Eletricidade e magnetismo

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Eletricidade e magnetismo
Eletricidade e matéria
prótons
elétrons
nêutrons
(+)
(-)
Uma matéria é constituída de átomos. Os átomos, por sua vez, são constituídos de partículas ainda menores.
Repulsão
Eletricidade e matéria
Se as cargas forem de mesmo tipo.
Atração
Se as cargas forem diferentes.
Os prótons e os nêutrons situam-se no núcleo do átomo. A presença dos nêutrons ajuda a estabilizar o núcleo, mantendo as partículas unidas. Os elétrons giram e torno do núcleo, em uma região chamada eletrosfera.
Eletricidade e matéria
Um corpo é considerado eletricamente neutro quando apresenta o mesmo número de prótons e elétrons.
Corpos neutros e eletricamente carregados
Prótons
Elétrons
=
A única modificação que um átomo pode sofrer é a perda ou ganho de elétrons.
Corpos neutros e eletricamente carregados
Corpo
Eletrizado:
POSITIVO
NEUTRO
NEGATIVO
Nprótons > NElétrons
Nprótons = NElétrons
Nprótons < NElétrons
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons).
Eletrização de Corpos 
Eletrização por Atrito: 
		Dois corpos neutros feitos de materiais distintos, quando são atritados entre si, um deles fica eletrizado negativamente (ganha elétrons) e outro positivamente (perde elétrons).
	Quando há eletrização por atrito, os dois corpos ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos. 
Eletrização por contato 
		Outro processo capaz de eletrizar um corpo é feito por contato entre eles.
Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal.
Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:
Q = n.e
Q: quantidade de carga. (C)
coulomb
n: número de elétrons ou prótons.
e: carga elementar.
1,6.10-19C
1,6.10-19C
elétron
próton
Obs:
milicoulomb: mC = 10-3 C
microcoulomb: μC = 10-6 C
nanocoulomb: nC = 10-9 C
picocoulomb: pC = 10-12 C
-
+
(1,6.10-19C)
1. Um corpo está eletrizado com uma quantidade de carga elétrica Q = -1,6.10-10 C.
O corpo apresenta excesso ou falta de elétrons?
Qual é o número de elétrons correspondente?
R.: a) Como a carga elétrica do corpo é negativa, ele apresenta excesso de elétrons.
b)
Q = n.e
-1,6.10-10
= n.(-1,6.10-19)
n = -1,6.10-10
 -1,6.10-19
n = 10-10 . 10+19
n = 109 elétrons
2. Um corpo possui carga elétrica de 1,6 µC. Sabendo-se que a carga elétrica fundamental é 1,6.10-19 C, pode-se afirmar que no corpo há uma falta de:
1018 prótons.
1013 elétrons.
1019 prótons.
1019 elétrons.
1019 nêutrons.
Dados:
Q = 1,6 µC
e = 1,6.10-19 C
+
falta de elétrons
Q = n.e
1,6.10-6 = n.1,6.10-19
n = 1,6.10-6
 1,6.10-19
n = 1013 elétrons
Obs:
milicoulomb: mC = 10-3 C
microcoulomb: μC = 10-6 C
nanocoulomb: nC = 10-9 C
picocoulomb: pC = 10-12 C
Q = 1,6.10-6 C
+
3. (PUC-MG) Em uma experiência de laboratório, constatou-se que um corpo de prova estava eletricamente carregado com uma carga cujo módulo era de 7,2.10-19 C. Considerando-se que a carga do elétron é 1,6.10-19 C, pode-se afirma que:
3,5 elétrons.
4,0 elétrons.
4,5 elétrons.
5,0 elétrons.
Q = n.e
Dados:
Q = 7,2.10-19 C
e = 1,6.10-19 C
n = ?
7,2.10-19 = n.1,6.10-19
n = 7,2.10-19
 1,6.10-19
n = 4,5 elétrons
4. Um corpo tem 2.1018 elétrons e 4.1018 prótons. Como a carga elétrica de um elétron (ou de um próton) vale, em módulo, e = 1,6.10-19 C (carga elementar) pode-se afirmar que o corpo está carregado com uma carga elétrica de:
a) 2,00 C
b) 0,32 C
c) - 0,32 C
d) 0,64 C
e) - 0,64 C
Dados:
nº e- = 2.1018 e-
nº p = 4.1018 p
Q = ?
e = 1,6.10-19 C
Q = n.e
Q = (2.1018) . 1,6.10-19
Q >0
Q = 3,2.10-1
Q = 0,32 C
5. Um corpo inicialmente neutro cedeu 1,0.1020 elétrons. Qual foi a quantidade de carga elétrica adquirida pelo corpo?
Dados:
e = 1,6.10-19 C
n = 1,0.1020 elétrons
Q = ?
Q = n.e
Q = 1,0.1020 . 1,6.10-19
Q = 1,6.101
Q = 1,6 C
	Obs:
		Um corpo eletrizado em contato com a terra será neutralizado, pois se ele tiver falta de elétrons, estes serão doados pela terra e se tiver excesso de elétrons, estes serão descarregados na terra. 
Eletrização por indução eletrostática: 
Este processo de eletrização é totalmente baseado no princípio da atração e repulsão, já que a eletrização ocorre apenas com a aproximação de um corpo eletrizado (indutor) a um corpo neutro (induzido). 
Primeiramente um bastão eletrizado é aproximado de um condutor inicialmente neutro, pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da carga do indutor.
O processo é dividido em três etapas:
O próximo passo é ligar o induzido à terra, ainda na presença do indutor.
Desliga-se o induzido da terra, fazendo com que sua única carga seja a do sinal oposto ao indutor. 
Após pode-se retirar o indutor das proximidades e o induzido estará eletrizado com sinal oposto à carga do indutor e as cargas se distribuem por todo o corpo.
Lei de Coulomb 
Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.
O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou seja:
Onde:
F — força eletrostática (N)
k = k0 — constante elétrica (9.109 N.m²/C²)
Q = q — carga elétrica (C)
d — distância entre as cargas (m)
1. Na figura a seguir estão representadas duas partículas de cargas de mesmo sinal, cujos valores são q1 = 3µC e q2 = 4µC, separadas no vácuo por uma distância de 3 m. (dado: k = 9.109 N.m2/C2).
a) Qual o módulo da força de interação elétrica entre essas partículas?
b) E se a distância for reduzida para 0,3 m?
Dados:
q1 = 3µC
F = ?
k = 9.109 N.m2/C2
F =
32
3.10-6.4.10-6
q2 = 4µC
d = 3m
q1 = 3.10-6C
q2 = 4.10-6C
a)
F =
9
F =
12. 10-6.10-6 .109
F =
12. 10-12.109
9.109 . 
3.10-6.4.10-6
9.109 . 
F =
12. 10-3
F =
0,012 N
Agora é com você!!!
b) E se a distância for reduzida para 0,3 m?
F =
0,32
3.10-6.4.10-6
F =
0,09
F =
1200.10-6.10-6.109
F =
1200. 10-12.109
9.109 . 
3.10-6.4.10-6
9.109 . 
F =
1200. 10-3
F =
1,2 N
F =
0,09
108. 10-6.10-6.109
2. Duas partículas de cargas q1 e q2, de sinais opostos, separadas pela distância d, atraem-se com força de intensidade F = 0,18 N. Qual será a intensidade da força de tração entre essas partículas se a distância d entre elas torna-se três vezes maior?
Dados:
F =
(3.d)2
q1.q2
k . 
F =
0,02 N
F = 0,18 N
F = ?
0,18 =
F =
1 
9
d2
q1.q2
.k . 
F =
1 
9
. 0,18
3. Considere as afirmações abaixo:
I. Um corpo, ao ser eletrizado, ganha ou perde elétrons.
II. É possível eletrizar uma barra metálica por atrito, segurando-a com a mão, pois o corpo humano é de material semicondutor.
III. Estando inicialmente neutro, atrita-se um bastão de plástico com lã e, consequentemente, esses dois corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor e naturezas (sinais) opostos.
Assinale:
a) se somente I está correta.
b) se somente II está correta.
c) se somente III está correta.
d) se II e III estão corretas.
e) se I e III estão corretas.
4. Três esferas idênticas, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme mostra a figura. Em determinado instante, a esfera A (QA = 20 μC) toca a esfera B (QB = - 2 μC); após alguns instantes, a esfera A afasta-se e toca na esfera C (Qc = - 6 μC), retornando à posição inicial.
Após os contatos descritos, as cargas das esferas A, B e C são, respectivamente, iguais a (em μC):
a) QA = 1,5; QB = 9,0;QC = 1,5
b) QA = 1,5; QB = 11; QC = 9,0
c) QA = 2,0; QB = -2,0; QC = -6,0
d) QA = 9,0; QB = 9,0; QC = 9,0
e) QA = 9,0; QB = 9,0; QC = 1,5
4. Três esferas idênticas, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme mostra a figura. Em determinado instante, a esfera A (QA = 20 μC) toca a esfera B (QB = - 2 μC); após alguns instantes, a esfera A afasta-se e toca na esfera C (Qc = - 6 μC), retornando à posição inicial.
Após os contatos descritos, as cargas das esferas A, B e C são, respectivamente, iguais a (em μC):
Esfera A toca a esfera B:
QA → QB =
20 + (- 2)
2
18
2
=
=
9µC
Esfera A toca a esfera C:
QA → QC =
 9 + (- 6)
2
3
=
=
1,5 µC
2
Portanto:
QA = 1,5 µC
QB = 9 µC
QC = 1,5 µC
5. Duas pequenas esferas condutoras idênticas, P e Q, estão eletrizadas com cargas de - 2 µC e 8 µC, respectivamente. Elas são colocadas em contato e, em seguida, separadas por uma distância de 30 cm, no vácuo. A força de interação elétrica entre elas, e a intensidade dessa força, serão, respectivamente, de (dado: k= 9.109 N.m2/C2)?
F =
0,32
(3.10-6)2
9.109 . 
F =
900 . 10-3
QP → QQ =
 - 2 + 8
2
6
2
=
3µC
QP → QQ =
QP = - 2 µC
Dados:
QQ = 8 µC
k= 9.109 N.m2/C2
d= 30 cm
F =
0,09
9.10-12
9.109 . 
F =
0,09
81.109 . 10-12
F =
9 . 10-1 N
→ 0,3 m
6. Um corpo que tenha sido eletrizado com uma carga de 10 µC deverá ter recebido, aproximadamente, em elétrons:
a) Algumas dúzias.
b) Entre 104 e 1010.
c) Várias centenas.
d) Entre 1011 e 1015.
e) Alguns milhares.
Q = n.e
10.10-6 = n.1,6.10-19
n = 10.10-6
 1,6.10-19
n = 6,25 . 1013 elétrons
Dados:
Q = 10 µC 
e = 1,6.10-19 C
n = ?
Condutores e isolantes elétricos
A facilidade com que os corpos perdem ou recebem elétrons depende de diversas características.
Uma das mais importantes é o tipo de material que compõe esse corpo.
Por essa razão, materiais metálicos como:
Ouro
Cobre
Ferro
Alumínio
São bons condutores elétricos.
No entanto, existem materiais que praticamente não permitem a troca de elétrons.
São os isolantes elétricos.
É o que ocorre, por exemplo, em materiais:
Plástico
Borracha
Vidro
Cortiça
Fios condutores
Fios elétricos são utilizados nas ligações para distribuição da energia elétrica.
Os fios elétricos são formados somente por um fio sólido, de material condutor, com diâmetro constante. 
Os cabos, por vários fios elétricos finos. 
Comparando um fio e um cabo com mesmo diâmetro, os fios tendem a ser mais rígidos e os cabos são mais maleáveis.
Cabo elétrico composto de vários fios de cobre.
Fio elétrico composto de um único fio de cobre. Ambos possuem uma capa de plástico que funciona como isolante elétrico.
No caso das linhas de transmissão ou distribuição.
Sistemas que ligam as usinas geradoras de energia elétrica até nossas residências, os cabos são feitos de alumínio ou de misturas de alumínio e aço.
Os fios desses cabos precisam ser mais resistentes porque, eles precisam suportar o próprio peso e resistir a ventos e tempestades.
Os elétrons livres dos condutores elétricos movimentam-se em todas as direções. Em certas condições, esses elétrons podem ser colocados em movimento ordenado, isto é, todos seguem para uma mesma direção.
Corrente elétrica
Em 1800, o italiano Alessandro Volta (1745- 1827) construiu um equipamento capaz de produzir corrente elétrica continuamente. Esse aparelho ficou conhecido como pilha de Volta.
A pilha e a tensão elétrica
A invenção de Volta foi um dos primeiros geradores elétricos.
A montagem do italiano era constituída por discos de zinco e cobre, colocados uns sobre os outros alternadamente e separados por pedaços de tecido embebidos em uma solução.
A pilha de Volta deu origem às pilhas que conhecemos atualmente e a outros dispositivos similares, como as baterias de telefones celulares e de relógios.
Todos eles são produtores de energia que transformam energia química em energia elétrica.
A resistência elétrica é a medida da dificuldade que um material oferece à passagem da corrente.
Resistência elétrica
A resistência elétrica de um condutor depende, basicamente, de três características: comprimento, diâmetro e material de que é feito.
Chamamos de resistor os dispositivos utilizados para controlar a intensidade da corrente elétrica.
Chamamos de resistor os dispositivos utilizados para controlar a intensidade da corrente elétrica.
Circuitos elétricos
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Os circuitos elétricos estão presentes em muitos objetos do cotidiano.
Um circuito elétrico é um conjunto de
componentes pelos quais passa a corrente elétrica.
Os circuitos elétricos mais simples são formados por:
Gerador (G): dispositivo que mantém a tensão elétrica entre os seus terminais e permite a produção de corrente elétrica;
Condutores: fios ou cabos que permitem o deslocamento dos elétrons e a conexão de todos os componentes do circuito;
Resistor (R): componente que controla a passagem da corrente elétrica e transforma a energia elétrica em outro tipo de energia.
Interruptor ou chave (Ch): dispositivo que abre ou fecha o circuito, permitindo ou não a passagem da corrente elétrica.
Os circuitos integrados presentes em celulares e computadores são exemplos de circuitos elétricos. Para funcionar, eles precisam estar ligados a uma tomada ou bateria.
O circuito elétrico mais simples pode ser constituído, por exemplo, por um interruptor, uma bateria e uma lâmpada.
Fotografia de um circuito elétrico simples.
Representação ilustrada.
Representação simbólica.
Quando todos os componentes que formam o circuito elétrico estão conectados, dizemos que esse circuito está fechado.
Se um dos componentes não estiver conectado, o circuito está aberto.
É importante destacar que quando os elétrons passam pelos resistores ou outros dispositivos que usam energia elétrica eles não desaparecem nem são consumidos.
O que ocorre é que eles perdem parte de sua energia nesses dispositivos.
Circuito elétrico em série ou em paralelo
O circuito elétrico conectado em série é aquele cujos componentes estão organizados sequencialmente.
Circuito elétrico em série ou em paralelo
Em um circuito conectado em paralelo, dois ou mais componentes estão ligados entre dois pontos em comum.
Circuito elétrico em série ou em paralelo
se uma lâmpada for retirada, ou queimar, a outra apagará.
se uma lâmpada queimar ou for retirada, a outra permanecerá acesa.
1. Responda às questões.
a) Em que condições podemos dizer que um corpo está eletricamente neutro?
b) Por que os metais são bons condutores de corrente elétrica?
c) O que é corrente elétrica?
a) R.: quando um corpo qualquer apresenta o número de prótons igual ao de elétrons dizemos que esse corpo está eletricamente neutro.
b) R.: A capacidade que os metais têm de conduzir eletricidade se explica pela presença da nuvem de elétrons, que conduz corrente elétrica nos fios de eletricidade, não só neles, mas em qualquer objeto metálico.
c) R.: É o movimento ordenado de cargas elétricas (partículas eletrizadas chamadas de íons ou elétrons) dentro de um sistema condutor.
2. As lâmpadas do tipo “pisca-pisca”, comumente empregadas em enfeites de Natal, são associações de pequenas lâmpadas que acendem e apagam alternadamente quando ligadas na tomada. Esses circuitos geralmente apresentam associações mistas, isto é, parte do circuito é montada em série e outra parte é montada em paralelo. O que poderia acontecer caso a associação das lâmpadas fosse somente em série?
R.: Se as lâmpadas fossem ligadas apenas em série, não seria possível fazer aqueles efeitos de ligar alternadamente umas lâmpadas e desligar outras.
Através das associações mistas conseguimos ter diversos efeitos no que se diz respeito à variações de luz e a velocidade que a luz pisca em relação à outra.
3. Os vaga-lumes são insetos bioluminescentes, isto é, eles são capazes de gerar emissões de luz. Fazendo uma comparação do inseto com um circuito elétrico,qual componente ele seria?
R.: Os Vaga-lumes poderiam ser considerado um gerador elétrico, porque transforma energia química em energia luminosa.
4. Você deseja construir um circuito elétrico para acender uma lâmpada. Para obter maior intensidade luminosa, qual dos fios a seguir você utilizaria? Justifique sua escolha.
R.: Para obter o maior brilho, o circuito precisa ter a menor resistência elétrica possível. No caso o FIO 1 que tem menor comprimento e maior diâmetro.
5. Observe o circuito elétrico e responda às questões.
a) Considerando que a posição de uma das duas chaves foi mudada, o que acontece quando se mudar a posição da segunda chave? Explique.
b) Como esse circuito poderia ser modificado para ter mais uma lâmpada ligada a ele em série? E em paralelo?
a) R.: A lâmpada apaga, pois abre-se novamente o circuito e não há passagem da corrente elétrica.
b) R.: Para ligação em série, pode ser colocada uma lâmpada em qualquer lugar do circuito. Já para ligar em paralelo, seria necessário alterá-lo, criando um novo circuito. 
6. (Enem) Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica. Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico. "O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos” – pensou.
Símbolos adotados:
Qual dos circuitos esboçados atende às exigências?
Associação de resistores
Circuito em série:
R1
R2
RT=R1+R2+...+Rn
R1
R2
RT é sempre maior que o maior resistor.
Ω (ohm)
R1=15 Ω
R2=10 Ω
RT=R1+R2
RT=15+10
RT=25 Ω
Circuito paralelo:
R1
R2
R1
R2
RT é sempre menor que o menor resistor.
R1
15 Ω
R2
15 Ω
1. Quando todos os resistores são iguais.
R2
15 Ω
RT = R
qres
RT = 15
3
RT = 5Ω
R1
2 Ω
R2
8 Ω
2. Quando tem dois resistores diferentes.
RT = R1xR2
R1+R2
RT = 2x8
2+8
RT = 16
10
RT = 1,6 Ω
R1
4 Ω
R2
10 Ω
3. Quando tem mais de dois resistores diferentes.
R2
15 Ω
RT = R1xR2
R1+R2
RT = 10x15
10+15
RT = 150
25
RT = 6 Ω
R1
4 Ω
RT
6 Ω
3. Quando tem mais de dois resistores diferentes.
RT = R1xR2
R1+R2
RT = 4x6
4+6
RT = 24
10
RT = 2,4 Ω
Circuito misto:
R2
4 Ω
R3
6 Ω
R1
2,6 Ω
RT = R1xR2
R1+R2
RT = 4x6
4+6
RT = 24
10
RT = 2,4 Ω
Circuito misto:
RT
2,4 Ω
R1
2,6 Ω
RT = R1+R2
RT = 2,6+2,4
RT = 5 Ω
O consumo de energia elétrica
A energia não tem uma fonte inesgotável, e toda energia utilizada em nossas atividades diárias é resultado de algum tipo de transformação.
Equipamentos e aparelhos elétricos – Pág. 54
No Brasil, a energia elétrica é obtida principalmente:
queima de combustíveis
como gás natural, biomassa e derivados do petróleo
Utilizamos a energia elétrica para as mais diversas atividades por meio dos aparelhos eletroeletrônicos. Neles, a energia elétrica pode ser transformada em diversos tipos de energia.
Energia térmica
Energia cinética
Energia luminosa
Energia sonora
os aparelhos de comunicação e informação podem transformar a energia elétrica em luz e som.
O efeito Joule
Qualquer resistor sofre aquecimento quando é percorrido por corrente elétrica. Em alguns casos, esse aquecimento é desejável.
Exemplos.:
É uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo.
Em outros, é indesejável. 
Exemplos.:
Placa de computador
Placa de TV
Reconhecendo um resistor
O físico britânico James Joule (1818-1889) desenvolveu estudos que possibilitaram compreender as relações entre a corrente elétrica que atravessa um resistor e o calor dissipado.
Durante a passagem da corrente elétrica, os elétrons colidem com os átomos do próprio resistor. Nessa colisão, parte da energia cinética dos elétrons é transferida para os átomos e provoca o aumento de sua vibração. Consequentemente, ocorre o aumento da temperatura do resistor. Esse aumento de temperatura é conhecido como efeito Joule. De acordo com ele, podemos afirmar que parte da energia elétrica é transformada em energia térmica.
Potência e consumo de energia elétrica
A eficiência dos aparelhos eletroeletrônicos pode ser medida por sua potência elétrica.
No SI, a potência é medida em watt (W).
quilowatt (kW)
1.000 watts
1HP(1horse-power)=746W
1 BTU = 0,293 W
1MW(1megawatt)=1000000W=1000kW
1cv (1cavalo-vapor)=735W
A potência elétrica dissipada por um condutor é definida como a quantidade de energia térmica que passa por ele durante uma quantidade de tempo.
E - quantidade de energia
Onde:
P - potência
Δt - período de tempo
1. Na maior parte das residências que dispõem de sistemas de TV a cabo, o aparelho que decodifica o sinal permanece ligado sem interrupção, operando com uma potência aproximada de 6 W, mesmo quando a TV não está ligada. O consumo de energia do decodificador, durante um mês (30 dias), seria equivalente ao de uma lâmpada de 60 W que permanecesse ligada, sem interrupção, durante?
Dados do aparelho:
E =
P = 6W
∆t = 30.24 = 720 h
E = ?
6.720
E =
4320 Wh
Dados da lâmpada:
P = 60W
∆t = ?
E = 4320 w
4320 =
60. ∆t
4320
60. ∆t =
4320
∆t =
60
∆t = 72 h
2. Uma lâmpada incandescente de 60 W permanece ligada 8h por dia. O consumo de energia elétrica dessa lâmpada, ao final de um mês, é igual a:
Dados:
P = 60 W
∆t = 8.30 = 240 h
E = ?
E =
60.240
14400 Wh
E =
Para transformar a unidade Wh (watt-hora) em kWh (quilowatt-hora) dividimos o resultado por 1000.
14,4 kWh
E =
3. (UFV) Um chuveiro de 2400 W que funciona 4 h por dia durante 30 dias consome a energia elétrica, em quilowatt-hora, de:
Dados:
P = 2400 W
dividimos por 1000.
E = ?
E =
2400.120
E =
288000 Wh
E =
288 kWh
∆t = 4.30 = 120 h
Magnetismo
O QUE É O MAGNETISMO
É a expressão de uma forma de energia, normalmente associada à forças de atração e repulsão entre alguns tipos particulares de materiais chamados ímãs, especialmente metais e ligas cerâmicas.
83
Hoje é claro que o magnetismo e a eletricidade são fenômenos diretamente relacionados. Esta relação só foi claramente estabelecida no século dezenove. A História do magnetismo iniciou-se muito cedo com os nossos antepassados pertencentes as civilizações da Ásia Menor e foi nesta região conhecida como Magnésia que foram encontradas algumas rochas que tinham o poder de atrair uma outra. 
        Os primeiros fenômenos magnéticos observados foram, sem dúvida, aqueles associados aos chamados imãs naturais, fragmentos das rochas (minério de ferro) encontradas perto da cidade de Magnésia. Esses imãs naturais têm a propriedade de atrair ferro desmagnetizado, o efeito sendo mais pronunciado em certas regiões do imã conhecidas como pólos. Os chineses já sabiam, desde 121 D.C., que um barra de ferro, depois de colocada perto de um imã natural, adquiria e retinha essa propriedade do imã e que quando uma dessas barras era suspensa livremente em torno de um eixo vertical, ela se dispunha, aproximadamente, ao longo da direção geográfica Norte-Sul. Este fenômeno levou a utilização dos imãs como instrumentos de navegação, pelo menos, desde o século XI. Isto significa que a Terra tem um campo magnético próprio, como mostra a Fig. 1. Podemos observar que os pólos Norte e Sul geográficos terrestre estão invertidos com relação aos pólos Norte e Sul magnéticos. 
Durante muitos anos, o estudo dos fenômenos magnéticos esteve restrito aos imãs feitos desse modo. Até 1819, não havia sido mostrada conexão alguma entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Naquele ano, o cientista dinamarquês Hans Christian Oersted (177-1851) observou que um imã pivotado (um agulha de bússola) era defletido quando colocado na vizinhança de um fio por onde passavauma corrente elétrica. Doze anos mais tarde, depois de tentativas que se estenderam por vários anos, o físico inglês Michael Faraday (1791-1867) verificou que aparecia uma corrente momentânea em um circuito quando, em um circuito vizinho, se iniciava ou se interrompia uma corrente. Pouco depois, seguiu-se a descoberta de que o movimento de um imã se aproximando ou se afastando de um circuito produziria o mesmo efeito. Joseph Henry (1797-1878), um cientista americano que veio a ser, mais tarde, havia se antecipado de cerca de uma às descobertas de Faraday; como este último foi o primeiro a publicar os seus resultados, os créditos são-lhe, usualmente, atribuídos. O trabalho de Oersted demonstrou, pois, que efeitos magnéticos podiam ser produzidos por cargas elétricas em movimento, enquanto os de Faraday e de Henry mostraram que correntes podiam ser produzidas por imãs em movimento. 
        Acredita-se, hoje em dia, que os chamados fenômenos magnéticos resultam de forças entre cargas elétricas em movimento. Isto é, cargas em movimento, relativo a um observador, criam tanto um campo magnético quanto um campo elétrico e esse campo magnético exerce força sobre um segunda carga que esteja em movimento em relação ao observador. Como os elétrons nos átomos estão em movimento em torno dos núcleos atômicos e como cada elétron parece estar em rotação contínua em torno de um eixo passando por ele, espera-se que todos os átomos exibam efeitos magnéticos; de fato, verifica-se que este é o caso. A possibilidade de que as propriedades magnéticas da matéria resultassem de minúscula correntes atômicas foi, primeiramente, sugerida por Ampère em 1820. 
        Vimos em aulas anteriores que duas cargas em repouso interagem entre si produzindo uma força. Esta força de interação é dada pela lei de Coulomb: 
                                                                           (1)
Quando ambas as cargas se movem em nosso sistema de referência com velocidades v, como mostra a Fig.1, observa-se experimentalmente que a força agindo em ambas cargas é reduzida de um fator que depende da velocidade das partículas. Veja a animação na Fig. 2. 
 
Fig. 2  - Interação magnética entre cargas elétricas em movimento
        A força resultante assume a seguinte forma; 
                                               (2)
onde c é a velocidade da luz. Observe que a força como definida na equação (2) é composta por dois termos, sendo um deles dependente da velocidade. O termo dependente da velocidade é denominada força magnética (Fm). Assim, a força resultante é composta de duas forças: uma eletrostática (Fe) e a outra magnética (Fm). Observe que Fm só existirá enquanto as partículas estiverem em movimento. 
        Veja na seção "Força de Lorentz" mais algumas propriedades desta força magnética, assim como a sua conexão com a eletricidade. 
Magnetita 
Os ímãs naturais encontrados na natureza, chamados de Magnetitas, são compostos por Óxido de Ferro (Fe3O4).
Os ímãs artificiais são materiais geralmente compostos de metais e ligas cerâmicas aos quais se transmitem as propriedades magnéticas e estes podem ser temporários ou permanentes. 
Propriedades dos imãs
Todo imã apresenta dois polos 
Um polo Norte e polo Sul
N
S
N
N
S
S
S
N
Propriedades dos imãs
Polos iguais se repelem. 
Polos diferentes se atraem.
Propriedades dos imãs
Inseparabilidade dos polos
Não é possível separar os pólos magnéticos de um imã.
Sempre que um imã for dividido, os pedaços serão novos imãs.
N
N
N
S
S
S
Propriedades dos imãs
A intensidade do campo magnético é maior nas extremidades
Propriedades dos imãs
Ponto de Curie
Todo imã natural perde o poder magnético ao atingir uma determinada temperatura.
 Ferro: Temperatura de Curie: 770°C 
 Cobalto: Temperatura de Curie: 1075°C 
 Níquel: Temperatura de Curie: 365°C 
Campo Magnético
Região do espaço em torno de um condutor percorrido por corrente elétrica ou em torno de um ímã.
 Seu sentido se dá do polo Norte para o polo Sul.
Existem linhas de forças.
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1a) Duas linhas de força de um campo magnético nunca se cruzam. 
2a) As linhas de força do campo magnético produzido por uma única massa magnética seriam retilíneas. E as do campo produzido por mais que uma massa magnética são curvas. Como na natureza não existe uma massa magnética isolada, mas elas existem aos pares, formando os ímãs, concluímos que as linhas de força dos campos magnéticos dos ímãs são curvas. A figura 239 mostra a forma das linhas de força do campo de ímã em forma de barra. 
3a) Convencionamos que o sentido da linha de força seja o sentido de deslocamento de uma massa magnética puntiforme norte colocada sobre a linha. Com essa convenção concluímos que as linhas de força “saem” do polo norte e “entram” no polo sul (fig. 239). 
O ângulo formado entre o pólo norte magnético e o verdadeiro pólo norte geográfico da Terra é chamado de ângulo de variação ou declinação 
campo magnético da Terra é mais forte aos pólos norte e sul magnéticos.
Ele é mais fraco próximo ao equador 
Campo Magnético
Campo Magnético
Campo Magnético
Características das linhas de força magnética:
1. São sempre linhas fechadas: saem e voltam a um mesmo ponto.
4.Saem e entram na direção perpendicular às superfícies dos polos;
2. As linhas magnéticas nunca se cruzam; 
3. Fora do ímã, as linhas saem do polo norte e se dirigem para o polo sul e dentro do ímã, as linhas são orientadas do polo sul para o polo norte;
5. Linhas de força magnética existem através de todos os materiais na presença de campo, quer magnéticos ou não-magnéticos. 
Bússola
A 1ª grande invenção tecnológica com o imã.
Acredita-se que foi inventa pelo chineses.
A terra, um grande imã
 Em 1600 Gilbert, considerado o “Pai do Magnetismo”. Foi o primeiro a dizer que a Terra era uma grande magneto William Gilbert (1544-1603): De Magnete 
N
S
96
O núcleo da Terra é composto principalmente de ferro e níquel, e ambos podem ser metais magnéticos. O núcleo interno é sólido, e o núcleo externo é líquido. O magnetismo da Terra não parece se originar do metal em si. Teorias científicas atuais atribuem o magnetismo da Terra a correntes de convecção que movimentam o metal líquido no núcleo externo, aproximadamente 3.000 quilômetros sob a superfície da Terra. Estas podem estar criando correntes elétricas ou, de alguma forma, orientando a magnetização local do metal. 
O campo magnético da Terra é, em sua maior parte, dipolar – o que significa que ele tem um pólo norte magnético e um pólo sul magnético, semelhante a um imã de barra (como de geladeira). 
O Norte e o Sul magnéticos não são os mesmos que o Norte e o Sul geográficos. Isso é chamado de “Declinação Magnética”. A quantidade de diferença depende de sua localização na Terra, e muda gradualmente com o passar do tempo. Quando usamos uma bússola para ler um mapa, precisamos conhecer e levar em conta a declinação magnética. Você também pode ver mapas e calcular a declinação magnética de qualquer localidade do mundo nas páginas de Geomagnetismo do Centro Nacional Americano de Dados Geofísicos (em inglês). Por exemplo:
Para o Rio de Janeiro, em 2005, a declinação magnética é de 18° 52' W, mudando 0° 5' W/ano
Para Moscou, em 2005, a declinação magnética é de 9° 36' E, mudando 0° 6' E/ano
Além de se mover geograficamente, a força do campo magnético também muda com o passar do tempo. Os geólogos podem obter informações sobre o campo magnético de tempos antigos a partir de rochas, principalmente aquelas sob nossos oceanos. Descobriu-se que o campo magnético, às vezes, sofre uma grande diminuição em sua força, e depois se torna forte novamente. Isso é chamado de “excursão”. Em outras épocas, houve uma reversão magnética, na qual o pólo norte magnético se transformou em pólo sul, e o pólo sul se transformou em pólo norte. Nos últimos 10 milhões de anos, tem havido uma média de 4 a 5 reversões a cada milhão de anos. Em outros momentos da históriada Terra, houve períodos muito maiores em que não ocorreu nenhuma reversão.
Campo magnético da Terra
Campo magnético do Sol
Campo magnético de um Ímã
Materiais Magnéticos
Ferromagnéticos (ferro, níquel, cobalto e ligas metálicas (alnico) ), paramagnéticos (alumínio, cromo, platina, manganês e estanho), diamagnéticos (prata, ouro, mercúrio, chumbo, zinco, cobre)
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COBALTO
CO
Elemento metálico de transição cinza claro. Z = 27, configuração eletrônica: [Ar] 4s2 3d7, MA = 58,933, d = 8,9 g.cm-3, PF = 1495ºC, PE = 2870ºC. O cobalto é ferromagnético abaixo da sua temperatura de Curie 1150ºC. Pequenas quantidades de cobalto metálico estão presentes em meteoritos, mas geralmente é extraído de depósitos minerais localizados principalmente no Canadá, México e Congo (ex Zaire). Está presente nos minerais cobaltita (CoAsS), esmaltita (CoAs3) e eritrita ou flores de cobalto (Co3(AsO4)2.8H2O), e também associado a cobre e níquel nos sulfetos e arsenetos. Os minérios de cobalto são geralmente aquecidos ao ar para formação dos óxidos e então reduzidos com carvão ou vapor de água. O cobalto é importante componente de ligas metálicas. É usado em aços inoxidáveis e em ligas resistentes à oxidação em altas temperaturas, para hélices de turbinas e ferramentas de corte. 
Eletromagnetismo
Experimento de Oersted
Campo Magnético 
Em um fio condutor
Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, cria-se um campo magnético em torno do fio.
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
PILHA
PILHA
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
Campo Magnético
Sentido das linhas de campo magnético
O sentido das linhas de campo magnético é determinado pela regra da mão esquerda.
Eletroímã
NSNS
S
N
S
N
SNSN
SNSN