Unidade 3

Noções de Magnetismo e Eletromagnetismo

Nesta terceira unidade, você estudará os conceitos básicos em relação ao magnetismo e eletromagne-tismo.

Objetivos da UnidadeObjetivos da Unidade

Definir campo magnético;

Definir fluxo magnético;

Entender os conceitos relacionados com eletromagnetismo;

Conhecer a permeabilidade magnética dos materiais.

Objetivos da UnidadeConteúdos da Unidade

Campo magnético;

Linhas de força magnética;

Fluxo Magnético;

Eletromagnetismo;

Permeabilidade magnética;

Exercícios propostos.

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1 MAGNETISMO

Os ímãs naturais, conhecidos como magnetita, foram descobertos na China, por volta de 2600 A.C, natural com propriedade de atração do ferro. O campo magnético produzido por um imã em forma de barra tem o aspecto da figura abaixo, onde se indicam os dois polos: NORTE e SUL.

Figura 09: Campo magnético produzido por um imã

Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/campo-magnetico.htm

Quanto mais forte o imã, mais linhas de forças compõe o circuito fechado magnético. Além disso, é importante observar que as linhas de campo de indução magnética geradas por imã “nascem” no polo NORTE e “morrem” no polo SUL dos ímãs.

O conceito de polo magnético é análogo ao da carga elétrica. Polos magnéticos (norte e sul) e cargas elétricas (positivas e negativas) de nomes contrários atraem-se, e os de mesmos nomes repelem-se.

Assim, muitos dos elétrons dos átomos dos ímãs, girando ao redor de seus núcleos em direções de-terminadas e em torno de seus próprios eixos, produzem um efeito magnético em uma mesma dire-ção. Resulta, então, na resultante magnética externa, a qual é conhecida como Campo Magnético, representado pelas Linhas de Campo. Devido ao campo magnético que percebemos os fenômenos magnéticos.

O magnetismo tem importância fundamental em quase todos os equipamentos eletroeletrônicos mais usados na indústria, no comércio, nas residências e na pesquisa. Geradores de energia, motores elétricos, transformadores, disjuntores, equipamentos de telecomunicações, sistemas de iluminação, etc.

Noções de Magnetismo e Eletromagnetismo

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1.1 Campo Magnético

Campo Magnético é a região ao redor de um imã, na qual se observa um efeito magnético, o qual é percebido pela ação de uma Força Magnética de atração ou de repulsão. O campo magnético pode ser definido pela medida da força que o campo exerce sobre o movimento das partículas de carga, tal como um elétron.

1.2 Fluxo Magnético

O fluxo magnético (Ø) é um conjunto de todas as linhas de campo que atingem perpendicularmente uma dada área, como mostra a figura 10.

Figura 10: Linhas de campo magnético atravessando uma superfície plana

Fonte: http://www.mundoeducacao.com/fisica/fluxo-magnetico.htm

A unidade de Fluxo Magnético é o Weber (Wb) e, por ter uma dada orientação (direção e sentido), o fluxo magnético é uma grandeza vetorial.

A densidade de Campo Magnético, também conhecida como Densidade de Fluxo Magnético ou simplesmente Campo Magnético, é uma grandeza vetorial representada pela letra B, cuja unidade é o Tesla (T), determinada pela relação entre o Fluxo Magnético φ e a área de uma dada superfície perpendicular à direção do fluxo magnético. Assim:

B = φ A

Onde:B – Densidade de Campo Magnético ou Densidade de Fluxo Magnético, Tesla (T);φ – Fluxo Magnético, Weber (Wb);A – área da seção perpendicular ao fluxo magnético, m2.

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Considerações importantes:• A direção do vetor Densidade de Campo Magnético B é sempre tangente às linhas de

campo magnético em qualquer ponto;• O sentido do vetor Densidade de Campo Magnético é sempre o mesmo das linhas de

campo.

1.3 Permeabilidade Magnética

Se diferentes materiais com as mesmas dimensões físicas são usados na proximidade de um ímã, a intensidade das linhas de campo magnético com que as linhas são concentradas varia. Esta variação se deve a uma grandeza associada aos materiais chamada Permeabilidade Magnética, μ.

A permeabilidade magnética do vácuo, μo vale:

μo = 4.π.10-7

A propriedade de um material pela qual ele muda a indução de um campo magnético, em relação ao seu valor no vácuo, é chamada Permeabilidade Magnética Relativa (μR).

A Permeabilidade Magnética Relativa (μR) é dada pela relação entre a permeabilidade de um dado material e a permeabilidade do vácuo:

μr =

Onde:μr – Permeabilidade relativa de um material (adimensional).μm – Permeabilidade de um dado material.μo – Permeabilidade do vácuo.

EXEMPLO

Um fluxo magnético de 10.10-6 Wb atinge perpendicularmente uma superfície de 1cm2. Determine a densidade de fluxo B.1cm2 = 1.10-4 m2. Substituindo na equação:

Assim, a densidade de fluxo magnético é de 10. 10-2 T

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2 ELETROMAGNETISMO

Em 1819, um professor e físico dinamarquês, chamado Hans Christian Oersted, observou que uma corrente elétrica era capaz de alterar a direção de uma agulha magnética de uma bússola.

Figura 11: Experiência de Oersted

Fonte: http://aprendereletricidade.com/direcao-da-corrente/

Quando havia corrente elétrica no fio, Oersted verificou que a agulha magnética movia-se, orientan-do-se numa direção perpendicular ao fio, evidenciando a presença de um campo magnético produ-zido pela corrente.

Este campo originava uma força magnética capaz de mudar a orientação da bússola. Interrompendo--se a corrente, a agulha retornava a sua posição inicial, ao longo da direção norte-sul. Observou-se, então, a existência de uma relação entre a Eletricidade e o Magnetismo.

Chamamos de Campo Eletromagnético, ao campo magnético de origem elétrica.

Todo condutor percorrido por corrente elétrica, cria em torno de si um campo eletromag-nético.

Além disso, os experimentos concluíram que, se uma corrente elétrica é capaz de gerar um campo magnético, então, o contrário é verdadeiro, ou seja, um campo magnético é capaz de gerar corrente elétrica.

Considerações sobre os principais fenômenos eletromagnéticos que regem as aplicações tecnológi-cas do eletromagnetismo:

I. Condutor percorrido por corrente elétrica produz campo magnético.

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II. Campo magnético provoca ação de uma força magnética sobre um condutor percorrido por cor-rente elétrica.III. Fluxo Magnético variante sobre um condutor gera (induz) corrente elétrica.

A Regra de Ampère, também chamada de Regra da Mão Direita, é usada para determinar o sentido das linhas do campo magnético, considerando o sentido convencional da corrente elétrica.

Figura 12: Regra da mão direita

Fonte: http://www.fisica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1149

Com a mão direita envolvendo o condutor e o polegar apontando para o sentido convencional da corrente elétrica, os demais dedos indicam o sentido das linhas de campo que envolvem o condutor.

2.1 Força Magnetizante

Magnetizante  (H)  é o campo magnético induzido (gerado) pela corrente elétrica na bobina, independentemente da permeabilidade magnética do material do núcleo (meio).

Os vetores Densidade de Campo Magnético e Campo Magnético Indutor se relacionam pela equação:

Onde:B é o vetor densidade do campo magnético.H é a Força Magnetizante (Campo Magnético Indutor).μ é a permeabilidade magnética.

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SÍNTESE DA UNIDADE

Vimos que, quanto mais forte for o imã, mais linhas de forças compõe o circuito fechado magnético, além disso, é importante observar que as linhas de campo de indução mag-nética geradas por imã “nascem” no polo NORTE e “morrem” no polo SUL dos ímãs.

Vimos também que o fluxo magnético (Ø) é um conjunto de todas as linhas de campo que atingem perpendicularmente uma dada área.

Outro ponto de destaque é que, se diferentes materiais com as mesmas dimensões físicas são usados na proximidade de um ímã, a intensidade das linhas de campo mag-nético com que as linhas são concentradas varia. Esta variação se deve a uma grandeza associada aos materiais chamada Permeabilidade Magnética, μ.

E, por último, vimos que, se uma corrente elétrica é capaz de gerar um campo magnético, então, o contrário é verdadeiro, ou seja, um campo magnético é capaz de gerar corrente elétrica.

EXERCÍCIOS

1) (Cesgranrio-RJ) Aproxima-se uma barra imantada de uma pequena bilha de aço, observa-se que a bilha:

a) É atraída pelo polo norte e repelida pelo polo sul. b) É atraída pelo polo sul e repelida pelo polo norte. c) É atraída por qualquer dos polos. d) É repelida por qualquer dos polos. e) É repelida pela parte mediana da barra.

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2) (PUC-RS) Três barra, PQ, RS e TU, são aparentemente idênticas.

Verifica-se, experimentalmente, que P atrai S e repele T; Q repele U e atrai S. En-tão, é possível concluir que:a) PQ e TU são ímãs. b) PQ e RS são imãs. c) RS e TU são imãs. d) as três são imãs. e) somente PQ é imã.

3) O polo sul de um imã natural:a) Atrai o polo sul de outro ímã, desde que ele seja artificial. b) Repele o polo norte de um ímã também natural. c) Atrai o polo norte de todos os ímãs, sejam naturais ou artificiais. d) Atrai o polo sul de outro ímã, sejam naturais ou artificiais. e) Não interage com um eletroímã em nenhuma hipótese.

4) (UFSC) Uma bússola aponta aproximadamente para o Norte geográfico por-que:I) O Norte geográfico é aproximadamente o norte magnético.II) O Norte geográfico é aproximadamente o sul magnético. III) O Sul geográfico é aproximadamente o norte magnético. IV) O sul geográfico é aproximadamente o sul magnético.

Está(ão) correta(s): a) II e III. b) I e IV. c) somente II. d) somente III. e) somente IV.

5) Quando magnetizamos uma barra de ferro, estamos:a) Retirando elétrons da barra. b) Acrescentando elétrons à barra. c) Retirando ímãs elementares da barra. d) Acrescentando ímãs elementares da barra. e) Orientando os ímãs elementares da barra.

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6) Para ser atraído por um ímã, um parafuso precisa ser: a) Mais pesado que o ímã. b) Mais leve que o ímã. c) De latão e cobre. d) Imantado pela aproximação do ímã. e) Formado por uma liga de cobre e zinco.

7) (ITA-SP) Um pedaço de ferro é posto nas proximidades de um ímã, conforme o esquema abaixo. Qual é a única afirmação correta relativa à situação em apreço?

a) É o imã que atrai o ferro. b) É o ferro que atrai o ímã. c) A atração do ferro pelo ímã é mais intensa do que a atração do ímã pelo ferro. d) A atração do ímã pelo ferro é mais intensa do que a atração do ferro pelo ímã. e) A atração do ferro pelo ímã é igual à atração do ímã pelo ferro.

8) (Cesgranrio-RJ) A bússola representada na figura repousa sobre a sua mesa de trabalho. O retângulo tracejado representa a posição em que você vai colocar um ímã, com os polos respectivos nas posições indicadas.

Em presença do ímã, a agulha da bússola permanecerá como em:

a)

b)

c)

d)

e)

Resposta: Letra b.

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9) Quatro bússolas estão colocadas no tampo de uma mesa de madeira, nas po-sições  ilustradas na figura. Elas se orientam conforme é mostrado, sob a ação do forte campo magnético de uma barra imantada, colocada em uma das cinco posições numeradas. O campo magnético terrestre é desprezível.

A partir da orientação das bússolas, pode-se concluir que o ímã está na posição:a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5.

10) Quando uma barra de ferro é magnetizada, são:a) Acrescentados elétrons à barra. b) Retirados elétrons da barra. c) Acrescentados ímãs elementares à barra. d) Retirados ímãs elementares da barra. e) Ordenados os ímãs elementares da barra.

11)  Uma pequena bússola é colocada próxima de um ímã permanente. Em quais posições assinaladas na figura a extremidade norte da agulha apontará para o alto da página?

a) Somente em A ou D. b) Somente em B ou C. c) Somente em A, B ou D. d) Somente em B, C ou D. e) Em A, B, C ou D.

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12) As linhas de indução de um campo magnético são:a) O lugar geométrico dos pontos, onde a intensidade do campo magnético é constan-te. b) As trajetórias descritas por cargas elétricas num campo magnético. c) Aquelas que em cada ponto tangenciam o vetor indução magnética, orientadas no seu sentido. d) Aquelas que partem do polo norte de um ímã e vão até o infinito. e) Nenhuma das anteriores é correta.