TME - Campo Magnético

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ETEC JULIO DE MESQUITA
TME - Transformadores e Motores Elétricos
Everton Girotto
Steven Enrique dos Santos Carmona
CAMPO MAGNÉTICO
Santo André – SP
2019
Campo Magnético
E a concentração de magnetismo que é criada em torno de uma carga magnética num determinado espaço, essa contração de magnetismo é criado pelo imã que pode influenciar outros imãs ou materiais ferromagnéticos, paramagnéticos e diamagnéticos.
Na natureza existem matérias que na presença de um campo magnético podem ser tornar imãs franco ou não, esses matérias são chamados de ferromagnéticos, paramagnéticos e diamagnéticos.
Diamagnéticos: materiais que ao serem exposto ao um campo magnético, possuem seus imãs orientados em direção inversa ao sentido do campo magnético aplicado. Exemplos: Bismuto, Cobre e Prata.
Paramagnéticos: materiais que possuem elétrons desemparelhados e que, na presença de um campo magnético, alinham-se, fazendo surgir um ímã que tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade (baixa intensidade) do valor do campo magnético em um ponto qualquer. Porém quando o campo magnético se anula, essa magnetização desaparece. Exemplos: Alumínio, Magnésio, Sulfato de cobre.
Ferromagnéticos: materiais que imantam-se fortemente se colocados na presença de um campo magnético. Podendo se manter magnetizados mesmo após a ausência do campo magnético, isso acontece devido a alinhamento dos seus dipolos atômicos no sentido do campo eletromagnético. Para desmagnetizar é necessário um campo magnético no sentido contrário ou elevar sua temperatura ideal de forma que torne seus elétrons organizados de forma aleatória. Exemplo: Ferro, Cobalto e Níquel.
O campo magnético pode ser definido por um vetor, indicando sentido, direção e intensidade, chamado de vetor de indução magnética. Se conseguíssemos traçar todos os pontos onde há um vetor de indução magnética, veríamos linhas que são chamadas de linhas de indução do campo magnético, onde essas linhas dirigem se do polo norte para o polo sul. A intensidade do campo magnético é indicado pela letra T de Tesla, unidade internacional de campo magnético.
Campo magnético formado por um condutor retilíneo
	Incialmente a eletricidade e o magnetismo eram estudados de forma separadas, pois os filósofos gregos achavam que não possui ligação entre elas, porém após os experimentos feitos por “Cristian Oersted” descobriu se que a eletricidade e o magnetismo possuíam sim uma relação.
	Essa comprovação veio através da aproximação de uma bussola ao um condutor percorrendo corrente elétrica e verificou se que agulha da bussola apontava para um sentido diferente de quando se cessava a corrente elétrica do condutor. Após estudos descobriu que a corrente elétrica produz um campo magnético proporcional a intensidade da corrente elétrica, isso é, quanto mais intensa a corrente elétrica percorrida no condutor, maior será o campo magnético gerado em torno dele.
	Quando um fio retilíneo é percorrido com uma corrente elétrica, ele gera ao seu redor um campo magnético, cujas linhas de campo são circunferências concêntricas pertencentes ao plano perpendicular ao fio e com centro comum em um ponto dele.
	O sentido do campo magnético pode ser definido pela regra da mão direita, em que se coloca o polegar direito no mesmo sentido da corrente e os demais dedos curvados mostrará a direção do campo, como mostra a figura abaixo:
	A lei de Ampére nos permitiu determinar o módulo do campo magnético. Ela nos diz que “o vetor campo magnético é tangente as linhas do campo magnética” e a intensidade do campo magnético é dado pela seguinte equação:
	
	
onde R é a distância do fio até um ponto da linha do campo, e µ0 é a constante de permeabilidade magnética do vácuo que vale µ0 = 4π . 10-7 T.m/A (tesla x metro/ampere).
Campo magnético formado por um condutor espira
	Espira é um fio condutor dobrado em forma de círculo, como mostra a figura abaixo:
	Pegando um fio retilíneo e dobrando-o em forma de uma espira de raio R, veremos que as linhas do campo magnético irão acompanhar o formato da espira.
	Uma espira circular percorrida por uma corrente i, cria em seu centro um campo magnético retilíneo perpendicular ao seu plano, cuja intensidade é dada pela fórmula abaixo, a direção é perpendicular ao plano da espira e o sentido é dada pela regra da mão direita.
Se considerarmos N espiras de mesmo raio R, lado a lado, de modo que a espessura do enrolamento seja muito menor que o diâmetro de cada espira, de maneira que o comprimento do enrolamento seja desprezível, teremos a chamada bobina chata, a intensidade do campo magnético no centro será é dado por: 
		
Onde:
B – é o campo magnético no interior da espira (ou bobina)
i – é a corrente elétrica
R – é o raio da espira (ou bobina)
μ – é a permeabilidade magnética
n – é o número de voltas da bobina
Campo magnético formado por um solenoide
	Denomina-se solenoide ou bobina longa, um fio condutor, longo, enrolado, que de forma espiral igualmente espaçado. Ao ser percorrido pela corrente i, surge no interior do solenoide um campo magnético cujas linhas de indução são praticamente paralelas. O campo magnético no interior do solenoide é praticamente uniforme. 
	Desse modo, o vetor indução magnética B em qualquer ponto do interior do solenoide é o mesmo e tem as seguintes características:
	- direção: os vetores indução magnética B no interior do solenoide são retilíneos e paralelos ao eixo do solenoide.
	- sentido: o sentido é determinado pela regra da mão direita.
	- intensidade: a intensidade do vetor indução magnética B é dada pela seguinte equação:
Onde: 
μ - é a constante de permeabilidade magnética do meio; 
N - é o número de espiras do solenoide; 
l - é o comprimento do solenoide; 
i - é a intensidade de corrente elétrica. 
	Da mesma forma que a espira, um solenoide apresenta dois polos. Portanto, de acordo com a regra da mão direita, as linhas de indução magnética são perpendiculares ao plano do centro das espiras, sendo que o polo norte é a face por onde saem as linhas de indução magnética, e a face por onde entram as linhas de indução magnética é chamada de polo sul.
Campo magnético formado por um eletroímã
	O eletroímã é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto por um solenoide (bobina).
	Na figura abaixo temos um eletroímã e um imã com suas respectivas linhas de campo.
Observe que no eletroímã as linhas de campo entram em uma extremidade e saem na outra, como no imã, elas entram em um polo (polo sul) e saem no outro (polo norte) de maneira praticamente igual. Foi por esse motivo, de apresentar comportamento semelhante ao de um imã quando percorrido por uma corrente elétrica, que esse dispositivo ficou conhecido como eletroímã.
Quando os elétrons livres de um átomo se movimentam, eles criam uma corrente elétrica muito pequena, de escala microscópica, dando origem a um campo magnético também muito pequeno. Desta forma podemos dizer que cada átomo equivale a um pequeno ímã (imãs elementares).
Na barra de ferro (Ferromagnéticos), por exemplo, que não esteja magnetizado, os ímãs elementares que constitui o objeto estão orientados de forma variada, como mostra a figura b. Por estarem dessa forma, os campos magnéticos, que cada ímã elementar, tendem a se anular com os outros campos magnéticos dos outros ímãs elementares, resultando assim em um metal sem qualquer efeito magnético.
Ao colocarmos uma barra metálica dentro de um campo magnético, por exemplo, no interior de um solenoide, o campo magnético do solenoide atuará sobre cada um dos ímãs elementares dos átomos, deixando-os orientados como mostra a figura c. Então quando expomos esse metal a um campo magnético, os campos magnéticos dos átomos juntam-se, deixando-o mais intenso, e o material passa a apresentar efeitos magnéticos que percebemos ao aproximarmos o metal a pequenos materiais, que sãoatraídos.
Desta forma, podemos dizer que a substância está imantada ou magnetizada. Logo, para que tenhamos uma barra de ferro comum semelhante a um ímã, basta reorientar os ímãs elementares constituídos pelos átomos.
 
	
	O fato de ter um núcleo (barra de ferro) no interior da bobina gera um campo magnético muito intenso e devido a essa propriedade os eletroímãs têm muitas aplicações, dentre elas, podemos destacar: nos motores, nas campainhas, nos telefones, na indústria de construção naval e no guindaste eletromagnético.
Referências bibliográficas
CABRAL, Marina. "Campo magnético no interior de um solenoide"; Mundo Educação; Magnetismo. Disponível na Internet em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/campo-magnetico-no-interior-um-solenoide.htm>. Acesso em 15 de fevereiro de 2019.
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“Campo Magnético”. Disponível na Internet em <https://www.todamateria.com.br/campo-magnetico>. Acessado em 17 de fevereiro de 2019
CLEMENTE, Isaac. “Ferromagnetismo”; InfoEscola. Disponível na Internet em <https://www.infoescola.com/fisica/ferromagnetismo/>. Acessado em 17 de fevereiro de 2019
FERREIRA, Nathan Augusto. "Eletroímã"; Mundo Educação; Magnetismo. Disponível na Internet em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletroima.htm>. Acesso em 15 de fevereiro de 2019.
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Materiais paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos"; Brasil Escola. Disponível na Internet em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/materiais-paramagneticos-diamagneticos-ferromagneticos.htm>. Acesso em 15 de fevereiro de 2019.
SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Campo magnético gerado por um fio condutor"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/campo-magnetico-gerado-por-um-fio-condutor.htm>. Acesso em 17 de fevereiro de 2019.
SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Campo em uma espira circular"; Disponível na Internet em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/campo-uma-espira-circular.htm/>. Acessado em 17 de fevereiro de 2019.
SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Eletroímã"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/eletroima.htm>. Acesso em 17 de fevereiro de 2019.
TOFFOLI, Leopoldo. "Campo magnético de um fio retilíneo"; Info Escola; Navegando e Aprendendo. Disponível na Internet em <https://www.infoescola.com/fisica/campo-magnetico-de-um-fio-retilineo/>. Acesso em 15 de fevereiro de 2019.
TOFFOLI, Leopoldo. "Espiras"; Info Escola; Navegando e Aprendendo. Disponível na Internet em < https://www.infoescola.com/fisica/espiras/>. Acesso em 15 de fevereiro de 2019.
Conclusão
Podemos concluir que a concentração de magnetismo é criada a partir de uma carga elétrica magnetizada em um determinado espaço. E essa contração de magnetismo é produzida por um imã e, ou, outros materiais imantados, ferromagnéticos, paramagnéticos e diamagnéticos.
O imã cria o campo magnético, da mesma forma como é a carga elétrica e a massa que, respectivamente criam os campos elétrico e gravitacional.
A definição de um campo magnético pode ser representada por um vetor, indicando sentido, direção e intensidade, chamado de vetor de indução magnética. Se conseguíssemos traçar todos os pontos onde há um vetor de indução magnética, veríamos linhas que são chamadas de linhas de indução do campo magnético, onde essas linhas dirigem se do polo norte para o polo sul. A intensidade do campo magnético é indicada pela letra T de Tesla, que é a unidade internacional de campo magnético.
Desse mesmo campo magnético possuímos quatro formações de condução:
- Retilíneo (um fio retilíneo que percorre uma corrente elétrica, gerando ao seu redor um campo magnético, cujas linhas de campo são circunferências concêntricas pertencentes ao plano perpendicular ao fio e com centro comum em um ponto dele)
- Espira (condutor dobrado em forma de círculo, que cria em seu centro um campo magnético retilíneo perpendicular ao seu plano, cuja intensidade é dada pela direção perpendicular ao plano da espira e o sentido dela é dado pela regra da mão direita ou de modo que a espessura do enrolamento seja muito menor que o diâmetro de cada espira, de maneira que o comprimento do enrolamento seja desprezível, teremos a chamada bobina chata).
- Solenoide (	um fio longo, enrolado, de forma espiral igualmente espaçado. O campo magnético no interior do solenoide é praticamente uniforme, e que, apresenta dois polos. Portanto, de acordo com a regra da mão direita, as linhas de indução magnética são perpendiculares ao plano do centro das espiras, sendo que o polo norte é a face por onde saem às linhas de indução magnética, e a face por onde entram as linhas de indução magnética é chamado de polo sul).
- Eletroímã (é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto por um solenoide que é a própria bobina. Dentro desse imã que conhecemos, os elétrons livres de um átomo se movimentam lá dentro, criando uma corrente elétrica muito pequena, de escala microscópica, dando origem a um campo magnético também muito pequeno. Desta forma podemos dizer que cada átomo equivale a um pequeno ímã).
Quando colocamos uma barra metálica dentro de um campo magnético, por exemplo, no interior de um solenoide, o campo magnético do solenoide atuará sobre cada um dos ímãs elementares dos átomos, deixando-os orientados especificamente para uma direção. Então quando expomos esse metal a um campo magnético, os campos magnéticos dos átomos juntam-se, deixando-o mais intenso, e o material passa a apresentar efeitos magnéticos que percebemos ao aproximarmos o metal a pequenos materiais, que são atraídos. Podemos dizer então, que a substância está imantada ou magnetizada. Logo, para que tenhamos uma barra de ferro comum semelhante a um ímã, basta reorientar os ímãs elementares constituídos pelos átomos.
Por possuir um núcleo (barra de ferro) no interior da bobina que gera um campo magnético muito intenso e devido a essa propriedade os eletroímãs têm por consequência a formação dos motores elétricos que transforma a energia elétrica em mecânica. 
O motor elétrico é o mais utilizado de todos os tipos, por inúmeras vantagens como baixo custo, mobilidade, limpeza, energia elétrica e simplicidade no comando.
Dentre outros segmentos onde mais se utilizam as tecnologias de geração de energia a partir de eletroímãs e, outros materiais listados aqui se podem destacar as indústrias, construtoras, fábricas e principalmente empresas de interesse nacional.