
Lei de Atração e Repulsão dos Ímãs 7 
Magnetismo Terrestre 7 
Téoria Molecular 7 
Permeabilidade Magnética 8 
Relutância Magnética 8 
Densidade Magnética 9 
Fluxo Magnético 9 
Blindagem Magnética 9 
Indução 9 
Eletromagnetismo 10 
Experiencia de Orested 10 
Linhas de Força Magnética 11 
Sentido das Linhas de Força Magnéticas 11 
Regra do Saca Rolhas 12 
Condutores em Posição Paralela 12 
Campo Magnético em Solenóide / Bobinas 13 
Eletroímã 14 
Disposição de Ímãs 15 
Gerador Elementar 16 
Introdução 16 
Corrente Alternada 17 
Freqüência 20 
Conversão Eletromagnética de Energia 21 
Introdução 21 
Relação Entre Indução Eletromagnética e Força Eletromagnética 21 
Lei de Farady da Indução Eletromagnética 22 
Sentido da FEM Induzida – Regra de Fleming 23 
Lei de Lenz 24 
Força de Lorentz 25 
Efeito Hall 25 
Movimento de uma Carga num Campo Magnético 26 
Força sobre uma Corrente 26 
Gerador Corrente Alternada e Gerador de Corrente Contínua 27 
Estudo de Vetores 27 
Alternador 30 
Gerador de Corrente Contínua 37 
Descrição de Funcionamento de Gerador CC 38 
Tipos de Geradores de CC 42 
Curva de Saturação Gerador Auto-Excitado Tipo Série 44 
Curva de Saturação Gerador Auto-Excitado Tipo Paralelo 44 
Gerador Auto-Excitado do Tipo Compound 44 
Motores Elétricos de Corrente Contínua 46 
Motores Elétricos de Corrente Alternada 47 
 
 5 
Introdução 47 
Motores Monofásico 49 
Motores de Indução Trifásicos 52 
Máquina Síncrona 61 
Motor Síncrono 61 
Motor Síncrono sem Carga 62 
Motor Síncrono com Carga 63 
Gerador Síncrono (Alternador) 63 
Transformador 64 
Problema –1 64 
Problema – 2 65 
Problema – 3 66 
Principio Básico do Transformador 66 
Reator (Indutor) 66 
Transformadores Trifásico 73 
Transformador de Corrente TC 75 
Referências Bibliográficas 81 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6 
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; 
� 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. 
� 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. 
� 1980: da família Terras Raras os ímãs de Neodímio Ferro Boro surgiram com capacidades 
magnéticas ainda maiores e com menor custo, porém muito sensíveis à altas temperaturas. 
 
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. 
� 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. 
� 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. 
 
 
 7 
Em época bastante remota, os gregos descobriram que certo tipo de rocha, encontrada na cidade de 
Magnésia, Ásia Menor, tinha o poder de atrair pequenos pedaços de ferro. 
A rocha era constituída por um tipo de minério de ferro chamada magnetita (Óxido magnético de ferro) e por 
isso o seu poder de atração foi chamado de magnetismo. 
Mais tarde descobriu-se que se prendendo um pedaço dessa rocha ((óxido magnético de ferro) ímã natural) 
na extremidade de um barbante ela se posicionava de tal maneira que uma das suas extremidades 
apontavam sempre para uma mesma direção. 
Esses pedaços de rocha, suspensos por um fio, receberam o nome de “pedra-guia” e foram usadas pelos 
chineses há 2 mil anos, para viagens no deserto, e também pelos marinheiros, quando das primeiras 
descobertas marítimas. 
Assim sendo, descobriu-se que a terra é um grande ímã natural e o giro dos ímãs em direção ao norte é 
causado pelo seu magnetismo. 
 
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 maior concentração de linhas 
magnéticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para provar, praticamente, a existência das linhas de forças magnéticas do ímã, podemos fazer a experiência 
do espectro magnético. 
Para tal,coloca-se um ímã sobre uma mesa, sobre o ímã um 
vidro plano e, em seguida derrama-se limalhas, aos poucos, 
sobre o vidro. As limalhas se unirão pela atração do ímã, 
formando um circuito magnético do ímã sobre o vidro, mostrando 
assim, as linhas magnéticas. 
A linha de força magnética é a unidade de fluxo magnético. 
Podemos notar, através do espectro magnético, que as linhas 
de força magnética caminham dentro do ímã; saem por um dos 
pólos e entram pelo o noutro, formando assim um circuito 
magnético. 
Observa-se também, a grandeconcentração de linhas nos pólos 
dos ímãs’ou seja, nas suas extremidades. 
 
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. 
 
 
 
 
 
 8 
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. Esta é a razão pela 
qual o pólo norte da agulha de uma bússola aponta para o Pólo Norte 
geográfico. 
Outras causas do magnetismo terrestre são as correntes elétricas 
(correntes telúricas) originadas na superfície do globo em sua rotação 
do Oriente para o Ocidente, e a posição do eixo de rotação da Terra 
em relação ao Sol. 
 
 
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, alem 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. 
 
 
 
 9 
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 (Al = Alumínio; Ni = Níquel; Co = Cobalto). 
 
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. 
 
 
Os aços de baixo teor de carbono (ferro doce),ao ser retirado a 
influencia do campo externo, os ímãs elementares tornam a 
desalinhar-se, total ou parcialmente, daí a receber a denominação 
de ímãs temporários. Quando o desalinhamento é parcial, o material 
conserva o restante do magnetismo, que é chamado de 
remanescência. 
Existem substância que facilitam as passagens das linhas 
magnéticas, assim como existem outras que dificultam a passagem. 
 
Permeabilidade Magnética 
 
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. 
 
 
 10 
Densidade Magnética 
 
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 por unidade da área = a densidade magnética β 
 
 
 
Fluxo Magnético 
 
O fluxo de um campo magnético é o número total de linhas de força que compreende esse campo. Ele e 
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. 
 
Unidades de fluxo magnético 
 
Blindagem Magnética 
 
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. 
 
Indução 
 
Experiência 1: 
 
Meios: 
Bobina 12.000 espiras, ímã permanente e voltímetro (mV). 
 
Execução: 
Faça a ligação conforme a figura ao lado e movimente o ímã dentro da bobina. 
 
Observação: 
Pelo movimento de um ímã numa bobina é produzida uma corrente elétrica I, ou, podemos também dizer, 
uma tensão U nas espiras. O mesmo efeito se obtém ao mover a bobina. 
 
 
 
 
 
 11 
 
Conclusão: 
 
Pelo movimento do ímã, varia-se a grandeza e o sentido do fluxo 
magnético nas espiras. Esta variação é responsável pela 
geração de uma corrente ou tensão elétrica que chamamos de 
tensão induzida. Esse processo é denominado por indução. 
Como o magnetismo pode gerar eletricidade, bastaria um pouco 
de imaginação para que se fizesse uma pergunta: será que a 
eletricidade pode gerar campos magnéticos? A seguir, veremos 
que isto realmente acontece. 
 
Eletromagnetismo 
 
Experiência de Oërsted 
 
Execute o diagrama abaixo e análise as duas situações: 
 
Primeira situação – Observe a Bússola com a Lâmpada apagada. Explique o que ocorre com o ponteiro da 
bússola. 
Secunda situação – Observe a Bússola com a Lâmpada acessa. Explique o que ocorre com o ponteiro da 
bússola. 
 
Materiais 
Quantidade Unidade Discrição 
1 pç Bússola 
1 pç Fonte 127VAC 
1 pç Interruptor unipolar 
5 pç Suporte E-27 
5 pç Lâmpada incandescente 100W 127VAC 
3 m Condutor de cobre isolado # 2,5mm2 
15 pç Grampo fixa fio 
1 pç Voltímetro 
1 pç Amperímetro 
 
 12 
Após as análises das duas situações o que podemos comprovar? 
 
Meios: Condutor, acumulador ou fonte de alimentação e bússola. 
 
Execução: 
Posicione o condutor verticalmente e ligue-o a um acumulador ou fonte de alimentação conforme a figura ao 
lado. 
 
Experiência no 3: 
Inverter os pólos do acumulador ou fonte de alimentação e, assim, inverter a direção da corrente elétrica. 
Observação: 
 
A bússola se posiciona na direção contrária. 
 
Conclusão: 
Para desviar o ponteiro da bússola, atraída normalmente pelo magnetismo da Terra, foi preciso outra força 
magnética. Essa força aparece no condutor quando este é percorrido por uma corrente elétrica. 
Sempre que um condutor for percorrido por uma corrente elétrica, a bússola posicionada corretamente terá a 
agulha desviada pelo campo magnético formado no condutor. 
Este é o efeito magnético da corrente ou eletromagnetismo.Linhas de Força Magnética 
 
Experiência no 4: 
 
Meios: Condutor, chapa de acrílico, limalha de ferro, pilha ou acumulador ou fonte de alimentação e 
interruptor. 
Execução: 
Conecte por intermédio de uma chave de fenda um fio grosso de cobre em série com o acumulador ou fonte 
de alimentação. Introduza as chapas de acrílico na posição horizontal, perpendicular ao condutor. Ligue o 
interruptor e espalhe e espalhe a limalha de ferro. A seguir, bata levemente nas chapas de acrílico para 
ajudar o alinhamento da limalha. 
 
Conclusão: 
A figura formada chama-se espectro magnético. Esta experiência é utilizada para demonstrar a existência de 
um campo magnético ao redor de um condutor, quando percorrido por uma corrente elétrica. 
 
Sentido das Linhas de Força Magnéticas no Condutor 
 
No circuito ao lado, constatamos o sentido das linhas de força 
magnéticas nas posições indicadas pela bússola. Lembre-se que, 
na bússola, os pólos são conforme a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 13 
A bússola indica o sentido das linhas de força. 
 
 
Vamos agora inverter o sentido da corrente elétrica. 
O sentido das linhas de força também será 
invertido. 
 
 
 
Regra para determinar o sentido do campo magnético, através do sentido da corrente 
elétrica. 
 
Regra dos Saca-Rolhas 
 
Compare o sentido da corrente e das linhas de força com o sentido de penetração e 
sentido de giro dos saca-rolhas. 
O sentido de penetração corresponde ao sentido da corrente elétrica, o sentido de 
giro corresponde ao sentido das linhas de força. 
Podemos também definir sentido do campo magnético através da regra da mão 
direita para condutores. 
Envolvendo um condutor com a mão direita, os polegares voltando no sentido da 
corrente, as pontas dos dedos indicarão o sentido do campo magnético. 
 
Condutores em Posição Paralela 
 
Correntes no mesmo sentido 
 
Ao lado, temos dois condutores em paralelo. Por eles passam correntes de mesmo 
sentido e mesma intensidade, produzindo campos magnéticos de mesma densidade e 
fluxo no mesmo sentido. 
Observando os campos magnéticos dos condutores verificamos que as linhas de forcas 
dos campos magnéticos, entre os condutores estão em sentidos contrários. Logo não 
existirá campo magnético entre os condutores. Neste caso, as linhas de força 
magnéticas formam um único campo em torno dos dois condutores. 
 
 
Correntes em sentidos Opostos 
 
Ao lado, temos dois condutores percorridos por correntes de mesma 
intensidade e sentidos opostos, produzindo campo magnético da 
mesma densidade, porém com fluxo em sentido contrário. 
Observando os campos magnéticos dos condutores, verificamos que 
as linhas de força dos campos magnéticos entre os condutores estão 
no mesmo sentido. Logo o campo magnético entre os condutores será 
mais intenso. 
Neste caso, as linhas de força magnéticas serão concentradas entre 
os condutores, formando um fluxo magnético mais intenso. 
 
 
 
 
 
 
 
 14 
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 
solenóides, 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. 
 
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. Assim, as linhas de força atuaram no solenóide da 
mesma maneira que agem nos ímãs. As linhas de força passam por dento do solenóide e retornam por fora. 
 
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, como mostra a fig. ao lado: 
A quantidade de linhas de força ao redor desse solenóide pode aumentar em função 
do aumento das espiras ou da corrente circulante. 
Chamado de Ф o número de linhas do campo magnético que atravessam 
perpendicularmente uma superfície F (área da forma isolada)em cm2, e β a 
densidade do campo magnético, podemos saber o número de linhas que atravessam 
1cm2 pela relação: 
 
Onde a unidade de β será 1 linha de campo por cm2, que é conhecida por Gauss e Ф será o fluxo 
magnético medido em Maxwells. Dizemos que o campo é homogêneo quando β tiver o m esmo valor em 
todos os pontos. Temos um exemplo de campo homogêneo no caso de campo magnético da terra em locais 
onde não existam objetos ferrosos. Outro exemplo seria o espaço interno ocupado pelas linhas de força que 
passam no enrolamento da fig. 1.2.2. Este solenóide representado nessa mesma figura apresenta as mesmas 
propriedades de um imã permanente. Se suspenso por um fio, orientar-se-á na direção norte-sul tendo o seu 
pólo norte apontando para o pólo sul geográfico da terra. Segurando-se a bobina com a mão direita e com os 
dedos apontando o sentido da corrente, o polegar nos indicará sempre o pólo norte (fig. 1.2.3 abaixo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
A experiência mostra que a densidade do campo é diretamente proporcional ao produto da corrente pelo 
número de espiras (Produto medido em ampére-espiras) e inversamente proporcional ao comprimento da 
bobina.Dessa forma podemos escrever: `` 
 
 
 
 
 
D = densidade do campo em ampére-espiras/cm 
I = corrente em ampéres 
n = número de espiras 
λ= comprimento da bobina em cm. 
Sendo assim podemos afirmar que: 
onde: 
 
 
µ = fator de permeabilidade magnética 
β = densidade de campo em Gauss 
 
Quando o enrolamento não possui núcleo de ferro ou outra substância magnética, será sempre constante e 
igual a: 
 
 
 
O número de ampére-espiras de uma bobina também é conhecido como “força magneto/motriz” da bobina. 
Por exemplo, a f.m.m. de uma bobina de 20 espiras, quando por ela circulam 2A de corrente, vale 20 x 2 = 
40ampéres-espiras. 
Se o mesmo enrolamento da fig. abaixo tivesse sido efetuado sobre um núcleo de aço ou ferro, teríamos 
então um eletroímã. 
 
Ao passar uma corrente pela bobina, esse núcleo torna-se altamente magnetizado, durando essa ação 
enquanto a corrente estiver presente pelo enrolamento. 
 
Eletroímã 
 
Um eletroímã é constituído de uma ou duas bobinas de fio de cobre e um 
núcleo de ferro, com o respectivo fecho. Ele tem, portanto, o circuito elétrico 
das bobinas e o circuito magnético do núcleo. A corrente passando nas 
bobinas cria um campo magnético no núcleo, que atrai fortemente o fecho 
móvel. O fecho de ferro é atraído pelos pólos do eletroímã e, quanto mais o 
fecho se aproximar, mais violenta é a atração. 
A força de atração depende dos elementos seguintes: 
 
� Área de seção do núcleo; 
� Número total de espiras das bobinas; 
� Intensidade da corrente. 
 
 
 
 16 
Os pólos no Eletroímã 
 
Nos aparelhos elétricos, muitas vezes torna-se necessário saber qual o sentido do campo magnético, 
isto é, onde ficam os pólos norte e sul. 
 
Para determinar os pólos N e S aplicamos a Regra da Mão Direita. Tomando-se o 
solenóide na mão direita, como na figura ao lado, as pontas dos dedos indicarão o 
sentido da corrente e o dedo polegar indicará o sentido do fluxo interno das linhasmagnéticas do solenóide ou simplesmente, o seu pólo Norte. 
 
Aplicações: 
 
O eletroímã tem inúmeras aplicações em eletrotécnica, eletromecânica, eletrônica, mecatrônica e 
principalmente nos comandos a distância. Algumas aplicações em sinalização: 
 
Campanhia CC; 
Anuciador; 
Relé de corrente de trabalho; 
Cigarra sincronizada CA; 
Placa magnética; 
Freio magnético; 
Transformadores; 
Geradores; 
Máquinas Rotativas e etc.. 
 
Disposição dos Ímãs 
 
No espectro magnético, as linhas de forças, como nós já 
sabemos, saem do pólo norte e entram no pólo sul, na parte 
externa do ímã e percorrem o trajeto do sul para o norte na 
parte interna. 
 
 
Seccionando um ímã em duas partes, mantém-se o 
mesmo alinhamento. 
 
 
Mudando-se a posição do ímã como mostra a figura, a trajetória 
da linha de força continua sem alteração. Temos somente um 
circuito magnético. Separando novamente os ímãs e adotando a 
disposição ao lado, temos ainda o mesmo circuito magnético. O 
circuito magnético é formado pelos ímãs e pelo ar. 
 
Para facilitar a passagem das linhas de força usam-se duas 
peças de ferro, que é constituída de material de alta 
permeabilidade magnética. 
 
 
Agora o circuito magnético tem uma parte comum pelos ímãs, e outra 
parte que se divide em dois ramos do núcleo de ferro. 
 
 
 
 
 
Também são possíveis outras disposições dos ímãs. No 
lugar de ímãs, podem ser usados, também, eletroímãs. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17 
Ao lado, pode-se observar quatro eletroímãs. Seus pólos 
externos estão ligados com material magnético para 
facilitar a passagem das linhas de força. Esta figura é 
parte de um motor com quatro pólos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gerador Elementar 
 
Introdução 
 
Colocando um fio de cobre entre dois ímãs como mostra a figura ao lado: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ligando as duas pontas do fio a um galvanômetro (aparelho de alta sensibilidade, para medição de micro-
ampéres). Movimentar o fio para direita e para a esquerda; durante o movimento observar o ponteiro do 
galvanômetro. 
 
Observamos: 
Ao movimentar o fio perpendicularmente entre os dois ímãs, haverá o corte das linhas de força pelo fio. 
O fluxo magnético, ao ser cortado pelo fio de cobre, produz nele uma pressão magnética. Esta pressão faz 
com que os elétrons se desloquem, gerando eletricidade. 
Essa é a forma mais elementar de gerar tensão elétrica (U) – condutor, movimento e magnetismo. Também 
chamado “princípio da indução” é p princípio de um gerador elementar. 
O gerador elementar é idêntico aos geradores industriais quanto ao seu funcionamento, senão diferente 
apenas na sua construção que consiste de uma espira de fio disposta de tal modo que pode ser girada dentro 
de um campo magnético estacionário. Este movimento causa a indução de uma corrente na espira. Para ligar 
a espira a um circuito externo que aproveite a tensão (U, em Volts) induzida, usam-se contatos deslizantes 
(escovas). 
Os pólos nortes e sul do ímã que fornece o campo magnético são denominados de peças polares. A espira 
de fio que gira dentro do campo magnético é chamada de armadura ou induzido. 
As extremidades da espira do induzido são ligadas aos anéis que giram com a armadura. As escovas fazem 
contato com os coletores e transmitem para o circuito externo a eletricidade gerada na armadura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Em 1830, Farady obteve a corrente elétrica induzida movendo um condutor no campo magnético permanente, 
estabelecendo o princípio ou “Lei de Farady” que diz: “Todo condutor que cortar um campo magnético, induz 
nele uma corrente elétrica”. 
O sentido da corrente induzida em uma espira depende do seu 
movimento e do sentido das linhas de força do campo magnético. A 
intensidade da corrente induzida em uma espira depende da 
velocidade do movimento e da intensidade do campo magnético. Para 
que possamos analisar o sentido da corrente de uma espira, utilizamos 
a “regra da mão direita”. 
 
1. O dedo polegar indica o sentido do movimento da espira (condutor). 
2. As pontas dos outros dedos indicam o sentido da corrente induzida. 
3. As linhas do fluxo magnético sempre devem penetra perpendicularmente a palma da mão. 
 
 
 
 
 
Lembre-se: A teoria eletrônica nos define o sentido 
real da corrente: o fluxo dos elétrons flui do pólo 
negativo para o pólo positivo. Porém, a teoria elétrica 
utiliza o sentido convencional, que prevê o fluxo do 
pólo positivo para o pólo negativo. 
 
Se utilizarmos o sentido da corrente eletrônica (real), a regra da mão direita transforma-se na regra da mão 
esquerda, mas o princípio será o mesmo. 
 
Corrente Alternada 
 
 
 
 
Supondo-se que o movimento da espira seja 
da esquerda para direita dentro de um campo 
magnético, demonstraremos a variação da 
corrente elétrica em função desse movimento. 
A isto chamamos de geração de corrente 
elétrica alternada. 
 
 
 
 
 
Posição 1: A espira não se deslocou. Os dois lados da espira não 
estão cortando as linhas de força, portanto, não há produção de 
tensão elétrica e por isso, não há fluxo de corrente. O ponteiro do 
galvanômetro está na posição zero. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Posição 2: A espira se deslocou 45o a partir do ponto inicial. 
 
Os condutores da espira estão começando a interferir nas 
linhas de força do campo magnético. O ponteiro do 
galvanômetro está indicando o surgimento de uma tensão 
induzida nos condutores da espira. 
 
Posição 3: A espira deslocou 90o a partir do ponto inicial. 
 
A medida que a espira se aproxima do ponto “A” o ponteiro do galvanômetro desloca-se mais do que na 
posição anterior. 
 
Na posição “A”, as seções transversais aos condutores 
estão cortando perpendicularmente as linhas de força 
magnética (ângulo de 90o). Quanto maior a quantidade de 
linhas de força cortada pela espira, maior é a tensão nela 
induzida. Portanto, o ponteiro do galvanômetro esta 
marcando a máxima quantidade de tensão produzida na 
espira e, respectivamente, a máxima quantidade de 
corrente. 
 
 
Posição 4: A espira se deslocou 135o. 
 
 
 
Agora o ponteiro do galvanômetro está indicando valor menor que o valor marcado anteriormente. Os dois 
lados da espira estão, neste momento, em posição inclinada entre as peças polares. Nesta posição, apenas 
parte do fluxo magnético está sendo interrompido pela espira, produzindo nesta uma tensão cada vez menor. 
À proporção que a espira se afasta do ponto de maior convergência do fluxo magnético (ponto “A”), o 
galvanômetro registra menor tensão induzida e, respectivamente, menor corrente elétrica. 
 
O ponteiro do galvanômetro retornou novamente a posição 
zero. Aqui, os dois lados da espira não estão cortando as 
linhas de força. Não há indução de tensão nos condutores 
da espira. 
 
Posição 6: A espira se deslocou 225o. Agora, o ponteiro do galvanômetro está se deslocando para esquerda. 
Lembre-se de que, até a 5 posição, a parte escura da espira estava cortando o fluxo magnético de cima para 
baixo e, a parte clara, de baixo para cima. 
 
A partir da 6 posição, a parte escura começou a deslocar-
se dentro do campo magnético de baixo para cima e, a 
parte clara, de cima para baixo. Como o sentido de 
deslocamento dos lados da espira ficou invertido, inverteu-
se também o sentido de deslocamento da corrente 
elétrica. Por este motivo que o ponteiro do galvanômetro 
mudou de sentido, ou seja, agora ele esta se deslocando 
para esquerda. 
 
 
 
 
 
 
 
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Posição 7: A espira se deslocou 270o. 
 
Neste momento, o ponteiro do galvanômetro está marcando 
indução máxima da corrente elétrica na espira. Nesta 
posição novamente, as seções transversais dos condutores 
estão cortando perpendicularmente as linhas de força logo, o 
máximo corte de linhas de força e, conseqüentemente,a 
máxima tensão induzida. 
 
Posição 8: A espira se deslocou 315o. 
 
Novamente os valores medidos pelo aparelho estão 
diminuindo. A corrente elétrica na espira está se reduzindo, 
pois os dois lados da espira estão cortando um número cada 
vez menor de linhas de força. 
 
Posição 9: Finalmente, completou-se uma volta de 360o. 
 
 
Segundo o ponteiro do aparelho, não há presença de 
corrente na espira. Com isto, completamos uma volta do 
deslocamento da espira dentro do campo magnético. Para 
cada volta seguinte, os fenômenos da indução elétrica 
serão idênticos aos demonstrados. 
 
Vermos, a seguir, a demonstração gráfica das variações da corrente elétrica induzida na espira de um 
gerador com anel coletor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
No gráfico está representada a curva senoidal (ou senóide). Ela demonstra a variação da corrente elétrica 
induzida durante uma volta completa da espira. 
No eixo horizontal é representado o movimento da espira em função de uma volta completa dentro do campo 
magnético. 
No eixo vertical é representada a intensidade da corrente elétrica induzida, de acordo com as indicações do 
galvanômetro, nas várias posições. 
Note que a tensão ou corrente elétrica parte de um ponto zero, desloca-se para o lado positivo (+) e volta 
para o ponto zero; depois, desloca-se para o outro lado (-) e, assim, sucessivamente. A esse movimento 
denominamos de Corrente Alternada (CA). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Definição: 
 
Corrente alternada é aquela que varia periodicamente de intensidade e de sentido. 
 
 
Freqüência 
 
 
 
 
 
Supondo-se que o tempo gasto para a espira percorrer 
os 360o tenha sido de 1 segundo, podemos representá-lo 
graficamente. Se continuarmos girando a espira, o tempo 
continuara sendo representado graficamente de acordo 
com a figura ao lado: 
 
Durante 0,5 segundos, a corrente circula no sentido 
conforme o desenho abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De 0,5 segundos até 1 segundo, a corrente muda o sentido 
conforme a figura acima. 
Quando um gerador de corrente alternada com dois pólos completa 
uma rotação, a tensão completa um ciclo. 
Se essa rotação for completada no tempo de 1 segundo temos, 
então 1 ciclo/s. 
Na realidade, podem ser gerados mais ciclos por segundo; o 
número de ciclos depende de dois fatores: 
 
1. Rotação por segundo 
2. Números de pólos do gerador 
 
 
O número de ciclos é denominado “freqüência”, que tem como unidade de medida o “Hertz”. 
 
 Hertz = Hz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Definição: 
 
Freqüência é o número de oscilações por segundo ou, simplesmente, ciclos por segundo (ciclos/s). 
Exemplo: 
 
Na sua casa a freqüência da corrente elétrica é de 60Hz. Isto 
significa que a corrente elétrica completa 60 ciclos em 1 segundo. 
 
Conversão Eletromagnética de Energia 
 
Introdução 
 
A primeira indicação da possibilidade de intercâmbio entre energia elétrica e mecânica foi apresentado por 
Michael Faraday em 1831. Esta descoberta é considerada por alguns como o maior avanço individual no 
progresso da ciência para atingir o aperfeiçoamento final da humanidade. Deu inicio ao gerador e ao motor 
elétrico, ao microfone, ao alto-falante, ao transformador, ao galvanômetro e, de fato, a praticamente todos os 
dispositivos cujos princípios e características serão considerados nesta disciplina. 
A conversão eletromagnética de energia, como a entendemos hoje, relaciona as forças elétricas e magnéticas 
do átomo com força mecânica aplicada à matéria e ao movimento. Como resultado desta relação, a energia 
mecânica pode ser convertida em energia elétrica, e vice-versa, através das máquinas elétricas. Embora esta 
conversão possa também produzir outras formas de energia como calor e luz, para a maioria dos usos 
práticos avançou-se até o estágio onde as perdas de energia reduziram-se a um mínimo e uma conversão 
relativamente direta é conseguida em qualquer das direções. Assim, a energia mecânica de uma queda-
d’água é facilmente convertida em energia elétrica através de um alternador; a energia elétrica produzida é 
transformada por conversão eletromagnética de energia numa tensão mais elevada para transmissão a longa 
distância e, em algum ponto terminal, é transformada novamente para distribuição numa subestação, onde, a 
partir de um centro de cargas, se distribuirá energia elétrica a consumidores específicos como fazendas, 
fábricas, residências, industrias, estabelecimentos comerciais dentre outros. Nestas aplicações individuais, a 
energia elétrica pode, mais uma vez, ser convertida em mecânica através dos motores, em energia térmica 
através de estufas elétricas, em energia luminosa através de lâmpadas elétricas e em energia química 
através de uso de processos eletroquímicos; ou pode ser convertida em outras formas de energias elétrica, 
pelo uso de conversores rotativos, retificadores e conversores de freqüência . A energia elétrica produzida 
através desta conversão eletromecânica de energia pode ser reconvertida várias vezes através de 
dispositivos apresentados neste módulo, antes que a energia seja finalmente convertida à forma que realizará 
o trabalho útil. 
 
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.