Apresentação do PowerPoint · 2019. 9. 11. · No eletromagnetismo clássico, a lei de Ampère...
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FÍSICA
Professor: Alexandre Vicentini
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
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23o Dia
(10/09/2019)
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
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Eletromagnetismo
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Eletromagnetismo
O eletromagnetismo é a área da física que estuda a relação existente
entre magnetismo e eletricidade.
Figura 1
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Eletromagnetismo
Desde a antiguidade se conhecia um
mineral, hoje denominado magnetita,
composto basicamente por óxido de ferro
(Fe3O4) que possuía propriedade de atrair
alguns minerais como o ferro, o níquel e o
cobalto e pedras de óxidos de ferro e que
são denominadas de imãs naturais.
Figura 2
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Ímãs
As regiões de um ímã em que as
ações magnéticas são mais
intensas denominam-se polos
magnéticos.
Os imãs possuem dois polos, o Polo
Norte e o Polo Sul.
Polos magnéticos de mesmo
nome se repelem e polos
magnéticos de nomes diferentesse atraem.
Figura 3
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Ímãs
Dois polos magnéticos se atraem ou se repelem na razão inversa do
quadrado da distância que os separa.
Figura 4
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Magnetismo Terrestre
A Terra possui campo magnético (campo magnético terrestre).
Esse campo magnético terrestre impede a entrada de partículas com
alta velocidade vindas do Sol (vento solar).
O polo norte magnético da agulha de uma bússola aponta para o polo
norte geográfico. Da mesma forma, no polo sul geográfico existe um
polo norte magnético.
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Figura 5
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Ímãs
A experiência mostra que é impossível separar os polos magnéticos de
um ímã.
Isso significa que é impossível conseguir um pedaço de ímã que tenha só
o polo norte magnético ou só o polo sul magnético.
De fato, quando dividimos um ímã ao meio, obtemos dois outros ímãs,
cada um com seus próprios polos norte e sul.
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Figura 6
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Campo Magnético
O campo magnético de um ímã é
descrito por um vetor.
Esse vetor é denominado vetor
indução magnética e simbolizado
por 𝐁.
Na região externa a um ímã, as
linhas de indução orientam-se do
polo norte para o polo sul e na
região interna ocorre o contrário.
As linhas de indução (em azul)
não podem se cruzar.
Figura 7
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Campo Magnético Uniforme
Campo magnético uniforme é aquele em que o vetor indução
magnética B tem o mesmo módulo, a mesma direção e o mesmo
sentido em todos os pontos do meio
Figura 8
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Outra representação de um Campo
Magnético
Figura 9
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Ação do campo magnético
sobre
cargas elétricas
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Ação do campo magnético sobre
cargas elétricas Elétrons, prótons e outros portadores de carga elétrica em movimento,
podem interagir com campos magnéticos.
A força magnética sobre essa partícula ou portador de carga é dada
por.
Fm= tensão [V]
q = resistência elétrica [Ω]
𝑣 = corrente elétrica [A]
B = corrente elétrica [A]
Fm= q 𝑣 B sin θ
Figura 10
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Regra da mão esquerda
Se a carga for negativa, inverte-se o sentido da força.
Figura 11
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Regra da mão direita
Se a carga for negativa, inverte-se o sentido da força.
Figura 12
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Ação do campo magnético sobre
cargas elétricas Partícula lançada paralelamente às linhas de indução magnética do
campo.
Nessa situação, a força magnética é nula e a carga descreve um MRU.
Fm= 0
Figura 13
θ = 0 sin θ = 0
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Ação do campo magnético sobre
cargas elétricas Partícula lançada perpendicularmente às linhas de indução magnética
do campo.
Nessa situação, a força magnética é máxima e a carga descreve um
MCU de raio R
Fm= q 𝑣 B
θ = 900 sin900 = 1
Força Magnética = Força Centrípeta Figura 14
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Ação do campo magnético sobre
cargas elétricas Partícula lançada perpendicularmente às linhas de indução magnética
do campo.
Nessa situação, a força magnética é máxima e a carga descreve um
MCU de raio R
R = 𝑚 𝑣
q B
Figura 14
T = 2 𝜋 𝑚
q B
R = raio da trajetória [m]
q = carga [C]
T = período [s]
m = massa [kg]
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Ação do campo magnético sobre
cargas elétricas Partícula lançada obliquamente às linhas de indução magnética do
campo.
Nessa situação a carga descreve um movimento helicoidal uniforme.
Figura 15
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Efeito Hall
Em 1879, o físico norte-americano
Edwin Hall (1855-1938) realizou um
experimento para descobrir o sinal,
positivo ou negativo, da carga das
partículas que constituem a corrente
elétrica em um condutor qualquer.
A conclusão experimental de que νP é
maior que νQ revela-nos que os
portadores têm carga positiva. Se,
porém, concluirmos que νP é menor
que νQ, saberemos que os portadores
têm carga negativa.
Figura 16
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Campo magnético gerado por um fio
retilíneo muito longo (infinito)
Figura 17
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A experiência de Oersted
Foi no ínicio do século XIX (em 1820) que o físico dinamarquês Hans
Christian Oersted (1777-1851) descobriu, através de um experimento que
realizou, que um fio retílineo conduzindo corrente elétrica gera ao seu
redor um campo de indução magnética.
Figura 18
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A experiência de Oersted
Foi no ínicio do século XIX (em 1820) que o físico dinamarquês Hans
Christian Oersted (1777-1851) descobriu, através de um experimento que
realizou, que um fio retílineo conduzindo corrente elétrica gera ao seu
redor um campo de indução magnética.
Figura 19
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Força Magnética sobre um condutor retilíneo
imerso num campo magnético uniforme
F = B . i . L . sin θ
B = intensidade do campo magnético [T]
L = comprimento do fio [m]
𝑖 = corrente elétrica [A]
θ = ângulo em B e i [m]
Figura 21
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Força Magnética entre Condutores Retilíneos
Paralelos
F = μ. . i1. i2. L
2𝜋𝑑
i1= corrente elétrica no condutor 1 [A]
i2= corrente elétrica no condutor 2 [A]
d = distância entre os fios [m]
F = força magnética [N]
μ = permeabilidade magnética do meio [Tm/A]
L = comprimento dos fios [m]
Figura 22
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A lei de Ampère
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A lei de Ampère
No eletromagnetismo clássico, a lei de Ampère permite calcular o
campo magnético a partir de uma distribuição de densidade de
corrente elétrica.
B = μ i
2 π r
B = intensidade do campo magnético [T]
μ = permeabilidade magnética do meio [Tm/A]
𝑖 = corrente elétrica [A]
r = distancia do fio até o ponto [m]
Para o vácuo → 𝛍𝟎= 4.𝝅. 𝟏𝟎−𝟕 Tm/A
Figura 23
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A lei de Ampère
B = 𝜇0 . 𝑖
2 R
B = campo magnético [T]
𝜇0 = permeabilidade magnética do meio [Tm/A]
𝑖 = corrente elétrica [A]
R = raio da espira [m]
N = numerode espiras
B = N . 𝜇0 . 𝑖
2 R
Figura 24
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Figura 25
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A lei de Lenz
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A lei de Lenz
Segundo a lei de Lenz, o sentido da corrente é o oposto da variação do
campo magnético que lhe deu origem.
Figura 26
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Campo magnético gerado
por um solenoide/bobina
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Figura 27
B = N . 𝜇 . 𝑖
l
B = campo magnético [T]
𝜇 = permeabilidade magnética
do meio [Tm/A]
𝑖 = corrente elétrica [A]
𝑙 = comprimento da bobina [m]
N = número de espiras
B = n . 𝜇 . 𝑖
n = N
l
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Fluxo Magnético
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Fluxo Magnético
∅ = B A cos θ
∅ = tensão elétrica [Wb]
B = campo magnético [T]
A = área [m2]
θ = ângulo entre 𝐁 e 𝐍 [A]
Figura 28
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Fluxo Magnético
𝑎) ∅ = 0
b) ∅= B A cos θ
c) ∅ = B A
Figura 29
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Lei de Lenz
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Lei de Lenz
A corrente induzida surge em um sentido tal que produz um fluxo
induzido em oposição à variação do fluxo indutor que lhe deu origem.
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Figura 30
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Lei de Faraday
O módulo da força eletromotriz induzida (ou força contraeletromotriz)
num circuito é igual à razão entre a variação do fluxo magnético nessecircuito, pelo intervalo de tempo em que essa variação ocorre l
ε𝑚= −∆∅
∆t
Figura 32
ε𝑚= força eletromotriz induzida [V]
∆∅ = variação do fluxo magnético [Wb]
∆t = intervalo de tempo [s]
N = número de espiras v = velocidade [m/s]
ε𝑚= −N∆∅
∆t
ε𝑚= B . l . v
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Figura 31
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Transformador de tensão
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Transformador de tensão
A função de um transformador é aumentar ou diminuir a diferença de
potencial, tensão ou voltagem.
Figura 35
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U1= tensão no primário [V]
I1= corrente no primário [A]
U2 = tensão no secundário [V]
I2 = corrente no secundário [A]
U1. I1= U2. I2
U1
N1=
U2
N2
N1= número de espiras no primário
N2 = número de espiras no secundário
Figura 35
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Obrigado
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Referências
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Referências
Figura 1: https://slideplayer.com.br/slide/3063071/
Figura 2: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 3: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 4: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 5: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 6: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 7: https://www.alfaconnection.pro.br/fisica/eletromagnetismo/campo-
magnetico/imas/
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Referências
Figura 8: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 9: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 10: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 11: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 12: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 13: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 14: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 15: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
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Referências
Figura 16: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 17: https://donaatraente.wordpress.com/enquadramento-teorico/campo-magnetico/regras-para-determinar-o-sentido-do-campo-magnetico/
Figura 18: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 19: http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/experimento-de-oersted.html
Figura 20: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 21: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 22: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9897.htm
Figura 23: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
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Referências
Figura 24: http://magnetismonaweb.blogspot.com/2012/11/campo-magnetico-no-centro-
de-uma-espira.html
Figura 25: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 26: http://www.fisicavivencial.pro.br/sites/default/files/sf/314SF/05_teoria.htm
Figura 27: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 28: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 29: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 30: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
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Referências
Figura 31: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 32: http://www.fisicavivencial.pro.br/sites/default/files/sf/315SF/05_teoria_frame.htm
Figura 33: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 34: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 35: http://fisicaevestibular.com.br/novo/