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FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI GASPAR RICARDO JNIOR

ADRIANO JOS NOGUEIRAARTHUR RIVAROLICLUDIO HENRIQUE DA SILVA

SITUAO DE APRENDIZAGEM SOMATIVA:ELETROMAGNETISMO E SUPERCONDUTORES.

SOROCABA/SP2013ADRIANO JOS NOGUEIRAARTHUR RIVAROLICLUDIO HENRIQUE DA SILVA

SITUAO DE APRENDIZAGEM SOMATIVA:ELETROMAGNETISMO E SUPERCONDUTORES.

Trabalho acadmico apresentado ao curso de Tecnologia em Fabricao Mecnica como avaliao parcial para aprovao na unidade curricular Fsica.Dr. Professor Jos Alexandre Romano

Sorocaba/SP2013ADRIANO JOS NOGUEIRAARTHUR RIVAROLICLUDIO HENRIQUE DA SILVA

SITUAO DE APRENDIZAGEM SOMATIVA:ELETROMAGNETISMO E SUPERCONDUTORES.

Trabalho acadmico apresentado ao curso de Tecnologia em Fabricao Mecnica como avaliao parcial para aprovao na unidade curricular Fsica.Dr. Professor Jos Alexandre Romano

________________________________Dr. Professor Jos Alexandre Romano

Sorocaba/SP2013RESUMO

Que tal transmitir 40 MW com apenas um cabo relativamente fino? Ou viajar de uma cidade a outra a incrveis 600 km/h? As novas tecnologias que esto sendo desenvolvidas no setor de energia e transporte utilizando energia e magnetismo possibilitaram estas e outras vantagens para uma sociedade que anseia por formas limpas e baratas de energia e transporte. Esta pesquisa visa abordar estes conceitos e as vantagens de se investir em segurana de recursos para o futuro, pois formas de energia como queima de carvo, petrleo e reatores nucleares deveram ser extintos, tanto pelo fim dos recursos naturais quanto pelo mal que causam ao meio ambiente.Palavras-chave: Eletromagnetismo. Supercondutores.

SUMRIO

1.1Magnetismo6

1.2Bssola7

1.3Composio da Rocha7

1.4Polos Magnticos8

1.5Campo Magntico8

2.1Eletromagnetismo10

2.2Campo magntico criado por corrente eltrica11

3.1Supercondutores12

3.2Condutividade12

3.3O que um supercondutor?12

4.1Levitao magntica14

4.2Demonstrao15

5Concluso16

Referncias17

Sorocaba/SP

20131.1 Magnetismo

mag.ne.tis.mosm(magneto2+ismo)1Propriedade que alguns corpos metlicos tm de atrair e reter outros metais e orientar a agulha magntica na direo norte-sul.2Parte da Fsica que trata desses fenmenos.3Grupo de fenmenos resultantes da propriedade magntica do m.4Propriedade de atrair; atrao, encanto, seduo.M. animal:fora que se supe existente nos seres vivos, mediante a qual se produzem nos corpos vivos, especialmente no homem, fenmenos de ordens diversas, por meio de um fluido que emanaria do magnetizador sob controle da sua vontade.M. terrestre:ao que a Terra parece exercer sobre a agulha magntica, considerando-se o nosso globo como um grande m de polos opostos. (MICHAELIS, 2013)

Magnetismo uma palavra antiga. Plato de Atenas (427 a.C. - 399 a.C.) relata a existncia de uma pedra que possui a capacidade de atrair elos de ferro de uma corrente. Alm desta atrao exercida pela pedra, ele comenta que este poder se propaga atravs dos elos da corrente de forma que o ltimo elo possui a capacidade de atrao similar a tal pedra que se encontre em contato com o primeiro elo. Plato nos conta que havia dois nomes distintos para este tipo de pedra: heracleia e magntica. Uma possvel origem destas duas palavras talvez sejam as cidades Heracleia e Magnsia, na sia Menor. (MOURA, 2011)

1.2 Bssola

Os chineses foram os inventores da bssola, ao notar que quando suspensa a rocha magntica sempre se orientava para a mesma direo, isto ocorreu no sculo XI. Chegando Europa somente no sculo XIII e l possibilitou as grandes navegaes.

Figura 1 Bssola Magntica.

Fonte: MEC, 2013

1.3 Composio da rocha

A rocha magntica rica em Fe2O3. Este minrio denominado atualmente de magnetita. Costumamos chamar, coloquialmente, de m todo objeto, seja natural ou artificial, que apresenta propriedades magnticas. (MOURA, 2011)

Figura 2 Fe2O3.

Fonte: CHEMSPIDER, 2013

1.4 Polos Magnticos

Se quebrarmos um m poderemos observar que sero criados novos polos, sendo assim o im sempre vai ter um polo norte e um sul. Como nunca podemos separar os dois polos magnticos, chamamos estes ms elementares de dipolos magnticos.

Figura 3 Polos Magnticos.

Fonte: MEC, 2013.

1.5 Campo Magntico

Existe um jeito muito simples de se observar a forma do campo magntico de um m: coloca-se uma folha de papel sobre o magneto e derrama-se limalha de ferro sobre o papel. A experincia mostra que os grozinhos de ferro tendem a se orientar, formando linhas curvas conectando os polos. Enquanto nos polos observamos uma alta densidade destas linhas, em regies mais distantes dos polos essas linhas rareiam. Chamamos estas linhas de linhas de induo magntica. Uma bssola prxima de um m se orienta paralelamente a estas linhas, apontando para o norte do m. Por conveno, dizemos que as linhas de induo nascem no polo norte e morrem no polo sul. Chamamos formalmente esta regio em torno do m de campo magntico. A reta tangente de uma das linhas de induo indica para onde aponta a fora magntica em determinado ponto. Chamamos esta reta de vetor induo magntica ou vetor campo magntico B.

As caractersticas das linhas de campo magntico: So sempre linhas fechadas: saem e voltam a um mesmo ponto; As linhas nunca se cruzam; Fora do m, as linhas saem do polo norte e se dirigem para o polo sul; Dentro do m, as linhas so orientadas do polo sul para o polo norte; Saem e entram na direo perpendicular s superfcies dos polos; Nos polos a concentrao das linhas maior: quanto maior concentrao de linhas, mais intenso ser o campo magntico numa dada regio. (MUSSOI, 2011)

Figura 4 Campo Magntico.

Fonte: BLACK, 1913

2.1 Eletromagnetismo

e.le.tro.mag.ne.tis.mosm(eletro2+magnetismo)Fs1Estudo das relaes do magnetismo com a eletricidade.2Magnetismo desenvolvido por uma corrente eltrica.Var: electromagnetismo. (MICHAELIS, 2013)

No incio do sculo XIX foram realizados experimentos para relacionar o magnetismo e a eletricidade, coisa que se acreditava no existir at o momento. Em 1820, um professor e fsico dinamarqus chamado Hans Christian Oersted bservou que uma corrente eltrica era capaz de alterar a direo de uma agulha magntica de uma bssola. Quando havia corrente eltrica no fio, Oersted verificou que a agulha magntica movia-se, orientando-se numa direo Perpendicular ao fio, evidenciando a presena de um campo magntico produzido pela corrente. Este campo originava uma fora magntica capaz de mudar a orientao da bssola. A este campo magntico de origem eltrica chamamos de Campo Eletromagntico. Interrompendo-se a corrente, a agulha retornava a sua posio inicial, ao longo da direo norte-sul. Observou-se, ento, a existncia de uma relao entre a Eletricidade e o Magnetismo. (MUSSOI, 2011)

Figura 5 Experimento de Oersted:

Fonte: Moretto, V.P.; Eletricidade e Eletromagnetismo, Ed. rica, 1989

Todo condutor percorrido por corrente eltrica, cria em torno de si um campo eletromagntico. (Orested, 1820)

2.2 Campo magntico criado por corrente eltrica

Um campo magntico pode ser criado atravs do movimento de cargas eltricas, tal como o fluxo de corrente num condutor. Este campo magntico originado pelo momento de giro do dipolo magntico (referente ao spin do eltron) e pelo momento da rbita do dipolo magntico de um eltron dentro de um tomo. A este campo magntico originado por uma corrente eltrica chamamos de Campo Eletromagntico. (MUSSOI, 2011)

Figura 6 Partes fundamentais de um motor eltrico:

Fonte: USP, 2007.

3.1 Supercondutores

A supercondutividade foi observada pela primeira vez em 1911 na Holanda pelo fsico Heike Kamerlingh-Onnes (1853-1926). Ao resfriar mercrio, estanho e chumbo a baixssimas temperaturas, prximas ao zero absoluto (ou 273 graus celsius negativos), esse professor da Universidade de Leiden, importante centro de pesquisa daquele pas, descobriu que esses elementos passavam a conduzir corrente eltricas sem dissipar calor, ou seja, a resistncia eltrica torna-se praticamente nula, o que permite aos eltrons se movimentarem livremente atravs da estrutura cristalina desses materiais. (CONDENSADA, 2012)

3.2 Condutividade

Em um condutor convencional como um fio de cobre, por exemplo, o caminho percorrido pelos eltrons dificultado pelos choques contra a estrutura cristalina do material e as impurezas do mesmo. Gerando vibrao e atrito que resultam em uma dissipao de calor, que denominada efeito Joule, em homenagem ao fsico James Joule (1818-1889), que deduziu a lei que rege este fenmeno. (CONDENSADA, 2012)

3.3 O que um bom supercondutor?

Um bom supercondutor deve ter trs caractersticas bsicas. Sua temperatura crtica, a partir da qual surge a supercondutividade, deve ser alta. O ideal que seja acima de 80 kelvins (193 graus celsius negativos), pois, nesse faixa, possvel refriger-lo com nitrognio lquido, que abundante e relativamente barato para temperaturas mais baixas, preciso usar hlio lquido, matria-prima cara e escassa. Essa passagem da condutividade para a supercondutividade deve acontecer de maneira brusca os fsicos preferem o termo sharp (em ingls, pontiagudo).

Um bom supercondutor deve ainda ter a capacidade de expulsar um campo magntico que age sobre ele, para que a supercondutividade no seja destruda, por exemplo, pela ao de um relmpago ou de outra fonte magntica exterior, o que seria outro fato a inviabilizar sua aplicao. Por fim, preciso que ele conduza uma alta densidade de corrente eltrica, sendo esta talvez sua caracterstica mais importante do ponto de vista prtico.

Abaixo como exemplo uma imagem de um cabo supercondutor que utilizado no acelerador de partculas LHC:

Figura 6 Partes fundamentais de um motor eltrico:

Fonte: USP, 2007.

O maior cabo supercondutor do mundo ser instalado na Alemanha, unindo duas subestaes na cidade de Ruhr. Projetado para suportar uma carga de 40 MW (megawatts), o cabo ser formado por sees concntricas operando a 10.000 volts. Tudo isto com 1 km de extenso.

Para a mesma espessura, o cabo supercondutor transfere 100 vezes mais energia do que o cobre, virtualmente sem perda de energia.

4.1 Levitao magntica

O supercondutor deve ser um bloco macio, sendo indicado o material produzido com YBCO, por fuso texturizada. Esse tipo de levitao autoestvel verticalmente devido condio de equilbrio entre a fora de levitao e o peso, e tem tambm estabilidade transversal, baseada na ancoragem (pinning) da rede de vrtices, que gera foras restauradoras quando deformada elasticamente. (COPPE/UFRJ, 2013)

Figura 7 Vdeo de apresentao da levitao magntica:

Fonte: TED TALKS, 2012.

4.2 Demonstrao

Como que pode um disco superfino, de 7,6 cm, levantar por meio de levitao algo 70.000 vezes seu prprio peso? Numa demonstrao fascinante e futurstica, Boaz Almog mostra como um fenmeno conhecido como "priso quntica" permite que um disco supercondutor flutue sobre um trilho magntico completamente sem frico e sem nenhuma perda de energia. (ALMONG, 2013)

Digitar o endereo abaixo no navegador para visualizar o vdeo:http://youtu.be/PXHczjOg06w

Figura 7 Vdeo de apresentao da levitao magntica:

Fonte: TED TALKS, 2012.

5 Concluso

Com o advento de novos recursos tecnolgicos, a tendncia que possamos usufruir dos recursos possibilitados pelos Supercondutores em mdio prazo (10 20 anos). Conseguiremos distribuir melhor a energia produzida, deixando de perder mais de 20% somente na transmisso. Poderemos tambm reduzir significativamente o tamanho dos equipamentos eletrnicos.

Outro recurso desejado pela humanidade que h vrios sculos vem sido mostrado em filmes de fico cientfica pode estar prximo de ser concludo, estou falando de meios de transporte por levitao magntica. No Japo j temos projetos em andamento, um trem MAGLEV que pode viajar a incrveis 600 km/h. Este projeto tem data de entrega para 2027. (REVISTA EXAME, 2013).

So diversas as aplicaes que sero beneficiadas com estes recursos relacionados superconduo e magnetismo. Pois afeta diretamente os recursos vitais da sociedade moderna, sendo eles energia e transporte.

Referncias

ALMOG, Boaz."Levitao" Magntica.2012. Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.BLACK, Newton Henry.Practical physics.Z: The Macmillan Co., 1913. 469 p.CHEMSPIDER.Fe2O3.Disponvel em: . Acesso em: 27 nov. 2013.CONDENSADA, Grupo de Estrutura Eletrnica e Fenmenos Coletivos da Matria.A supercondutividade.Br: Cbpf, 2012.COPPE/UFRJ.Levitao Magntica Supercondutora.Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.FSICA, S.Campo Magntico.Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.MEC.Bssola Magntica.Disponvel em: .MICHAELIS.Magnetismo.Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.MOURA, Cssio Stein.Fsica para o Ensino Mdio Gravitao, Eletromagnetismo e Fsica Moderna.Porto Alegre: Edipucrs, 2011. 283 p.MUSSOI, Fernando Luiz Rosa.Fundamentos de Eletromagnetismo.Florianpolis: Cefet, 2005. 127 p. (3.2).REDAO DO SITE INOVAO TECNOLGICA.Cabo Supercondutor.2012. Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.REVISTA EXAME. Trem MAGLEV. 2013. Disponvel em: .USP, Centro de Pesquisa Aplicada.Motor Eltrico.2007. Disponvel em: . Acesso em: 28 nov. 2013.