Portfólio 2 Eletromagnetismo

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ENGENHARIA ELÉTRICA
ALEXANDRE ROCHA – RA 241782010
Portfólio de Desafios 2
Eletromagnetismo 01, 02, 03 e 04.
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Curitiba
Ano 2021
ALEXANDRE ROCHA
Portfólio de Desafios 2
Eletromagnetismo 01, 02, 03 e 04.
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário ENIAC para a disciplina Eletromagnetismo.
Prof. Lucio Luzetti Criado
Curitiba
Ano 2021
Eletromagnetismo em sua Abordagem
Conseguimos entender a principio que existem basicamente três processos de eletrização conhecidos que são: atrito, contato ou condução e no caso da eletrização por atrito, basicamente ocorre com materiais considerados como isolantes. Esses materiais, quando friccionados contra outro material, perdem elétrons e ficam carregados positivamente. Em outros materiais, estes ganham elétrons ficando carregados negativamente.
As cargas elétricas são as fundamentais propriedades das matérias, disponíveis em todos os corpos, tornando-os sensíveis às interações. Desta forma compreendemos as naturezas elétricas das matérias e diferenciamos a propriedades entre os condutores e isolantes; conhecendo assim, os processos de eletrização, através do desencadeamento deste Trabalho acadêmico.
As principais interações entre as cargas é a lei de atração e repulsão, que são cargas de mesmo sinal tendendo a se repelirem mutuamente e cargas de sinais opostos que tendem a se atrair, também de forma reciproca.
Para o processo de indução, um determinado material, tem que exigir para um condutor seja utilizado como induzido. Para a eletrização por contato, faz-se necessário pelo menos que um dos corpos sejam condutores de eletricidade neste processo para que isto seja otimizado na distribuição das cargas pelo respectivo corpo. Desta forma, a eletrização é máxima se os dois materiais envolvidos são condutores, pois as cargas viram a fluir até atingir um determinado equilíbrio eletrostático.
Através de pesquisas, conseguimos identificar uma lista para classificar os materiais que se eletrizam por atrito de forma a proporcionar um entendimento mais simples, possibilitando à facilidade de se trocarem cargas elétricas. Esta listagem, baseada em informações coletadas, será utilizada para designar uma lista de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons; ou seja, quanto maior a facilidade em adquirir cargas positivas, mais altas e sua posição que ocupa na tabela. Logo, é o caso do atrito entre lã e PVC.
Desta maneira, foram classificados conforme o quadro abaixo em acordo com as referencias bibliográficas:
	
Notamos através dos estudos que a otimização dessa transferência entre cargas elétricas, aconteceu quando são atritados corpos dos extremos, apresentados na tabela.
Logo, quando são atritados, o material que ocupa maior posição da tabela em relação ao que tem a menor posição (tabela), é uma consequência da conservação das cargas elétricas, pois, os elétrons perdidos pelos corpos são absorvidos pelos corpos da posição da tabela, ou seja, os materiais da tabela acima com os materiais da tabela abaixo. Para o atrito de um corpo com o vizinho imediatamente abaixo ou imediatamente acima, segundo esta classificação, é menos favorável à troca de elétrons.
Introdução básica de Eletricidade e para Elétrons, Nêutrons e Prótons.
Conseguimos entender que o principal conceito da eletricidade é a sua carga elétrica, uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita essa matéria. Essa propriedade está associada ao poder de atração ou repulsão que pelas partículas que apresentam.
Nosso estudo tem como objetivo principal, abordar suas naturezas elétricas e dos corpos, o modelo atômico proposto para o estudo da eletricidade e Magnetismo, sua interação entre as cargas elétricas, sua quantização de cargas elétricas, sua carga elétrica elementar, o seu princípio de conservação da carga, seus materiais condutores, isolantes e os seus processos de eletrização.
Entendendo as definições, sobre cargas elétricas, eletrostática e magnetismo, temos que compreender os conceitos:
Elétrons
A definição de elétrons (n¯) é que são Partículas de carga negativa que ficam girando ao redor do núcleo atômico e possuem massa 1836 vezes menor que a dos prótons e nêutrons. Os elétrons são partículas que fazem parte da constituição do átomo.
Prótons
Prótons (p+) é uma das pequenas partículas que constituem o átomo, que é a menor partícula de um elemento químico. O próton é formando por três quarks*, que são outras subpartículas.
*O quark, na física de partículas, é uma partícula elementar e um dos dois constituintes fundamentais da matéria. Quarks se combinam para formar partículas compostas chamadas hádrons** das quais as mais estáveis desse tipo são os prótons e os nêutrons, que são os principais componentes dos núcleos atômicos.
** Hádron ou hadrão, na física de partículas, é uma partícula composta, formada por um estado ligado de quarks. Os hádrons, que incluem os bárions e os mésons, mantêm sua coesão interna devido à interação forte.
Nêutrons
Nêutrons são partículas atômicas, ou seja, fazem parte da composição dos átomos. Os nêutrons foram identificados pela primeira vez em 1932, pelo físico inglês James Chadwick (1891-1974). Ela se faz presente no núcleo do átomo juntamente com os prótons (que possuem carga positiva).
Definição de Atrito
Quando os corpos sofrem a ação de uma força, geralmente tendem a oferecer uma resistência ao movimento devido a sua inércia. Porém, para alguns casos, a inércia tem menos relevância, dependendo das condições em que o objeto se encontra.
Para um objeto em queda livre, geralmente deve ser considerada a resistência do ar, que aumenta proporcionalmente à sua velocidade e à sua área de seção transversal. Um objeto sobre uma superfície horizontal pode deslizar, se for aplicada uma força. Ou se estiver sobre uma superfície inclinada em relação à horizontal, de modo que haja uma componente diferente de zero da força peso atuando restritamente ao plano da superfície de apoio, conforme mostra a figura 01 atrito.
	
Figura 1 - Atrito
Mas para que ocorra tal deslizamento, é necessário que o somatório das forças seja diferente de zero, ou seja, a força que atua favorável ao movimento tem de ser maior que a força de resistência ao movimento, ou seja, as forças de atrito.
Quando um corpo encontra-se em repouso sobre uma superfície, na iminência de deslizar conforme mostrado nos segundo e terceiro quadros da figura 01; onde, atua sobre ele uma força contrária à força aplicada ou à componente da força peso no respectivo plano, a força de atrito estático Fate, que o mantém em equilíbrio. Quando o objeto está em movimento, deslizando sobre a superfície, atua uma força dissipativa, denominada força de atrito cinético Fatc, ou seja, força contrária ao movimento do objeto.
O termo “força dissipativa”; que significa: força não conservativa, ou seja, há uma porção de trabalho que não se transforma em energia cinética nem em energia potencial, que transformado em calor.
Geralmente o coeficiente de atrito estático máximo é maior do que o coeficiente de atrito cinético. Experimentalmente, se observa que, uma vez que o objeto está em movimento, para mantê-lo em movimento é necessário aplicar uma força menor do que a força máxima aplicada para iniciar o respectivo movimento.
Matematicamente, a força de atrito estático Fate é dada pelo produto do coeficiente de atrito estático máximo µe pela força de reação normal ao apoio, N, que é igual em módulo à componente vertical da força peso Py no respectivo plano:
	
Figura 2 atrito
E a força de atrito cinético Fatc é dada pelo produto do coeficiente de atrito cinético µc pela força de reação normal ao apoio, N:Figura 3 Atrito
Na figura abaixo é mostrado um gráfico das forças de atrito Fat em função das forças aplicadas, ou seja, um gráfico de Fap x Fat:
	
Figura 4 atrito
Microscopicamente, quando um objeto desliza sobre uma superfície, o que acontece basicamente são soldas e quebras entre as partículas que constituem as superfícies que estão em contato.
O descobridor destas duas leis para as forças de atrito foi Leonardo da Vinci (1452–1519) antes mesmo de Isaac Newton (1643–1727) elaborar o conceito de força. Quanto às expressões matemáticas, foram desenvolvidas por Charles Augustin de Coulomb (1736–1806), embora este último tenha se destacado na eletrostática, tendo desenvolvido a conhecida Lei de Coulomb (HALLIDAY 1996).
Vetores, desenvolvendo o conhecimento do que trata-se o assunto
Para entender o que são vetores, deve-se saber que são segmentos de reta orientados e que caracterizam grandezas como força e velocidade, denominadas de grandezas vetoriais.
Em termos das ciências exatas, vetores são segmentos de reta orientados, responsáveis pela caraterização das grandezas definidas como vetoriais.
É importante salientar que a palavra vetor assume significados diferentes dependendo do contexto em que é aplicada. Os agentes que disseminam doenças infectocontagiosas, por exemplo, também são chamados de vetores.
Tipos de grandezas
Tudo aquilo que pode ser medido é considerado como sendo uma grandeza. Massa, velocidade, aceleração, força e energia são algumas das inúmeras grandezas físicas. As grandezas são classificadas em dois grupos: escalares e vetoriais.
Escalares: Tipo de grandeza que é definida apenas a partir da informação do seu valor numérico (módulo), seguido de uma unidade de medida. Massa, temperatura e energia são exemplos de grandezas escalares;
Vetoriais: Tipo de grandeza que possui, além do valor numérico (módulo), direção e sentido. Força, velocidade e aceleração são exemplos de grandezas vetoriais.
Reparamos através dos estudos e apoios bibliográficos que, os Autores a dizerem que a temperatura ambiente é de 25 °C, a informação é totalmente transmitida, não há necessidade de nenhum complemento.
Contudo, percebemos que se dissesse que uma força de 150 N foi aplicada sobre um corpo qualquer, os autores informam a direção de aplicação da força (horizontal, vertical ou diagonal) e seu sentido (direita, esquerda, para cima, etc.).
Vetores
Os vetores representam as grandezas vetoriais e indicam seu módulo, direção e sentido.
	
Figura 5 – Sentido do Vetor
O módulo é o valor numérico do vetor seguido da unidade de medida que define a grandeza vetorial. A direção é a reta onde o vetor está localizado, e as direções possíveis são: diagonal, horizontal e vertical.
O sentido trata-se de para onde o vetor atua de acordo com sua direção, assim, os sentidos podem ser para a direita, para a esquerda, para cima, para baixo, para o leste, para o norte, etc.
O vetor a seguir representa uma força que atua na horizontal, para a direita e que possui módulo igual a 50 N.
Já o vetor abaixo possui o mesmo módulo do vetor anterior (valor numérico), porém sua direção é diagonal, com sentido para cima e para esquerda.
	
Figura 6 – Força de 50 Newton
Mapa para entendimento de Vetores
	
Figura 7 – Mapa de Vetores, Fonte: Brasil Escola.
Operações vetoriais
As operações vetoriais não são realizadas da mesma forma que as operações algébricas. Os módulos de dois vetores serão, literalmente, somados ou subtraídos somente se suas direções forem iguais.
	
Figura 8 – Sentidos dos Vetores
Na imagem acima, o módulo do vetor C será a soma dos módulos dos vetores A e B, pois eles possuem a mesma direção e o mesmo sentido. Caso os sentidos fossem opostos, os módulos dos vetores deveriam ser subtraídos, e o vetor resultante teria o mesmo sentido do maior vetor da operação, que nesse caso é o vetor A.
Se as direções forem diferentes, devem-se aplicar as regras do polígono e paralelogramo, que determinarão as características do vetor resultante. A decomposição vetorial é uma operação realizada com vetores para definir suas componentes horizontal e vertical.
Atração e repulsão, ou Lei das Cargas Elétricas
Segundo os autores, podemos dizer que dois corpos eletricamente carregados podem exercer atração ou repulsão entre si de acordo com o seu sinal de carga, positivos ou negativos. Lembrando que ainda segundo os autores, uma carga Neutra não exerce influencia, tão pouco carrega Prótons ou elétrons. Os corpos com cargas elétricas de sinais iguais repelem-se, e corpos cujas cargas elétricas possuem sinais contrários se atraem.
“A carga elétrica é a propriedade fundamental da matéria, disponível em todos os corpos, tornando-os sensíveis às interações”.
A lei de Coulomb é uma importante lei da Física que estabelece que a força eletrostática entre duas cargas elétricas é proporcional ao módulo das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
“Um corpo será neutro quando possui a mesma quantidade de elétrons e prótons. Quando ele possui um maior número de elétrons do que de prótons ele está eletrizado negativamente. Por outro lado, quando o número de elétrons é menor que o número de prótons ele estará eletrizado positivamente”.
Os fenômenos eletrostáticos ocorrem quando um corpo, após passar por um processo de eletrização, fica carregado eletricamente. Os corpos eletrizados podem ficar carregados de duas formas:
· Positivamente: se possui mais prótons do que elétrons;
· Negativamente: se possui mais elétrons do que prótons.
Ele ainda pode ser neutro, se tiver a mesma quantidade de prótons e elétrons.
“A carga elétrica é a propriedade das partículas de atrair ou não outras. Por exemplo, os elétrons atraem os prótons, já os nêutrons não são nem atraídos nem repelidos pelos elétrons”.
Conclusão
Tivemos a oportunidade de explorar amplamente os estudos nos conceitos de Eletromagnetismo e sua suma importância para abrangência aos conhecimentos de Eletricidades e suas demais formas; sendo elas, repulsivas, estáticas, atraídas, induzidas e condutivas.
Exploramos pontos de vista de diversos autores sempre com a mesma definição de compreensão absorção e entendimento.
As leis matemáticas que compreendem este estudo acadêmico, suas importâncias para a elaboração do conhecimento em relação as suas forças, maneiras de serem aplicadas e conceptualmente as variantes.
Através dos estudos, na breve pesquisa realizada no Livro do Professor Hélio Creder (Creder, Hélio, Instalações Elétricas. 16ª Edição, Rio de Janeiro, Ano 2016, Editora LTC.) conseguimos entender de forma muito simples como a energia pode ser gerada através de um campo eletromagnético e também como poder manipula-la de forma segura e proveitosa para nosso dia a dia.
Lembrando que nos dias atuais a energia elétrica é fundamental para a humanidade, servindo para escolas, faculdades, hospitais e segurança publica.
É fundamental que os estudos nestes campos não sejam interrompidos pelo simples fato de já sabermos algo, a descoberta de novas fontes de energia e de como aproveita-las, são de vital importância para a melhoria continua dos padrões de vida dos seres Humanos.
Referências Bibliográficas
Júnior, Joab Silas da Silva. "O que são vetores?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-sao-vetores.htm. Acesso em 21 de abril de 2021.
HALLIDAY, David, Resnik Robert, Krane, Denneth Física 1, volume 1, 4 Edição, Rio de Janeiro: LTC, 1996. 326 p.
LUZ, Antônio Máximo Ribeiro da, ALVARENGA, Beatriz, Física: Volume único, São Paulo: Scipione, 2003.
Hayt Junior, W.H.; BUCK, J.A., Eletromagnetismo. 8ª Edição, Porto Alegre; Editora AMGH, 2017.
Creder, Hélio, Instalações Elétricas. 16ª Edição, Rio de Janeiro, Ano 2016, Editora LTC.
Consulta na Internet, Disponível em: https://www.infoescola.com/eletrostatica/serie-triboeletrica/; Eletromagnetismo, Série Tribo elétrica, data da consulta 21/04/21.
HELERBROCK, Rafael. "Sistema Internacional de Unidades"; Brasil Escola. Disponívelem: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/sistema-internacional-unidades-si.htm. Acesso em 04 de maio de 2021.