Magnetismo: Origem e Conceitos

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ELETRICIDADE 2
MAGNETISMO
PROF° RAED
2021
ETEFV
CURSO DE ELETROTÉCNICA
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MAGNETISMO
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INTRODUÇÃO
O fenômeno de uma força atuando a distância é uma grande surpresa quando observado pela
primeira vez. Esse fenômeno é conhecido, pelo menos, desde o século VI a.C., na Grécia, na
China e no Egito.
Inicialmente o magnetismo foi considerado apenas como mais uma das forças da Natureza,
manifestada somente no ferro e em outras substâncias mais raras, que genericamente foram
chamadas de substâncias ferromagnéticas.
Um avanço científico, que contribuiu para o conhecimento mais profundo da natureza do
magnetismo, veio com os experimentos realizados por Hans Christian Oersted (1777-1851) com
a corrente elétrica, provando a relação entre magnetismo e eletricidade.
Estava aberto o caminho para o eletromagnetismo, que propiciou, por exemplo, o
desenvolvimento dos geradores de eletricidade e dos motores elétricos.
O nome magnetismo vem de Magnésia, pequena região da Ásia Menor onde foi encontrado em
abundância um mineral naturalmente magnético chamado magnetita. Uma pedra desse mineral
é o que se chama de ímã natural.
Fonte: Livro As Faces da 
Física. Vol único. Ed. 3ª
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Se amarrar um fio num ímã natural de formato alongado e o pendurar, o ímã fica sempre
alinhado na direção geográfica norte-sul. A extremidade que aponta para o norte geográfico é
chamada de polo norte do ímã. A outra, apontada para o sul geográfico, é denominada polo sul
do ímã.
Os polos são as partes dos ímãs onde os efeitos magnéticos se apresentam mais intensos. Mas
nem sempre se pode dizer que essas partes se localizam nas extremidades de um ímã, como é o
caso, por exemplo, do ímã esférico.
Nosso planeta é um imenso ímã. Sob a influência exclusiva do campo magnético terrestre, a
agulha de uma bússola aponta para o polo norte geográfico, que na realidade é um polo sul
magnético.
Bússola: Orientação geográfica dos polos de um ímã.
Fonte: Livro As Faces da 
Física. Vol único. Ed. 3ª
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ATRAÇÃO E REPULSÃO MAGNÉTICA
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ORIGEM DO MAGNETISMO
O magnetismo é originado na estrutura física da matéria, ou seja, no átomo. O elétron gira sobre
seu eixo (spin eletrônico) e ao redor do núcleo de um átomo (rotação orbital).
Na maioria dos materiais, a combinação entre direção e sentido dos efeitos magnéticos gerados
pelos seus elétrons resulta nula, originando uma compensação e produzindo um átomo
magneticamente neutro.
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Pode acontecer uma resultante magnética quando um número de elétrons gira em um sentido e
um número menor de elétrons gira em outro. É o caso do átomo de ferro. Embora exista, de fato,
um movimento de cargas elétricas em nível atômico, a corrente elétrica (fluxo ordenado de
elétrons) não está presente nos ímãs. Não se deve confundir esses dois fenômenos.
ÁTOMO DE FERRO MAGNETIZADO
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TEORIA DE WEBER
Inseparabilidade dos polos de um ímã. Ímã elementar.
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BARRA DE FERRO MAGNETIZADA
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TEORIA DOS DOMÍNIOS MAGNÉTICOS
Domínios magnéticos desalinhados.
Domínios magnéticos orientados
sob ação de um campo.
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CAMPO MAGNÉTICO
Linhas de campo magnético.
Visualização das linhas de campo
com limalha de ferro.
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LINHAS DO CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
As características das linhas de campo magnético.
• São sempre linhas fechadas: saem e voltam a um
mesmo ponto.
• As linhas nunca se cruzam.
• Fora do ímã, as linhas saem do polo norte e se
dirigem para o polo sul.
• Dentro do ímã, as linhas são orientadas do polo sul
para o polo norte.
• Saem e entram na direção perpendicular às
superfícies dos polos.
• Nos polos a concentração das linhas é maior: quanto
maior concentração de linhas, mais intenso será o
campo magnético numa dada região.
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DISTRIBUIÇÃO DAS LINHAS DE CAMPO MAGNÉTICO
Uniforme.Não-uniforme.
Polos diferentes: atração
Polos iguais: repulsão
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ESPRAIAMENTO DE LINHAS NUM CAMPO MAGNÉTICO 
PRATICAMENTE UNIFORME
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LINHAS DE CAMPO MAGNÉTICO PARA UM ÍMÃ PERMANENTE
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FLUXO MAGNÉTICO
O fluxo magnético (φ) é definido como o conjunto de todas as linhas de campo que atingem
perpendicularmente uma dada área.
A unidade de fluxo magnético é o weber (Wb).
1 Wb = 108 linhas do campo magnético.
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DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO OU
INDUÇÃO MAGNÉTICA
Onde:
B → é a densidade de fluxo magnético ou indução magnética, em Wb/m2 ou tesla (T).
φ → é o fluxo magnético, em weber (Wb).
A → é a área da seção perpendicular ao fluxo magnético, em m2.
A unidade de densidade de fluxo magnético no sistema CGS de unidades é o gauss.
1 tesla = 104 gauss.
𝑩 =
𝝓
𝑨
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VETOR DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO 
TANGENTE AS LINHAS DE CAMPO
A direção do vetor densidade de fluxo magnético (B) é sempre tangente às linhas de campo
magnético em qualquer ponto. O sentido do vetor densidade de fluxo magnético é sempre o
mesmo das linhas de campo.
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No interior de um ímã as linhas de campo
encontram-se mais concentradas e, portanto, a
intensidade do campo magnético é elevada. Há,
portanto, alta densidade de fluxo magnético.
Externamente ao ímã as linhas de campo
encontram-se mais dispersas ao longo dos
caminhos entre os polos. A intensidade do campo
magnético nesta região é menor, ou seja, há menor
densidade de fluxo magnético.
O número de linhas de campo no interior do ímã e
no exterior é exatamente o mesmo, já que são linhas
fechadas. Assim o fluxo magnético no interior e no
exterior de um ímã é exatamente o mesmo, porém a
densidade de fluxo magnético é maior no interior do
ímã que no exterior, pois o mesmo número de linhas
está concentrado numa área menor.
AÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO DE UM 
ÍMÃ SOBRE BÚSSOLA: DIREÇÃO 
TANGENTE AS LINHAS DE CAMPO
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INDUÇÃO MAGNÉTICA: IMANTAÇÃO
É o fenômeno de imantação de um material
provocada pela proximidade de um campo
magnético. O ímã induz magneticamente
(imanta) os pregos e estes, sucessivamente,
imantam uns aos outros e atraem-se.
Quando o ferro encontra-se próximo de um
imã, o campo magnético faz com que a barra
de ferro se transforme temporariamente em um
imã. Isto acontece porque na presença de um
campo magnetizante (ou campo indutor), os
domínios magnéticos do ferro, que
normalmente estão orientados em todas as
direções ao longo da barra, ficam orientados
em uma direção predominante, como num imã.
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Quando o ímã indutor é afastado, a maioria dos domínios magnéticos do ferro volta ao estado de
orientação desorganizada, fazendo com que o material praticamente perca as suas propriedades
magnéticas. Materiais com esse comportamento, como o ferro puro, são chamados materiais
magneticamente moles.
Os materiais nos quais os domínios magnéticos não perdem a orientação obtida com a
aproximação de um campo magnético são chamados materiais magneticamente duros, como
o aço e o ferrite. Isto acontece porque nessas ligas os átomos de ferro uma vez orientados sob a
ação do campo magnético são impedidos de voltar à sua orientação inicial pelos átomos do outro
material da liga, permanecendo magnetizados. É assim que são fabricados os ímãs
permanentes.
MATERIAIS MAGNETICAMENTE MOLES OU DUROS
MAGNETISMO REMANESCENTE
Afastando-se o ímã de um corpo que foi atraído por ele, ainda restará nesse corpo um resquício
de magnetização, chamado de magnetismo remanescente. A intensidade do magnetismo
remanescente depende da substância, do tempo de exposição ao campo externo e da
temperatura durante o experimento.
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INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO MAGNETISMO
Aquecendo-se uma barra de ferro sob a ação de um campo magnético acima de certa
temperatura, no caso do ferro aproximadamente de 770°C, ela deixa de ser atraída pelo imã.
Esta temperatura é denominada Ponto Curie. Isto acontece, pois o aquecimento provoca uma
agitação nos átomos de ferro, de tal maneira que eles se desorganizam e a barra de ferro perde
as suas propriedades magnéticas. Quando a barra de ferro é esfriada, ela novamente será
atraída pelo imã.
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Trata-se da temperatura na qual um material ferromagnéticoperde suas propriedades
magnéticas.
O calor fornecido por uma fonte térmica causa um desarranjo na disposição dos elétrons que
compõem o material, proporcionando a perda momentânea das propriedades magnéticas. Essa
temperatura é específica de cada material.
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SATURAÇÃO MAGNÉTICA
Um material pode ter os seus átomos orientados até um determinado limite. O efeito devido à
limitação na orientação e alinhamento dos átomos do material, mesmo sob a ação de campos
magnéticos intensos, é chamado de saturação magnética.
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CLASSIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS
Na Natureza, as substâncias são ferromagnéticas, paramagnéticas ou diamagnéticas.
Substâncias ferromagnéticas: Neste grupo estão o ferro, o aço, o níquel, o cobalto e algumas
ligas comerciais como o alnico e o Permalloy. Eles possuem domínios magnéticos, “pequenos
ímãs” que, sob influência de um campo magnético externo, tendem a se alinhar com ele, fazendo
com que a substância também se torne um ímã.
Os óxidos ferrimagnéticos ou ferrites como são comumente chamados, são materiais
cerâmicos, compostos principalmente por óxido de ferro, combinados com outros elementos
metálicos. São materiais ferromagnéticos, isto é, podem ser magnetizados ou atraídos por ímãs.
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Substâncias paramagnéticas: São as substâncias que se imantam fracamente sob influência
de um campo magnético externo, resultando uma força de atração muito pequena. Exemplos de
substância paramagnéticas: o alumínio, o cromo, a platina, o manganês, o estanho e o ar.
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Substâncias diamagnéticas: São as substâncias que interagem com o campo magnético,
resultando numa fraca repulsão. Exemplos: a prata, o cobre, o mercúrio, o chumbo, o zinco, o
antimônio, o bismuto e a água.
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PERMEABILIDADE MAGNÉTICA
A permeabilidade magnética de um material é uma medida da facilidade com que as linhas de
campo podem atravessar um dado material.
Qualquer material facilmente magnetizado tem alta permeabilidade.
O entendimento da permeabilidade magnética é análogo ao conceito da condutividade elétrica
dos materiais.
Concentração das linhas de campo devido a um meio de alta permeabilidade.
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A permeabilidade magnética do vácuo (µ0).
µ𝟎 = 𝟒𝝅 . 𝟏𝟎
−𝟕 𝑾𝒃
𝑨 . 𝒎
A unidade de permeabilidade magnética também pode ser expressa por: tesla.metro/ampère ou 
ainda, henry/metro.
Assim: 𝐻 = 𝑊𝑏/𝐴
A permeabilidade magnética de todos os materiais não magnéticos, como o cobre, alumínio,
madeira, vidro e ar é aproximadamente igual à permeabilidade magnética do vácuo. Os materiais
que têm a permeabilidade um pouco inferior à do vácuo são chamados materiais diamagnéticos.
Aqueles que têm a permeabilidade um pouco maior que a do vácuo são chamados materiais
paramagnéticos, como por exemplo:: o alumínio, o cromo, a platina, o manganês, o estanho e o ar.
Materiais magnéticos como o ferro, níquel, aço, cobalto e ligas desses materiais (Alloys) têm
permeabilidade centenas e até milhares de vezes maiores que a do vácuo. Esses materiais são
conhecidos como materiais ferromagnéticos.
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Se um material não magnético, como vidro ou cobre for colocado na região das linhas de campo
de um ímã, haverá uma imperceptível alteração na distribuição das linhas de campo.
Se um material magnético, como o ferro, for colocado na região das linhas de campo de um ímã,
estas passarão através do ferro em vez de se distribuírem no ar ao seu redor, porque elas se
concentram com maior facilidade nos materiais magnéticos
EFEITO DE UMA AMOSTRA DE MATERIAL FERROMAGNÉTICO 
SOBRE AS LINHAS DE CAMPO DE UM ÍMÃ
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EFEITO DE UMA BLINDAGEM MAGNÉTICA
SOBRE AS LINHAS DE CAMPO
Esse princípio é usado na prática para construir blindagens magnéticas para proteger
componentes e instrumentos elétricos sensíveis da ação de campos magnéticos presentes no
ambiente.
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A relação entre a permeabilidade de um dado material (µ) e a permeabilidade do vácuo (µ0) é
chamada de permeabilidade relativa (µr), assim:
µ𝒓 =
µ
µ𝟎
Geralmente, µ𝑟 ≥ 100 para os materiais ferromagnéticos, valendo entre 2.000 e 6.000 nos
materiais de máquinas elétricas e podendo chegar até a 100.000 em materiais especiais. Para
os não magnéticos µ𝑟 ≤ 1.
A tabela a seguir mostra uma relação simplificada dos valores de permeabilidade relativa dos
materiais. A tabela apresenta valores de permeabilidade magnética relativa para alguns materiais
ferromagnéticos utilizados em dispositivos eletroeletrônicos.
Observação: a permeabilidade de um material ferromagnético não é constante e seu valor
depende da densidade de campo magnético a que está submetido. Esse assunto será estudado
no item sobre curvas de magnetização.
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RELUTÂNCIA MAGNÉTICA
A relutância magnética é uma medida da oposição que um meio oferece ao estabelecimento e
concentração das linhas de campo magnético.
A relutância magnética é determinada pela equação:
 =
𝓵
µ . 𝑺
Onde:
 → é a relutância magnética, em ampères/weber (A/Wb).
ℓ → é o comprimento médio do caminho magnético das linhas de campo no meio, em metros (m).
µ → é a permeabilidade magnética do meio, em T.m/A ou Wb/A.m.
S → é a área da seção transversal, em metros quadrados (m2).
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A relutância magnética é uma grandeza análoga à resistência elétrica que pode ser
determinada pela equação que relaciona a resistividade (ρ) ou condutividade () e as
dimensões de um material.
𝑹 =
𝝆 . 𝓵
𝑺
=
𝓵
 . 𝑺
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Na figura abaixo, percebe-se que o ferro, de alta permeabilidade, representa um caminho
magnético de menor relutância para as linhas de campo, concentrando-as.
Já o vidro, de baixa permeabilidade, não proporciona grande concentração das linhas de campo.
Isso representa um caminho magnético de alta relutância.
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PERMEÂNCIA
A permeância (P) é o inverso da relutância. Pode ser definida como aquela propriedade do
circuito magnético que permite a passagem do fluxo ou das linhas de indução. Corresponde a
condutância do circuito elétrico.
A unidade de permeância é:
𝑤𝑒𝑏𝑒𝑟
𝑎𝑚𝑝è𝑟𝑒
=
𝑊𝑏
𝐴
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FIM