? Para gerar uma corrente eléctrica, precisamos ou não de ...dulce-campos.com/wordpress/wp-content/uploads/2009/03/web... · em virtude do nome da cidade onde foram descobertos

ELECTROMAGNETISMO Mai-09

Dulce Godinho 1

Mai-09 Dulce Godinho 1

?? Para gerar uma Para gerar uma corrente elcorrente elééctrica, ctrica, precisamos ou não precisamos ou não de dispor de uma de dispor de uma pilha ou de uma pilha ou de uma

bateriabateria??



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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃOAs primeiras observações de fenómenos

magnéticos são muito antigas. Acredita-se que estas observações foram realizadas pelos gregos, numa cidade denominada Magnésia. Eles verificaram que existia um certo tipo de pedra que era capaz de atrair pedaços de ferro

ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMO


INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO SabeSabe--se actualmente que essas pedras, se actualmente que essas pedras,

denominadas denominadas íímãs naturaismãs naturais, são constitu, são constituíídas das por um certo por um certo óóxido de ferro.xido de ferro.

O termo O termo ““magnetismomagnetismo”” foi, então, usado para foi, então, usado para designar o estudo das propriedades destes designar o estudo das propriedades destes íímãs, mãs, em virtude do nome da cidade onde foram em virtude do nome da cidade onde foram descobertos.descobertos.

ObservouObservou--se que um pedase que um pedaçço de ferro, colocado o de ferro, colocado nas proximidades de um nas proximidades de um íímã natural, adquiria mã natural, adquiria as mesmas propriedades de um as mesmas propriedades de um íímã mã (magnetiza(magnetizaçção), obtendo assim ão), obtendo assim íímãs mãs nãonão--naturaisnaturais ((íímãs artificiaismãs artificiais).).



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FenFenóómenos Magnmenos Magnééticosticos Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos

com maior intensidade por certas partes do ímã, as quais foram denominadas pólos do ímã.

Um ímã possui sempre dois pólos com comportamentos opostos. O pólo norte e o pólo sulmagnéticos


Limalha de ferro

Pólo Pólo


FenFenóómenos Magnmenos Magnééticosticos VerificaVerifica--se que dois se que dois íímãs em forma de barra, quando mãs em forma de barra, quando

aproximados um do outro apresentam uma foraproximados um do outro apresentam uma forçça de a de interacinteracçção entre eles.ão entre eles.


PPóólos iguais repelemlos iguais repelem--se e pse e póólos diferentes atraemlos diferentes atraem--sese

S NS N

Repulsão Atração

N S S N


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FenFenóómenos Magnmenos Magnééticos ticos -- Propriedade de Propriedade de inseparabilidadeinseparabilidade dos pdos póóloslos


••Cortemos um Cortemos um íímã em duas partes iguais, que por sua mã em duas partes iguais, que por sua vez podem ser vez podem ser redivididasredivididas em outras tantas.em outras tantas.••Cada uma dessas partes constitui um novo Cada uma dessas partes constitui um novo íímã que, mã que, embora menor, tem sempre dois pembora menor, tem sempre dois póólos.los.••Esse processo de divisão pode continuar atEsse processo de divisão pode continuar atéé que se que se obtenham obtenham áátomos, que tem a propriedade de um tomos, que tem a propriedade de um íímã.mã.

N S

N S N S

N S N S N S N S

N S N S N S N S N S N S N S N S


FenFenóómenos Magnmenos Magnééticos ticos –– A BA Búússolassola A bA búússola foi a primeira aplicassola foi a primeira aplicaçção prão práática dos tica dos

fenfenóómenos magnmenos magnééticos.ticos.

ÉÉ constituconstituíída por um pequeno da por um pequeno íímã em forma de mã em forma de losango, chamado agulha magnlosango, chamado agulha magnéética, que pode tica, que pode movimentarmovimentar--se livrementese livremente..


N (geográ fico)

S (geográ fico)


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FenFenóómenos Magnmenos Magnééticos ticos –– A BA Búússolassola O pO póólo norte do lo norte do íímã aponta aproximadamente mã aponta aproximadamente

para o ppara o póólo norte geogrlo norte geográáfico.fico.

O pO póólo sul do lo sul do íímã aponta aproximadamente mã aponta aproximadamente para o ppara o póólo sul geogrlo sul geográáfico.fico.


N

S

Norte geográfico

Sul geográfico


FenFenóómenos Magnmenos Magnééticos ticos -- ““O O ÍÍmã Terramã Terra””


•A Terra comporta-se como um grande ímã cujo pólo magnético norte épróximo ao pólo sul geográfico e vice-versa.

•Os pólos geográficos e magnéticos da Terra não coincidem.

Sul magnético

Norte magnético

Norte geográfico

Sul geográfico


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Campo Campo MagnMagnééticotico


DefineDefine--se como se como campocampo magnmagnéético toda região do tico toda região do espaespaçço em torno de um condutor percorrido por o em torno de um condutor percorrido por corrente elcorrente eléétrica ou em torno de um trica ou em torno de um íímã.mã.

A cada ponto A cada ponto PP do campo magndo campo magnéético, associaremos tico, associaremos um um vector vector BB , denominado , denominado vector induvector induçção ão magnmagnéética ou vector campo magntica ou vector campo magnééticotico..

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de intensidade do de intensidade do vector vector BB denominadenomina--se se teslatesla(s(síímbolo T).mbolo T).


DirecDirecççãoão e sentido e sentido do do vectorvector BB Uma agulha magnUma agulha magnéética, tica,

colocada em um ponto colocada em um ponto dessa região, orientadessa região, orienta--se se na direna direçção do ão do vectorvector BB

O pO póólo norte da agulha lo norte da agulha aponta no sentido do aponta no sentido do vectorvector BB ..

A agulha magnA agulha magnéética tica serve como elemento de serve como elemento de prova da existência do prova da existência do campo magncampo magnéético num tico num ponto.ponto.


NS

NS

NS

N

S

B1

B2

B3


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Linhas de Campo MagnLinhas de Campo Magnééticotico


ChamaChama--se linha de campo magnse linha de campo magnéético toda linha que, em cada ponto, tico toda linha que, em cada ponto, éé tangente ao tangente ao vector vector BB e e éé orientada no seu sentidoorientada no seu sentido

As linhas de campo magnAs linhas de campo magnéético ou linhas de indutico ou linhas de induçção são obtidas ão são obtidas experimentalmente.experimentalmente.

As linhas de induAs linhas de induçção, são externas ao ão, são externas ao íímã, saem do pmã, saem do póólo norte e lo norte e chegam ao pchegam ao póólo sul.lo sul.

As linhas de induAs linhas de induçção são uma ão são uma simples representasimples representaçção grão grááfica da fica da variavariaçção do ão do vector vector BB..

Linha de campo

1

2

B2

B1


Linhas de CampoLinhas de Campo


Linhas de induLinhas de induçção obtidas ão obtidas experimentalmente com limalha experimentalmente com limalha

de ferro. Cada partde ferro. Cada partíícula da cula da limalha comportalimalha comporta--se como uma se como uma

pequena agulha magnpequena agulha magnéética.tica.

NS

Íman em forma de barra


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Linhas de CampoLinhas de Campo


N SP1 B

P2 B

P3 B

Campo magnCampo magnéético tico uniforme uniforme éé aquele aquele no qual, em todos no qual, em todos

os pontos, o os pontos, o vectorvector BB tem a tem a

mesma direcmesma direcçção, o ão, o mesmo sentido e a mesmo sentido e a

mesma mesma intensidade.intensidade.


ClassificaClassificaçção das Substâncias Magnão das Substâncias Magnééticasticas


Substâncias FerromagnSubstâncias Ferromagnééticasticas:: são aquelas que apresentam facilidade de magnetização quando em presença de um campo magnético. Ex: ferro, cobalto, níquel, etc.

Substâncias ParamagnSubstâncias Paramagnééticas:ticas: são difíceis de magnetizar quando em presença de um campo magnético. Ex: madeira, couro, óleo, etc.

Substâncias Substâncias DiamagnDiamagnééticasticas:: são aquelas que se magnetizam em sentido contrário ao vector campo magnético a que são submetidas. Corpos formados por essas substâncias são repelidos pelo ímã que criou o campo magnético. Ex: cobre, prata, chumbo, bismuto, ouro, etc.


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MagnetizaMagnetizaçção Transitão Transitóória e Permanenteria e Permanente


ÍÍmãs permanentesmãs permanentes são aqueles que, uma vez magnetizados, conservam suas características magnéticas.

ÍÍmãs transitmãs transitóóriosrios são aqueles que, quando submetidos a um campo magnético, passam a funcionar como ímãs; assim que cessa a acção do campo, ele volta às características anteriores.


AtAtéé o ano de 1820o ano de 1820, os cientistas , os cientistas pensavam que os fenpensavam que os fenóómenos elmenos elééctricos e ctricos e magnmagnééticos eram totalmente independentes, ticos eram totalmente independentes, isto isto éé, que não havia qualquer rela, que não havia qualquer relaçção entre ão entre eles eles

Nesse ano, o fNesse ano, o fíísico dinamarquês Hans sico dinamarquês Hans ChristianChristianOerstedOersted, professor da Universidade de , professor da Universidade de CopenhagueCopenhague, realizou uma experiência que se , realizou uma experiência que se tornou famosa por alterar completamente tornou famosa por alterar completamente essas ideias essas ideias

ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMOHans Hans ChristianChristian OerstedOersted (1771 (1771 -- 1851)1851)


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Experiência de Experiência de OerstedOersted -- ObservaObservaççõesões


1.1. Um fio rectilUm fio rectilííneo (no qual não neo (no qual não havia corrente elhavia corrente elééctrica) foi ctrica) foi colocado prcolocado próóximo a uma agulha ximo a uma agulha magnmagnéética, orientada livremente tica, orientada livremente na direcna direcçção norteão norte--sul;sul;

2.2. Fazendo passar uma corrente no Fazendo passar uma corrente no fio, observoufio, observou--se que a agulha se se que a agulha se desviava;desviava;

3.3. InterrompendoInterrompendo--se a corrente no se a corrente no fio, a agulha voltava a se orientar fio, a agulha voltava a se orientar na direcna direcçção norteão norte--sul. sul.


Experiência de Experiência de OerstedOersted


•A corrente eléctrica que passou no fio actuou sobre a agulha magnética de maneira semelhante a um ímã que fosse colocado próximo à agulha.

•Por outras palavras, a corrente eléctrica criou um campo magnético no espaço em torno dela, e esse campo foi o agente responsável pelo desvio da agulha magnética.

InterpretaInterpretaççãoão


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Experiência de Experiência de OerstedOersted


ConclusãoConclusão

••Como jComo jáá sabemos que a corrente elsabemos que a corrente elééctrica ctrica ééconstituconstituíída por cargas elda por cargas elééctricas em movimento, ctricas em movimento, podemos tirar a seguinte conclusão:podemos tirar a seguinte conclusão:

cargas elcargas elééctricas em movimento ctricas em movimento (corrente el(corrente elééctrica) criam, no espactrica) criam, no espaçço o

em torno delas, um campo em torno delas, um campo magnmagnéético. tico.


Campo magnético criado por um condutor rectilíneo


O campo magnO campo magnéético produzido pela tico produzido pela corrente elcorrente elééctrica que percorre um fio ctrica que percorre um fio rectilrectilííneo depende basicamente de dois neo depende basicamente de dois factores: factores:

••da intensidade da corrente e da intensidade da corrente e

••da distância ao fio da distância ao fio

Quanto maior for o valor da corrente, maior serQuanto maior for o valor da corrente, maior seráá o campo o campo magnmagnéético criado por ela. tico criado por ela.

Por outro lado, quanto maior for a distância ao fio, menor Por outro lado, quanto maior for a distância ao fio, menor serseráá o valor do campo magno valor do campo magnéético tico


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Efeito Magnético da Corrente Eléctrica


Que utilização prática?

ELECTROÍMAN

O conhecimento do efeito magnO conhecimento do efeito magnéético da corrente tico da corrente elelééctrica possibilitou a constructrica possibilitou a construçção de aparelhos ão de aparelhos

medidores que utilizassem ponteiros medidores que utilizassem ponteiros


ELECTROÍMAN


Uma bobina, ou Uma bobina, ou solensolenóóideide, , éé constituconstituíída da por um fio enrolado vpor um fio enrolado váárias vezes, rias vezes, tomando uma forma ciltomando uma forma cilííndrica. ndrica.

Cada uma das voltas do fio da bobina Cada uma das voltas do fio da bobina ééuma uma espiraespira. .

LigandoLigando--se as extremidades da bobina se as extremidades da bobina a uma bateria, isto a uma bateria, isto éé, estabelecendo, estabelecendo--se uma corrente em suas espiras, essa se uma corrente em suas espiras, essa corrente cria um campo magncorrente cria um campo magnéético no tico no interior do interior do solensolenóóideide


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ELECTROÍMAN


O valor de BB, ao longo do eixo central, depende da intensidade da corrente eléctrica, do número de espiras e do comprimento do solenóide.

A intensidade de um electroíman depende também do facilidade com que o material em seu interior émagnetizado. A maior parte dos electroímanes são feitos de ferro puro, que se magnetiza facilmente.



São utilizados nas campainhas eléctricas, telégrafos, telefones, amperímetros, voltímetros, motores, etc .

ELECTROELECTROÍÍMANMAN


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ElectroElectroííman (bobina mman (bobina móóvel), fixado a um vel), fixado a um eixo que pode girar. eixo que pode girar.




Ao aproximarmos da bobina um dos Ao aproximarmos da bobina um dos ppóólos de um los de um íímã, o ponteiro do mã, o ponteiro do amperamperíímetro sofrermetro sofreráá um desvio, um desvio,

revelando que uma corrente percorre o revelando que uma corrente percorre o circuito. Quando o circuito. Quando o íímã pmã páára, o ponteiro ra, o ponteiro retorna a zero, assim permanecendo retorna a zero, assim permanecendo

enquanto o enquanto o íímã não voltar a movermã não voltar a mover--se. se.

Criou-se uma corrente nesse circuito sem usar pilhas, baterias

ou outros dispositivos semelhantes. As correntes

geradas recebem o nome de correntes induzidas.

O fenO fenóómeno meno éé chamado chamado

InduInduçção Electromagnão Electromagnééticatica

NikolaNikola TeslaTesla (1856 (1856 -- 1943)1943)


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InduInduçção Electromagnão Electromagnééticatica


Que utilização prática?

GERADORES TRANSFORMADORES

DDÍÍNAMOSNAMOSALTERNADORESALTERNADORES


GeradorGerador

ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMOMichael Michael FaradayFaraday (1791 (1791 -- 1867) 1867)

O gerador de corrente alternada é uma aplicação da indução electromagnética. Por meio desse dispositivo,

consegue-se

converter energia mecânica em energia converter energia mecânica em energia elelééctricactrica.

Um gerador de corrente alternada é constituído basicamente por uma espira (ou um conjunto de espiras) que gira numa região onde existe um campo magnético.


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Os grandes geradores de corrente alternada, encontrados nas barragens, funcionam de maneira semelhante. A energia de uma queda de água é usada para colocar em rotação estes geradores, transformando, então, grandes quantidades de energia mecânica em energia eléctrica.



Transformador A energia elA energia elééctrica produzida nas ctrica produzida nas barragens barragens éé levada, mediante levada, mediante condutores de electricidade, aos condutores de electricidade, aos lugares mais adequados para o seu lugares mais adequados para o seu aproveitamento aproveitamento

Para o transporte da energia atPara o transporte da energia atééos pontos de utilizaos pontos de utilizaçção, não ão, não bastam fios e postes. Toda a rede bastam fios e postes. Toda a rede de distribuide distribuiçção depende ão depende estreitamente dos estreitamente dos transformadorestransformadores, que elevam a , que elevam a tensão ou a baixam. tensão ou a baixam.

Eles resolvem não sEles resolvem não sóó um problema um problema econeconóómico, reduzindo os custos da mico, reduzindo os custos da transmissão transmissão àà distância de energia, distância de energia, como melhoram a eficiência do como melhoram a eficiência do processo. processo.


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Os Os geradoresgeradores que produzem energia precisam que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão e distribuialimentar a rede de transmissão e distribuiçção ão com um valor de tensão adequado, tendo em com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das caracterdepende das caracteríísticas do prsticas do próóprio geradorprio gerador

A tensão que alimenta os aparelhos A tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de construconsumidores, por razões de construçção e ão e sobretudo de seguransobretudo de segurançça, tem valor baixo, nos a, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 ou 220) geral, 110 ou 220)

PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE ENERGIA ELÉCTRICA



Nas linhas de transmissão a perda de potência por liberação de calor é proporcional àresistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i2) EFEITO JOULE

Para diminuir a resistência dos condutores seria necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte absurdamente caro

SOLUÇÃO?


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Uso do transformador que aumenta a tensão, nas saídas das linhas da barragem, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desça a níveis razoáveis (P = U.i)

A potência transportada não se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmissão estará dentro dos limites aceitáveis



Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adoptar tensões cada vez mais elevadas, alcançando em alguns casos a 400.000 volt.

Quando a energia eléctrica chega aos locais de consumo, outros transformadores abaixam a tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suas necessidades.


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Consiste de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo).

Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional àintensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento.

O QUE O QUE ÉÉ UM TRNSFORMADORUM TRNSFORMADOR


Relação entre as voltagens e correntes nos enrolamentos


VpVp/Vs = /Vs = NpNp//NsNs

IpIp//IsIs = = NsNs//NpNp

Transformador ideal (não dissipa energia)

Voltagem:Voltagem:

Corrente:Corrente:Ns – nº espiras no secundárioNp – nº espiras no primário

Com cem espiras no primário e cinquenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 ampere, sob 110 volt, fornece no secundário, uma corrente de 2 amperes sob 55 volts.


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TRANSFORMADORES


?? Para gerar uma Para gerar uma corrente elcorrente elééctrica, ctrica, precisamos ou não precisamos ou não de dispor de uma de dispor de uma pilha ou de uma pilha ou de uma

bateriabateria??

NÃO


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FIM


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