MATERIAL DE APOIO MAGNETISMO

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MAGNETISMO

Escola Estadual “13 de Maio”

Campo Magnético

É a região próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro.

Compare campo magnético com campo gravitacional ou campo elétrico e verá que todos estes têm as características equivalentes.

Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por B. Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor Bterá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o pólo norte magnético da agulha.

Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. Estas são orientadas do pólo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor B tangencia estas linhas.

As linhas de indução existem também no interior do ímã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do pólo sul ao pólo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.

Campo Magnético Uniforme

De maneira análoga ao campo elétrico uniforme, é definido como o campo ou parte dele onde o vetor de indução magnética é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido. Assim sua representação por meio de linha de indução é feita por linhas paralelas e igualmente espaçadas.

A parte interna dos imãs em forma de U aproxima um campo magnético uniforme.

Efeitos de um campo magnético sobre carga

Como os elétrons e prótons possuem características magnéticas, ao serem expostos à campos magnéticos, interagem com este, sendo submetidos a uma força magnética F_M.

Supondo:

• Campos magnéticos estacionários, ou seja, que o vetor campo magnético B em cada ponto não varia com o tempo;
• Partículas com uma velocidade inicial V no momento da interação;
• E que o vetor campo magnético no referencial adotado é B;

Podemos estabelecer pelo menos três resultados:

Carga elétrica em repouso

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas em repouso."

Tendo um Ímã posto sobre um referencial arbitrário R, se uma partícula com carga q for abandonada em sua vizinhança com velocidade nula não será observado o surgimento de força magnética sobre esta partícula, sendo ela positiva negativa ou neutra.

Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campo

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas que tem velocidade não nula na mesma direção do campo magnético."

Sempre que uma carga se movimenta na mesma direção do campo magnético, sendo no seu sentido ou contrário, não há aparecimento de força eletromagnética que atue sobre ela. Um exemplo deste movimento é uma carga que se movimenta entre os pólos de um Ímã. A validade desta afirmação é assegurada independentemente do sinal da carga estudada.

Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico

Quando uma carga é abandonada nas proximidades de um campo magnético estacionário com velocidade em direção diferente do campo, este interage com ela. Então esta força será dada pelo produto entre os dois vetores, B e V e resultará em um terceiro vetor perpendicular a ambos, este é chamado um produto vetorial e é uma operação vetorial que não é vista no ensino médio.

Mas podemos dividir este estudo para um caso peculiar onde a carga se move em direção perpendicular ao campo, e outro onde a direção do movimento é qualquer, exceto igual a do campo.

• Carga com movimento perpendicular ao campo

Experimentalmente pode-se observar que se aproximarmos um ímã de cargas elétricas com movimento perpendicular ao campo magnético, este movimento será desviado de forma perpendicular ao campo e à velocidade, ou seja, para cima ou para baixo. Este será o sentido do vetor força magnética.

A intensidade de B será dada pelo produto vetorial F_M x v, que para o caso particular onde B e V são perpendiculares é calculado por:

B= F_M

    /q/ v

A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina, em homenagem ao físico iugoslavo Nikola Tesla.

Consequentemente a força será calculada por:

F= B /q/ v

Medida em newtons (N)

• Carga movimentando-se com direção arbitrária em relação ao campo

Como citado anteriormente, o caso onde a carga tem movimento perpendicular ao campo é apenas uma peculiaridade de interação entre carga e campo magnético. Para os demais casos a direção do vetor F_M será perpendicular ao vetor campo magnético B e ao vetor velocidade V.

Para o cálculo da intensidade do campo magnético se considera apenas o componente da velocidade perpendicular ao campo, ou seja, v sen t, sendo t o ângulo formado entre B e v então substituindo v por sua componente perpendicular teremos:

B=      F     => F= B /q/v . sen t

  /q/ v . sen t  

Aplicando esta lei para os demais casos que vimos anteriormente, veremos que:

• se v = 0, então F = 0
• se t = 0° ou 180°, então sem t = 0, portanto F = 0
• se t= 90°, então sem  = 1, portanto. F= B /q/ v

Regra da mão direita

Um método usado para se determinar o sentido do vetor F_M é a chamada regra da mão direita espalmada. Com a mão aberta, se aponta o polegar no sentido do vetor velocidade v e os demais dedos na direção do vetor campo magnéticos.

Para cargas positivas, vetor F_M terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai da palma da mão.

Para cargas negativas, vetor F_M terá a direção de uma linha que atravessa a mão, e seu sentido será o de um vetor que sai do dorso da mão, isto é, o vetor que entra na palma da mão.

Efeito Hall

Em 1879, durante experiências feitas para se medir diretamente o sinal dos portadores de carga em um condutor Edwin H. Hall percebeu um fenômeno peculiar.

Na época já se sabia que quando o fio percorrido por corrente elétrica era exposto a um campo magnético as cargas presentes neste condutor eram submetidos a uma força que fazia com que seu movimento fosse alterado.

No entanto, o que Edwin Hall descreveu foi o surgimento de regiões com carga negativa e outras com carga positiva no condutor, criando um campo magnético perpendicular ao campo gerado pela corrente principal.

Em sua homenagem este efeito ficou conhecido como Efeito Hall.

OBRA E VIDA

FÍSICOS


1.    Charles A. de Coulomb    1º BIMESTRE
2.    Charles du Fay                 1º BIMESTRE

TENSÃO ELÉTRICA

Tensão Elétrica

Tensão elétrica – (volts = V)

Para que haja movimento de elétrons em um circuito é necessário que alguma força ou pressão apareça para fazer com que esses elétrons se movimentem. A esta pressão damos o nome de diferença de potencial (d.d.p.), voltagem, tensão ou forçaeletromotriz (f.e.m.), que nos é dada em volts.

Analogamente podemos considerar que a tensão elétrica pode ser comparada com a pressão de um sistema hidráulico e, portanto, a “isolação” de um condutor é comparativamente à espessura de um duto hidráulico, dimensionado para suportar a pressão.

A tensão elétrica pode ser isolada por diversos métodos: através de materiais isolantes aplicados diretamente nos condutores; através de distanciamentos, afastamentos entre os condutores sendo que, neste caso, o isolante é o ar.

Quanto maior for a tensão elétrica, maior deve ser a isolação do condutor para que não ocorra falha. Analogamente ao circuito hidráulico, onde quanto maior a pressão da água maior deve ser a espessura deste duto.

Conceito:

Tensão elétrica: diferença de potencial elétrico entre dois pontos, capaz de gerar movimento ordenado de elétrons entre um ponto e outro.

Abaixo instrumento de medida da tensão elétrica (voltímetro) que é dado em volts:

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Acima um aparelho de medição de tensão analógico, abaixo a forma em que é inserido no circuito, paralelo a medição.

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Corrente Alternada

É o movimento ordenado de cargas elétricas, porém com sentido que muda de um instante para o outro.

A quantidade de vezes em que este sentido de uma corrente elétrica muda dentro de um determinado tempo denominado de frequência.

As usinas geradoras de energia elétrica produzem tensão e corrente elétrica alternada.

É este tipo de tensão que encontramos nas tomadas de nossas residências e fábricas.

Abaixo símbolo de um gerador de tensão alternada:

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Abaixo a forma da tensão alternada em forma de gráfico:

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Frequência é igual ao número de oscilação (período) em um segundo. A unidade de medida da frequência é o Hertz.

No Brasil a frequência é 60 Hertz. Ou seja, em um segundo a tensão elétrica muda de polarização 119 vezes.

Aterramento

Toda máquina e dispositivos metálicos com acionamento e automatização elétrica tem que ser aterrado conforme a norma da ABNT ( Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Sua finalidade é proteger as pessoas que estiverem em contato físico com a máquina ou equipamento.

O aterramento é feito com hastes de cobre fincadas no solo, que de acordo com as necessidades e condições do solo podem ser em malha fechada ou aberta, sua resistência é medida com aparelho próprio para esta finalidade chamado de terrômetro.

Considerando que um equipamento está com fuga de corrente elétrica através de seu corpo metálico, exemplificaremos um equipamento com aterramento e um sem, o caminho que a fuga encontrará até a terra:

Corrente Elétrica

Corrente elétrica –( Ampère – A)

Esta unidade define a intensidade elétrica de cargas (elétrons) que fluem através dos condutores elétricos. A corrente elétrica pode ser comparada a quantidade de água que passa dentro de um cano. Quanto maior a quantidade de água maior terá de ser a seção do cano para que permita a passagem de água sem danos.

Assim se comporta a corrente elétrica, também chamada de amperagem. A seção dos condutores elétricos (cabos e fios) deve ser devidamente compatível para permitir a passagem de corrente sem provocar aquecimento.

Quanto maior for a intensidade da corrente maior deverá ser a seção do condutor.

No caso da água, a unidade de medida em relação ao tempo é litros por segundos, ou seja, a quantidade de litros que estiver passando num determinado ponto do encanamento durante um segundo. Toda vez que passar uma corrente de elétrons em um circuito elétrico ela poderá também ser medida.

Quando num ponto qualquer de um circuito elétrico passar 6,28 milhões de elétrons diz-se que passou um Coulomb, medida essa utilizada para medir cargas elétricas.

Porém, se passar num ponto do mesmo circuito um Coulomb de elétrons no tempo de um segundo a corrente será de um ampère.

1 A = 1 Coulomb/ segundo

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