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Conversão de Energia e Circuitos Magnéticos Prof. Lia Mota Prof. Alexandre Mota 1sem2015 Energia � Capacidade de realizar trabalho � Só pode ser medida quando existe trabalho sendo realizadotrabalho sendo realizado � Realização de trabalho ocorre, geralmente, em um processo de transformação energética � Energia passa de uma forma para outra diferente, sendo liberada ou absorvida Exemplo � Realização de trabalho: acionamento de uma lâmpada � Processo de transformação de energia � Processo de transformação de energia ou CONVERSÃO DE ENERGIA: � Energia Mecânica (Cinética+Potencial)→ Energia Elétrica (acionamento da lâmpada) � Energia Elétrica→ Energia Luminosa+Energia Térmica Diferentes formas de energia � Na natureza existem diferentes formas de energia: � Mecânica (Cinética e Potencial) Elétrica� Elétrica � Luminosa � Térmica � Sonora � Química � Etc. Exemplos � Raios solares (energia térmica e luminosa) � Quedas d’água (energia potencial e cinética) � Quedas d’água (energia potencial e cinética) � Raios em tempestades (energia elétrica) � Trovões em tempestades (energia sonora) Conversão de Energia � Todas as formas de energia são intercambiáveis e podem ser transformadas (convertidas) entre si � Obedecendo ao princípio físico da conservação da energia:energia: � Durante as transformações (conversões) da energia, de um tipo para outro, a sua quantidade total permanece a mesma � Unidade: Joule (J) →trabalho realizado por uma força de um Newton num deslocamento de 1 m Importância da Conversão de Energia � Grandes obras de Engenharia → requerem a realização de uma grande quantidade de trabalho � Grande quantidade de trabalho pode ser atingida através de diferentes processos de conversão de energia através de diferentes processos de conversão de energia � Conversão de energia → permite que um engenheiro possa reunir diferentes fontes energéticas e empregá-las, simultaneamente, para atingir os seus objetivos Exemplo � Construção de edifíciosConstrução de edifíciosConstrução de edifíciosConstrução de edifícios: � Energia elétrica para o acionamento de máquinas e motores � Energia química do combustível dos caminhões e � Energia química do combustível dos caminhões e tratores � Energia braçal (química) dos trabalhadores, etc. � Todas essas energias são transformadas em energia mecânica para produzir o trabalho necessário ao levantamento e colocação das partes constituintes do edifício. � Seria praticamente impossível produzir essa energia mecânica sem transformar as outras formas de energia citadas Importância da Conversão Eletromecânica � Diferentes formas de energia devem estar disponíveis no local de realização do trabalho � Devem possuir duas características principais: Devem possuir duas características principais: � Facilidade de armazenamento e transporte da energia � Eficiência na transformação da energia para a forma desejada Importância da Conversão Eletromecânica � Essas duas características estão presentes em maior ou menor grau nos diferentes recursos energéticos encontrados no planeta � Entretanto, a energia elétrica apresenta um elevado grau de adequação a essas duas característicasde adequação a essas duas características � Pode ser obtida de muitas maneiras � É facilmente transportável através de fios e cabos metálicos � Pode ser retransformada, nos pontos de consumo, nas mais variadas formas de energia de forma altamente eficiente. � Ponto fraco: ainda não existem maneiras economicamente viáveis de se armazenar grandes quantidades de energia elétrica. Importância da Conversão Eletromecânica � É por causa dessas características que a conversão eletromecânica de energia é tão importante � FOCO dessa disciplina! Conversão Eletromecânica � A conversão de energia entre as formas elétricas e mecânicas é realizada através de campos magnéticos e elétricos � Campos magnéticos são capazes de causar fenômenos elétricos e mecânicosfenômenos elétricos e mecânicos � Fenômenos elétricos: são capazes de induzir tensões nos condutores � Fenômenos mecânicos: são capazes de produzir forças e conjugados � Campo magnético é de fundamental importância em dispositivos eletromecânicos (revisão sobre conceitos básicos de eletromagnetismo) Magnetismo � Propriedade que um material possui de atrair metais ferrosos � Descoberta do magnetismo: � Séculos atrás, um homem estava caminhando pela atual Turquia (antigamente região era chamada de atual Turquia (antigamente região era chamada de Magnésia) quando um metal grudou em sua sandália (magnetita) � Inicialmente, os materiais magnéticos eram todos derivados da magnetita � Atualmente, existem materiais magnéticos produzidos em laboratório � Materiais magnéticos estão presentes em muitas aplicações: desde a bússola até geradores elétricos Magnetismo � O que é um imã? � Material (derivado da magnetita ou não) com propriedades magnéticas � Propriedades magnéticas possibilitam a atração de materiais ferrosos através da presença de um campo materiais ferrosos através da presença de um campo magnético invisível � Propriedade magnética vem da estrutura molecular do material (moléculas alinhadas) � Possui dois pólos (norte e sul) � Pólos opostos se atraem (força de atração) � Pólos iguais se repelem (força de repulsão) � Como ocorrem essas forças de atração e de repulsão? Magnetismo � Forças de atração e de repulsão entre dois imãs são causadas pela interação entre as linhas de força do campo magnético ao redor de cada imã � Campo magnético é invisível (experiência com a limalha de ferro) Magnetização � Imã natural mais conhecido é a magnetita � Ferro também pode ser magnetizado � Exemplo: hastes de chave de fenda expostas durante algumas horas a um campo magnético adquirem a capacidade de atrair pequenos metais, como parafusos e capacidade de atrair pequenos metais, como parafusos e clips � Isso ocorre porque a exposição do material (ferro) a um campo magnético proporcionou o alinhamento de suas moléculas, adquirindo propriedades magnéticas � A orientação dessas moléculas permanece mesmo quando o campo magnético ao qual o material foi exposto deixa de existir Desmagnetização � Para desmagnetizar um material, suas moléculas devem ser novamente desalinhadas � Bater no material � Aquecimento até a temperatura Curie � Diferentes materiais possuem diferentes temperaturas (ou pontos) Curie � Ferro = 770 oC � Cobalto = 1140 oC Tipos de material � Na natureza, pode-se encontrar 3 tipos de material com relação às suas propriedades magnéticas � Ferromagnéticos: fortemente atraídos por ímãs (ferro, aço, cobalto e níquel) Paramagnéticos: fracamente atraídos por ímãs � Paramagnéticos: fracamente atraídos por ímãs (madeira, alumínio e platina) � Diamagnéticos: ligeiramente repelidos por ímãs (ouro, cloreto de sódio, zinco, mercúrio) Campo magnético � Anteriormente, já foi citado que a interação entre os campos magnéticos de dois imãs causa o aparecimento de forças de atração ou de repulsão � O que é campo magnético? Espaço no qual atua a força magnética� Espaço no qual atua a força magnética � Esse campo é representado por linhas de força que saem do pólo norte e se dirigem ao pólo sul do ímã � Nomenclatura: H � Unidade: A/m Fluxo magnético � Número total de linhas de força de um ímã (que formam o campo magnético) � Nomenclatura: Φ Unidade: Weber (Wb)� Unidade: Weber (Wb) Permeabilidade magnética � O fluxo magnético tem origem no pólo norte e se dirige ao pólo sul � Ao cortar o ar, o fluxo magnético encontra uma certa resistênciaEssa resistência se deve a uma propriedade que é a � Essa resistência se deve a uma propriedade que é a permeabilidade magnética (condutividade magnética) � Quanto maior a permeabilidade magnética do material, menor será sua resistência à passagem do fluxo magnético � Permeabilidade do vácuo: µ0 = 4pi x 10-7 T.m/A � Permeabilidade do ar é próxima à do vácuo Permeabilidade magnética e Tipos de Materiais � A permeabilidade dos materiais é calculada em função da permeabilidade do vácuo � µ = µR x µ0 Onde µ é a permeabilidade do material, µR é a permeabilidade relativa do material e µ é a R permeabilidade relativa do material e µ0 é a permeabilidade do vácuo � Materiais ferromagnéticos possuem excelente permeabilidade magnética (permeabilidade grande) � Ferro puro: µR = 100000 � Ouro (diamagnético): µR = 1 x 10-6 Densidade de Fluxo Magnético � Densidade de Fluxo Magnético ou Indução Magnética � Número de linhas de fluxo por área � Nomenclatura: B � Unidade: T (Tesla) � B = Φ/A � Quanto maior A, menor B � Quanto menor A, maior B � Isso explica porque o campo magnético de um ímã é maior em suas extremidades) � Quanto menor A, maior B e maior H Relação entre H e B � B = µ x H � B = µR x µ0 x H� B = µR x µ0 x H
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