FIII - Capitulo 04 - Eletromagnetismo · •Bobina: é constituído por um condutor enrolado de...
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Física III
Prof. Márcio T. de Castro03/06/2017
Capítulo 04
Eletromagnetismo
Técnico em Edificações (PROEJA)
Parte I
2
Magnetismo
• Magnetismo: propriedade de atrair pedaços
de ferro e outras substâncias.
• Ímã: material com propriedades magnéticas.
– Ex: magnetita (natural), neodímio (artificial)
Magnetismo• Pólos Magnéticos: regiões de um ímã em que as ações
magnéticas são mais intensas.– Pólo Norte: extremidade do ímã que se volta para o pólo
norte geográfico.
– Pólo Sul: extremidade que aponta para o poló sul geográfico.
Magnetismo
• Princípio Básico do Magnetismo: pólos
magnéticos de mesmo nome se repelem e
pólos magnéticos de nomes diferentes se
atraem.
Magnetismo
• Magnetismo Terrestre: a Terra se comporta aproximadamente como um imã que forma cerca de 11° com a direção norte-sul geográfica– Pólo Norte Geográfico: pólo sul magnético.
– Pólo Sul Geográfico: pólo norte magnético.
Magnetismo
• Bússola: instrumento formado por uma
agulha imantada que gira livremente em torno
de um eixo e a ponta da agulha aponta
sempre aproximadamente para o Norte
geográfico.
Magnetismo
• Inseparabilidade dos pólos de um ímã: cortando-se um ímã transversalmente, cada
pedaço continuará sendo sempre um dipolo
magnético.
Campo Magnético
• Campo Magnético: região de influências
criada por um ímã, que são significativas tanto
em outros ímãs como em alguns materiais.
Campo Magnético• Vetor Indução Magnética (�): campo magnético de um ímã
descrito por um vetor.– Unidade (SI): tesla (T).
– Módulo: intensidade de um campo magnético B em uma partícula hipoteticamente eletrizada com carga elétrica q movendo-se com velocidade v, submete-se a uma força magnética F.
– Direção: da reta r com a qual a agulha da bússola se alinha.
– Sentido: para onde aponta o pólo norte magnético da agulha.
sen F B q v θ= ⋅ ⋅ ⋅
Campo Magnético• Auroras Polares: a atmosfera terrestre recebe do sol
partículas dotadas de carga elétrica (vento solar) que interagem com o campo magnético da Terra, dirigindo-se para os pólos, e nas proximidades dos pólos, esses elétrons excitam o oxigênio e o nitrogênio, que dá origem a colorações no céu.
Campo Magnético
• Linhas de Indução: ente geométrico
responsável por tornar possível a visualização
da atuação do campo magnético no espaço.
– Região externa de um ímã: as linhas de indução
orientam-se do pólo norte para o pólo sul.
Campo Magnético
• Campo Magnético Uniforme: é aquele em
que o vetor indução magnética tem o mesmo
módulo, a mesma direção e o mesmo sentido
em todos os pontos do meio.
Fio Condutor em um Campo Magnético
• Fio Condutor em um Campo Magnético: se um fio retilíneo, de comprimento L, percorrido por uma corrente i, for colocada em um campo magnético uniforme B, sobre este fio atuará uma força magnética F e θ é o ângulo formado pelo fio condutor e o campo magnético.
senF BiL θ=
Espira em um Campo Magnético
• Espira em um Campo Magnético: uma espira
percorrida por uma corrente elétrica, colocada
em um campo magnético, tende a girar.
– Ex: galvanômetro, motor de corrente contínua.
Parte II
16
Eletromagnetismo
• Eletromagnetismo: correntes elétricas criam
um campo magnético na região do espaço que
as circunda.
Campo Magnético de um Condutor Retilíneo
• Campo Magnético de um Condutor Retilíneo: as linhas de indução criadas pela corrente em
um fio condutor reto e comprido são círculos
com centro sobre o condutor.
Campo Magnético de uma Espira
• Campo Magnético de uma Espira:
iB
R∝
Campo Magnético de uma Bobina
• Bobina: é constituído por um condutor
enrolado de modo a formar espiras sucessivas.
• Campo Magnético de uma Bobina: uma
bobina, percorrida por uma corrente, se
comporta como um ímã.
Influência do Meio no Campo Magnético
• Imantação de um Material: átomos podem ser considerados ímãs elementares, que colocados em um campo magnético, estes se orientam paralelamente ao campo.– Histerese Magnética: propriedade de materiais de
manter certa imantação mesmo na ausência do campo magnético aplicado.
Influência do Meio no Campo Magnético
• Substâncias Paramagnéticas: aquelas que ao serem colocadas em um campo magnético, se imantam de maneira a provocar um pequeno aumento no valor do campo magnético.
– Ex: alumínio, magnésio, platina etc
• Substâncias Diamagnéticas: ao serem colocadas em um campo magnético, têm seu ímãs elementares orientados em sentido contrário ao do campo aplicado.
– Ex: bismuto, cobre, água, prata, ouro etc
Influência do Meio no Campo Magnético
• Substâncias Ferromagnéticas: sob a ação de um campo magnético, estas substâncias se imantam fortemente, fazendo com que o campo magnético resultante seja muitas vezes maior do que o campo aplicado.
– Ex: ferro, cobalto, níquel e suas ligas.
– Ímã atrai substâncias ferromagnéticas: por ação do campo magnético do ímã, as substâncias ferromagnéticas se imantam.
Influência do Meio no Campo Magnético
• Eletroímã: bobina com núcleo de substância
ferromagnética, o que torna mais intenso o
campo magnético nas proximidades da
bobina.
– Aplicações: guindaste de eletroímã, receptor
telefônico, alto falante, canhão de elétrons.
Parte III
25
Força Eletromotriz Induzida
• Força Eletromotriz Induzida: força
eletromotriz que aparece em um condutor em
movimento dentro de um campo magnético
Força Eletromotriz Induzida
• Corrente Induzida em um Circuito: corrente
elétrica estabelecida pela fem induzida.
Força Eletromotriz Induzida
• Gerador de Corrente Alternada: movimento
de um condutor sucessivamente de um lado
para o outro dentro do campo magnético.
Lei de Faraday
• Fluxo Magnético (ф): pode ser interpretado
em termos do número de linhas de indução
que atravessam a superfície.
– Unidade (SI): weber (Wb)
cosBAφ θ=
Lei de Faraday
• Lei de Faraday: sempre que ocorrer variação
do fluxo magnético através de um circuito,
aparecerá uma fem induzida Ԑ.
Exemplo:
t
φε
∆=∆
Lei de Faraday
• Dínamo: gerador constituído basicamente por
uma espira que gira dentro de um campo
magnético, havendo com isto uma variação do
fluxo magnético através da espira, que produz
corrente alternada.
Usinas Geradoras de Energia Elétrica
• Usina hidrelétrica: a energia potencial da
água em uma represa se transforma em
energia cinética durante sua queda, que faz
girar uma turbina, e seu movimento de
rotação é transmitido ao gerador, produzindo
corrente elétrica.
Usinas Geradoras de Energia Elétrica
• Usina Termoelétrica: a energia térmica, obtida
pela combustão de madeira, carvão ou
petróleo, provoca a vaporização da água
contida em uma caldeira e esse vapor, a alta
pressão, faz girar um turbina que é
transmitida ao gerador.
Usinas Geradoras de Energia Elétrica
• Usina Nuclear: o calor utilizado para produzir
um vapor a alta pressão que gira as turbinas é
proveniente de reações nucleares que
ocorrem dentro de um reator atômico.
Usinas Geradoras de Energia Elétrica
• Fontes Alternativas de Energia Elétrica: energia eólica (dos ventos), energia das
marés, energia solar, energia geotérmica etc.
Transformador
• Transformador: dispositivo usado para aumentar ou diminuir a tensão em circuitos de corrente alternada, constituído por duas bobinas – a primária com Np
voltas, onde é gerado um campo magnético variável devido a uma ddp alternada VP aplicada aos seus terminais e a secundária de NS voltas, onde o campo magnético variável ao atravessá-la gera uma ddpalternada VS, de acordo com a relação
P P
S S
V N
V N=
Transformador
• Exemplo:
Parte IV
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Ondas Eletromagnéticas
• Campo Elétrico Induzido: se um campo
magnético, existente em uma certa região do
espaço, sofrer variação no decorrer do tempo,
esta variação faz aparecer, nesta região, um
campo elétrico induzido.
Ondas Eletromagnéticas
• Campo Magnético Induzido: se um campo
elétrico, existente em uma certa região do
espaço, sofrer variação no decorrer do tempo,
esta variação faz aparecer, nesta região, um
campo magnético induzido.
Ondas Eletromagnéticas
• Ondas Eletromagnéticas: distúrbio
constituído pela propagação de campos
elétricos e magnéticos que oscilam
periodicamente.
Ondas Eletromagnéticas
• Velocidade das Ondas Eletromagnéticas: as
ondas eletromagnéticas se propagam no
vácuo com velocidade de c = 3,0.108 m/s.
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Ondas Eletromagnéticas
• Espectro Eletromagnético: conjunto dos
diversos tipos de ondas eletromagnéticas
conhecidas.
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Ondas Eletromagnéticas
• Ondas de Rádio: ondas eletromagnéticas que
apresentam frequências mais baixas (até
cerca de 108 hertz.
– Geração: oscilação de elétrons na antena
emissora.
– Utilidade: transmissões de rádio e TV.
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Ondas Eletromagnéticas• Micro-ondas: ondas eletromagnéticas com
frequências entre 108 Hz e 10¹¹ Hz.– Geração: fonte de micro-ondas.
– Utilidade: sinais de TV via satélite, transmissões telefônicas, forno micro-ondas.
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Ondas Eletromagnéticas
• Radiação Infravermelha: ondas
eletromagnéticas com frequências entre 1011
Hz e 1014 Hz.
– Geração: constante e intensa vibração de átomos
de um corpo aquecido.
– Utilidade: radiação térmica (transmissão de calor)
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Ondas Eletromagnéticas
• Radiação Luminosa: ondas eletromagnéticas
com frequências entre 4,3.1014 Hz e 7,5.1014
Hz.
– Geração: fontes luminosas.
– Utilidade: luz.
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Ondas Eletromagnéticas
• Radiação Ultravioleta: ondas
eletromagnéticas com frequências entre 1015
Hz e 1018 Hz.
– Geração: átomos altamente excitados.
– Utilidade: lâmpadas ultravioletas (germicida).
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Ondas Eletromagnéticas
• Raios X: ondas eletromagnéticas com
frequências entre 1018 Hz e 1022 Hz.
– Geração: feixe de elétrons acelerados por meio
de voltagem elevada que ao atingirem um alvo
são bruscamente desacelerados e emitem raios X.
– Utilidade: radiologia médica, análise estruturais
na construção civil.
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Ondas Eletromagnéticas
• Raios Gama: ondas eletromagnéticas com
frequências superiores a 1022 Hz.
– Geração: desintegração de núcleos atômicos.
– Utilidade: radioterapia (tratamento contra o
câncer).
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