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I – ELETROMAGNETISMO - Liceu de Estudos Integrados

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<strong>ELETROMAGNETISMO</strong> ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ELEMENTOS DE<br />

FÍSCA QUÂNTICA<br />

I <strong>–</strong> <strong>ELETROMAGNETISMO</strong><br />

1. INTRODUÇÃO<br />

O eletromagnetismo é o ramo da física que<br />

estuda os fenômenos relacionados à atração <strong>de</strong> metais e<br />

imãs e a relação entre esses fenômenos e a eletricida<strong>de</strong>.<br />

A palavra magnetismo tem sua origem na Grécia Antiga,<br />

porque foi em Magnésia, antiga cida<strong>de</strong> grega, que se<br />

observou um minério com a proprieda<strong>de</strong> <strong>de</strong> atrair objetos<br />

<strong>de</strong> ferro. Tal minério ficou conhecido por magnetita (Fe3O4)<br />

que é consi<strong>de</strong>rado ímã natural. Um imã natural po<strong>de</strong> se<br />

<strong>de</strong>smagnetizar por vibrações (marteladas) ou por<br />

aquecimento. A temperatura em que o imã se<br />

<strong>de</strong>smagnetiza é <strong>de</strong>nominado ponto curie e vale cerca <strong>de</strong><br />

585ºC.Atualmente se sabe que eletricida<strong>de</strong> e magnetismo<br />

são aspectos do mesmo fenômeno, o eletromagnetismo,<br />

no qual estudamos os fenômenos magnéticos originados<br />

por correntes elétricas e as suas conseqüências.<br />

2- ÍMÃS OU MAGNETOS<br />

São corpos que atraem Ferro, Níquel, Cobalto e outros<br />

materiais ferromagnéticos. Po<strong>de</strong>m se apresentar em<br />

diversas formas tais como barras cilíndricas, barras<br />

prismáticas, ferraduras, anel circular, etc.<br />

2.1 <strong>–</strong> Proprieda<strong>de</strong>s dos Ímãs<br />

a) Tem proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> atrair ferro, cobalto, níquel e<br />

materiais ferromagnéticos. Limalhas <strong>de</strong> ferro a<strong>de</strong>rem às<br />

regiões extremas <strong>de</strong> um ímã, <strong>de</strong>nominadas pólos, que só<br />

existem aos pares.<br />

b) Quando suspensos pelo centro <strong>de</strong> gravida<strong>de</strong>, orientamse,<br />

aproximadamente, na direção norte-sul geográfica<br />

do lugar. A região do imã que se volta para o pólo norte<br />

geográfico é <strong>de</strong>nominada pólo norte (N) e a outra região,<br />

pólo sul (S).<br />

c) Exercem entre si forças <strong>de</strong> atração ou <strong>de</strong> repulsão,<br />

conforme a posição em que são postos em presença. A<br />

experiência mostra que: “pólos <strong>de</strong> mesmo nome se<br />

repelem e <strong>de</strong> nomes contrários se atraem”. (Princípio<br />

da Atração e da Repulsão).<br />

d) É impossível separa os pólos <strong>de</strong> um ímã - Princípio da<br />

inseparabilida<strong>de</strong> dos pólos <strong>de</strong> um ímã. Se secionarmos<br />

ao meio um ímã em forma <strong>de</strong> barra, surgirão novos pólos<br />

norte e sul em cada um <strong>de</strong> seus pedaços, constituindo<br />

cada um <strong>de</strong>les um novo ímã. Prosseguindo a divisão,<br />

po<strong>de</strong>-se chegar em escala atômica. Uma explicação <strong>de</strong>sse<br />

fenômeno foi proposta pelo cientista André-Marie Ampère<br />

(1775-1836). Ele supôs cada ímã constituído <strong>de</strong> pequenos<br />

ímãs elementares; a soma dos efeitos <strong>de</strong> todos esses ímãs<br />

elementares é que resultaria no ímã completo.<br />

Na teoria atual, dos domínios magnéticos <strong>–</strong><br />

grupos <strong>de</strong> átomos <strong>–</strong> cada átomo <strong>de</strong> um corpo, é um<br />

pequeno ímã, que recebe o nome <strong>de</strong> dipolos magnéticos.<br />

3- CAMPO MAGNÉTICO<br />

Campo magnético é a região em volta <strong>de</strong> um ímã ou <strong>de</strong><br />

um condutor percorrido por corrente. O campo magnético é<br />

caracterizado em cada ponto pelo vetor indução<br />

magnética B , tangente as linhas <strong>de</strong> indução, e <strong>de</strong>tectado<br />

por BÚSSOLAS.<br />

Linhas <strong>de</strong> indução do campo magnético<br />

São linhas imaginárias fechadas, tangentes ao vetor<br />

campo magnético B e orientadas em seu sentido, que<br />

saem do pólo Norte e entram no pólo Sul. Dão, portanto,<br />

a direção e o sentido do vetor campo B em cada ponto.<br />

Na região interna <strong>de</strong> um ímã em forma <strong>de</strong> U temos um<br />

campo <strong>de</strong> indução magnética uniforme, ou seja, o<br />

vetor B é constante em todos os pontos do mesmo.<br />

3.1 - INDUÇÃO MAGNÉTICA<br />

É o fenômeno da imantação <strong>de</strong> um corpo por<br />

meio <strong>de</strong> um ímã. Um corpo não imantado quando é<br />

colocado na presença <strong>de</strong> um ímã, o vetor indução<br />

magnético do campo por ele criado orienta os ímãs<br />

elementares ou os domínios magnéticos , imantando-o.<br />

Este corpo passará a apresentar proprieda<strong>de</strong>s magnéticas<br />

porque nele há uma predominância <strong>de</strong> ímãs elementares<br />

sobre os <strong>de</strong>mais.<br />

Corpo não imantado<br />

(domínios não orientados)<br />

3.2 - Ímãs permanentes e ímãs transitórios<br />

Corpo imantado<br />

(domínios orientados)<br />

a) ÍMÃS PERMANENTES <strong>–</strong> são aqueles que, <strong>de</strong>pois <strong>de</strong><br />

imantados, conservam suas proprieda<strong>de</strong>s magnéticas por<br />

longo tempo mesmo na ausência <strong>de</strong> um campo magnético.<br />

Exemplo: materiais <strong>de</strong> aço.


) ÍMÃS TRANSITÓRIOS <strong>–</strong> são aquele que <strong>de</strong>ixam <strong>de</strong><br />

funcionar como ímãs, quando não estão sob a ação <strong>de</strong> um<br />

campo magnético; eles per<strong>de</strong>m a orientação <strong>de</strong> seus ímãs<br />

elementares. Exemplo: materiais <strong>de</strong> ferro doce (aquele que<br />

contém o mínimo <strong>de</strong> impurezas) e aço não- temperado.<br />

NOTAS:<br />

1ª) ÍMÃS ARTIFICIAIS, são mais fortes que os ímãs naturais;<br />

são usados para movimentação <strong>de</strong> cargas pesadas.<br />

2ª) Em geral, o simples contato <strong>de</strong> um corpo com um ímã<br />

não é suficiente para magnetizá-lo; torna-se necessário,<br />

então, atritá-los várias vezes e sempre no mesmo sentido,<br />

abrangendo toda a superfície do corpo a ser imantado.<br />

3ª) Como basicamente a magnetização da matéria ocorre<br />

sempre que conseguimos orientar seus ímãs elementares,<br />

outros métodos <strong>de</strong> imantação <strong>de</strong> menor importância po<strong>de</strong>m<br />

ser sugeridos, como, por exemplo, o martelamento <strong>de</strong> um<br />

corpo <strong>de</strong> substância magnética que esteja alinhado com o<br />

eixo magnético da Terra. Este martelamento po<strong>de</strong> também<br />

ser substituído por um leve aquecimento do corpo com<br />

idêntico resultado.<br />

4ª) Inversamente, se <strong>de</strong>salinharmos os ímãs elementares <strong>de</strong><br />

um material magnético, ele per<strong>de</strong>rá gran<strong>de</strong> parte <strong>de</strong> sua<br />

imantação. Assim, os materiais magnéticos não <strong>de</strong>vem ser<br />

aquecidos acima <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminada temperatura (<strong>de</strong>nominada<br />

ponto <strong>de</strong> Curie), sob pena <strong>de</strong> per<strong>de</strong>rem suas proprieda<strong>de</strong>s<br />

magnéticas. O ponto <strong>de</strong> Curie é diferente para cada<br />

substância magnética: o ferro se <strong>de</strong>smagnetiza a 770 ºC, o<br />

níquel a 358 ºC, a magnetita a 585 ºC e o cobalto a 1140 ºC.<br />

3.3 - Campo Magnético da Terra<br />

A Terra se comporta como um enorme dipolo magnético.<br />

Tudo se passa como se no interior da Terra houvesse um<br />

gigantesco ímã em forma <strong>de</strong> barra com uma pequena<br />

inclinação em relação ao eixo <strong>de</strong> rotação da Terra. Este<br />

magnetismo se <strong>de</strong>ve em parte aos materiais magnéticos que<br />

constituem o solo terrestre, e em parte às características da<br />

ionosfera que, por ser eletrizada, ao acompanhar a rotação<br />

da Terra, gera um campo magnético.<br />

Os pólos magnéticos terrestres não são fixos; nos últimos<br />

2000 anos o pólo sul magnético <strong>de</strong>screveu uma espécie <strong>de</strong><br />

“8” entre o pólo Norte Geográfico e o Canadá. Assim, por<br />

exemplo, em 1894, numa medição feita em Londres, o<br />

ângulo Φ mostrado na figura abaixo era <strong>de</strong> 17º; atualmente é<br />

cerca <strong>de</strong> 11º.<br />

3.4- CLASSIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS<br />

MAGNÉTICAS<br />

Quanto a facilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> imantação as substâncias po<strong>de</strong>m ser<br />

classificadas em:<br />

Ferromagnéticas <strong>–</strong> são aqueles cujos ímãs elementares se<br />

orientam facilmente quando submetidas à ação <strong>de</strong> um<br />

campo magnético. Possuem po<strong>de</strong>res <strong>de</strong> imantação.<br />

Exemplo: ferro, níquel, cobalto e algumas ligas metálicas.<br />

Paramagnéticas <strong>–</strong> são aquelas cujos ímãs elementares não<br />

se orientam facilmente sob a ação <strong>de</strong> um campo magnético.<br />

Possuem fraco po<strong>de</strong>r <strong>de</strong> imantação. Exemplo: ma<strong>de</strong>ira,<br />

plástico, óleo, ar, oxigênio líquido e metais como alumínio,<br />

cromo, manganês, paládio, platina, etc.<br />

Diamagnéticas <strong>–</strong> são aquelas cujos ímãs elementares se<br />

orientam em sentido contrário ao vetor indução magnética.<br />

Não possuem proprieda<strong>de</strong>s magnéticas, não po<strong>de</strong>m ser<br />

imantadas e são repelidas por ímãs. Exemplos: ouro, prata,<br />

chumbo, mercúrio, zinco, bismuto, antimônio, água etc.<br />

3.5 - EXPERIÊNCIA DE OERSTED - Campo Magnético<br />

criado por corrente<br />

Até o começo do século XIX, não se conhecia uma relação<br />

entre a Eletricida<strong>de</strong> e o Magnetismo. Através <strong>de</strong><br />

experiências, verificou-se que cargas elétricas fixas não<br />

interagem <strong>de</strong> modo algum com os ímãs. Porém, com cargas<br />

em movimento <strong>–</strong> corrente elétrica <strong>–</strong> ocorrem várias<br />

interações elétricas.<br />

Uma corrente elétrica (cargas em movimento) cria ao seu<br />

redor um campo magnético. Conclusão obtida a partir das<br />

experiências realizadas pelo físico dinamarquês Hans<br />

Christian Oersted <strong>–</strong>1820. O maior mérito da <strong>de</strong>scoberta <strong>de</strong><br />

Oersted foi a <strong>de</strong>monstração <strong>de</strong> que os fenômenos elétricos e<br />

os magnéticos estão intimamente relacionados. Na figura<br />

abaixo, tem-se um condutor percorrido por corrente gerando<br />

um campo magnético em torno <strong>de</strong> si, que faz <strong>de</strong>sviar<br />

agulhas magnéticas colocadas na sua vizinhança.<br />

3.6 - VETOR INDUÇÃO MAGNÉTICA<br />

A fim <strong>de</strong> se caracterizar a ação <strong>de</strong> um imã, em<br />

cada ponto do campo magnético associa-se um vetor,<br />

<strong>de</strong>nominado vetor indução magnética B , que aten<strong>de</strong> às<br />

seguintes características.<br />

a) Sua direção é tangente à linha <strong>de</strong> indução que passa<br />

pelo ponto consi<strong>de</strong>rado.<br />

b) Seu sentido concorda com o sentido da linha <strong>de</strong><br />

indução, na convenção dada.<br />

c) Seu módulo assume valor que, em geral, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><br />

da posição do ponto.<br />

Unida<strong>de</strong> do vetor indução magnética<br />

No SI, a unida<strong>de</strong> [B] = tesla(T)


Outra unida<strong>de</strong> [B] = gauss (G)<br />

1 T = 10 4 G<br />

CONVENÇÕES<br />

No estudo do eletromagnetismo, usam-se as<br />

seguintes convenções para as representações <strong>de</strong> vetores:<br />

(Visão por trás) ⊗ ⊙ (visão pela frente)<br />

⊗: ENTRANDO - representa um fio, uma linha ou um<br />

vetor ( Fm , B , v ) perpendicular ao da figura (ou do papel),<br />

em posição <strong>de</strong> ENTRADA (afastando-se do observador).<br />

⊙: SAÍNDO <strong>–</strong> representa um fio, uma linha ou um vetor<br />

perpendicular ao plano da figura, em posição <strong>de</strong> SAÍDA<br />

(aproximando-se do observador).<br />

Campo magnético uniforme<br />

É aquele cujo vetor indução B é constante, isto<br />

é, em todos os pontos B tem mesma direção, mesmo<br />

sentido e mesmo módulo. As linhas <strong>de</strong> indução <strong>de</strong> um<br />

campo magnético uniforme são retas paralelas e<br />

igualmente distribuídas.<br />

4- CAMPOS MAGNÉTICOS DE CORRENTES<br />

ELÉTRICAS<br />

4.1- Campo magnético <strong>de</strong> fio retilíneo longo.<br />

Quando o fio é atravessado pela corrente elétrica<br />

surge no espaço em torno <strong>de</strong>le um campo magnético<br />

capaz <strong>de</strong> agir sobre uma agulha magnética. As linhas <strong>de</strong><br />

campo magnético criadas por um condutor retilíneo<br />

percorrido por uma corrente i são círculos concêntricos e<br />

perpendiculares a ele. A orientação <strong>de</strong>ssas linhas é dada<br />

pela “regra da mão direita”<br />

Características do Vetor Campo Magnético B , em P<br />

μ0<br />

. i<br />

Módulo: B (Lei <strong>de</strong> Biot e Savart)<br />

2π.<br />

R<br />

Constata-se experimentalmente que o módulo do<br />

vetor indução magnética B <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> da intensida<strong>de</strong> da<br />

corrente i no condutor, da distância R do ponto P ao<br />

condutor, e do meio que envolve. O meio é caracterizado<br />

magneticamente por uma gran<strong>de</strong>za física escalar<br />

<strong>de</strong>nominada permeabilida<strong>de</strong> magnética do meio ().<br />

Para o vácuo essa gran<strong>de</strong>za tem valor:<br />

μ0 = 4π.<br />

10 - 7 T.m/A<br />

B: intensida<strong>de</strong> do campo em tesla (T),<br />

i: corrente elétrica em ampère (A),<br />

r: distância do ponto P ao condutor (m)<br />

Direção: tangente à linha <strong>de</strong> indução;<br />

Sentido: regra da mão direita nº 01<br />

Regra da mão direita nº 01:<br />

Colocando-se o polegar da mão direita sobre o fio, no<br />

sentido convencional da corrente elétrica, o sentido das<br />

linhas <strong>de</strong> indução será o mesmo do movimento dos <strong>de</strong>dos<br />

ao envolver o fio.<br />

4.2- Campo magnético numa espira circular<br />

(centro)<br />

As linhas <strong>de</strong> campo entram por um lado e saem<br />

pelo outro. O lado on<strong>de</strong> entram as linhas associa-se o pólo<br />

SUL e o que sai ao NORTE.<br />

Características do vetor campo magnético no<br />

centro da espira:<br />

μ0<br />

. i<br />

Módulo: B (tesla, T)<br />

2.<br />

R<br />

On<strong>de</strong>: μ 0 = permeabilida<strong>de</strong> magnético do meio interno<br />

à espira<br />

i = intensida<strong>de</strong> da corrente<br />

R = raio da espira (anel circular)<br />

Direção: perpendicular ao plano da espira<br />

Sentido: regra da mão direita Nº 01<br />

O sentido das linhas <strong>de</strong> indução po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>terminado,<br />

também, pela regra do parafuso ou, sendo mais<br />

conveniente escrever uma letra N (Norte) ou S (Sul)<br />

acompanhando o sentido da corrente.<br />

Bobina Chata com n espiras:<br />

μ0<br />

. N.<br />

i<br />

B<br />

2.<br />

R<br />

(centro)


Sendo:<br />

N = número <strong>de</strong> espiras;<br />

i = intensida<strong>de</strong> <strong>de</strong> corrente;<br />

R = raio.<br />

4.3 - Campo <strong>de</strong> um solenói<strong>de</strong> reto (centro)<br />

Chama-se solenói<strong>de</strong> ou bobina longa a um fio<br />

condutor enrolado em forma <strong>de</strong> espiras não justapostas.<br />

São aparelhos <strong>de</strong> larga aplicação industrial, comportam-se<br />

como ímãs quando percorridos por correntes.<br />

O campo magnético produzido por um solenói<strong>de</strong> é<br />

semelhante ao campo <strong>de</strong> um ímã em forma <strong>de</strong> barra. No<br />

interior do solenói<strong>de</strong>, o vetor indução magnética B é<br />

uniforme e tem as seguintes características:<br />

Módulo:<br />

μ0<br />

. N.<br />

i<br />

B (tesla, T)<br />

L<br />

N = número <strong>de</strong> espiras no comprimento L<br />

ℓ = comprimento em metro (m),<br />

i = corrente em ampère (A)<br />

Direção: paralela ao eixo do solenói<strong>de</strong>.<br />

Sentido: do sul para o norte, <strong>de</strong>terminada pela<br />

regra da mão direita Nº 01,<br />

Envolva o solenói<strong>de</strong> com a mão direita <strong>de</strong> modo<br />

que a ponta dos <strong>de</strong>dos indique o sentido da corrente e o<br />

polegar indique o sentido <strong>de</strong> B . Também po<strong>de</strong>mos dispor<br />

o polegar no sentido da corrente e os <strong>de</strong>mais <strong>de</strong>dos, por<br />

<strong>de</strong>ntro do solenói<strong>de</strong>, indicando as linhas <strong>de</strong> indução<br />

saindo ou entrando na extremida<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rada.<br />

5- FORÇA MAGNÉTICA DE LORENTZ<br />

Mostra a experiência que o campo magnético é<br />

capaz <strong>de</strong> atuar sobre a carga em movimento, exercendo<br />

nela uma força <strong>de</strong> campo <strong>de</strong>nominada força magnética<br />

<strong>de</strong> Lorentz, que <strong>de</strong>svia a carga <strong>de</strong> sua trajetória original.<br />

A força magnética resulta da interação dos<br />

campos da carga em movimento e do meio.<br />

5.1. FORÇA SOBRE CARGAS MÓVEIS<br />

Quando uma carga elétrica q positiva, lançada em<br />

um campo magnético uniforme <strong>de</strong> intensida<strong>de</strong> B, com<br />

velocida<strong>de</strong> v , formando um ângulo θ com o vetor<br />

indução magnética, fica submetida a uma força<br />

magnética com as seguintes características:<br />

Módulo: Fm = q.v.B.senθ<br />

q = módulo da carga lançada;<br />

v = módulo da velocida<strong>de</strong> da carga<br />

θ = ângulo entre v e B <br />

B = módulo do campo magnético.<br />

Direção: Fm <br />

perpendicular a B e a v <br />

Sentido: regra da esquerda direita nº2 (regra do tapa) ou<br />

regra da mão esquerda, <strong>de</strong> Fleming.<br />

Regra da mão esquerda, com q > 0:<br />

* Polegar: indica o sentido <strong>de</strong> Fm <br />

* Indicador: indica o campo magnético B <br />

* Médio: indica a velocida<strong>de</strong> v <br />

Se a carga elétrica q é negativa, o sentido da Fm é o<br />

oposto àquele fornecido pela regra da mão esquerda.<br />

5.2- CARGA “Q” LANÇADA NO INTERIOR DE UM<br />

CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME<br />

Sabemos que quando uma carga elétrica (q) se<br />

movimenta num campo magnético, ela po<strong>de</strong> ficar sujeita à<br />

ação da força magnética <strong>de</strong> Lorentz.<br />

Essa força Fm <br />

, quando existe, é sempre perpendicular ao<br />

vetor indução magnética ( B) e ao vetor velocida<strong>de</strong> V .<br />

Concluímos, então, que a força magnética é uma<br />

resultante centrípeta (pois Fm <br />

V ) e, portanto, altera a<br />

direção do vetor velocida<strong>de</strong> V , mas não altera seu<br />

módulo. Decorre, portanto, que o movimento <strong>de</strong> uma<br />

carga elétrica, sob a ação exclusiva <strong>de</strong> um campo<br />

magnético, é uniforme. O movimento particular que uma<br />

carga elétrica passa a executar quando penetra numa<br />

região on<strong>de</strong> reina um campo magnético uniforme <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><br />

do modo pelo qual ela penetra no campo.<br />

Analisaremos, a seguir, três casos distintos.<br />

Movimentos adquiridos pela carga: MRU, MCU e MHU.


1º Caso: Lançamento paralelo ao campo<br />

(θ=0º ou θ=180º).<br />

Uma carga elétrica lançada na direção das linhas<br />

<strong>de</strong> indução <strong>de</strong> um campo magnético uniforme realiza um<br />

movimento retilíneo e uniforme. Temos Fm = 0 ⇒ M.R.U<br />

Nota: Temos, também, Fm = 0 (força nula) se a carga for<br />

abandonada em repouso no campo magnético.<br />

2º Caso: Lançamento perpendicular ao<br />

campo magnético<br />

Nessas condições, da Dinâmica, concluímos que<br />

a carga elétrica realiza movimento circular uniforme.<br />

Temos θ = 90º ⇒ Fm = Fcp = q.v.B ⇒ MCU<br />

CÁLCULO DO RAIO DA CIRCUNFERÊNCIA<br />

Como a força magnética ( Fm <br />

) é uma resultante centrípeta<br />

( Fcp <br />

m.v<br />

), resultante: Fm = Fcp ⇒ |q|.v.B =<br />

R<br />

2<br />

CÁLCULO DO PERÍODO<br />

Portanto:<br />

Sendo o movimento uniforme, po<strong>de</strong>mos<br />

escrever: s = v.t. Numa volta completa tem-se:<br />

s = 2 R e t = T. Logo: 2 . R = Vt ⇒ 2.<br />

m.v<br />

= v.T<br />

| q | B<br />

Observação<br />

R =<br />

m.<br />

v<br />

q.<br />

B<br />

Raio da trajetória<br />

2π.<br />

m<br />

T =<br />

q.<br />

B<br />

Período do MCU<br />

Nem o período e nem a freqüência do movimento<br />

<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>m da velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> lançamento.<br />

m = massa (kg);<br />

B = campo magnético (tela, T)<br />

v = velocida<strong>de</strong>( m/s)<br />

q =carga elétrica (coulomb, C)<br />

3ºCaso: Carga elétrica lançada<br />

obliquamente às linhas <strong>de</strong> indução.<br />

A partícula realiza Movimento Helicoidal Uniforme.<br />

Temos: Fm = q.v.B.senθ ⇒ MHU<br />

A análise <strong>de</strong>sse movimento fica simples quando se<br />

<strong>de</strong>compõe a velocida<strong>de</strong> v em duas componentes<br />

perpendiculares, uma na direção <strong>de</strong> B e outra na direção<br />

perpendicular a B .<br />

a) A componente na direção <strong>de</strong> B ( )<br />

1<br />

v <br />

permanece<br />

constante e, ao longo <strong>de</strong>ssa direção, a partícula<br />

<strong>de</strong>screve MRU (1° caso).<br />

b) A componente perpendicular à B ( V2 )<br />

<br />

, <strong>de</strong> acordo com<br />

o 2° caso, <strong>de</strong>termina que a partícula execute MCU.<br />

A superposição <strong>de</strong>sses dois movimentos é um movimento<br />

helicoidal e uniforme. A trajetória é uma hélice <strong>de</strong> eixo<br />

paralelo às linhas <strong>de</strong> indução do campo.<br />

5.3 <strong>–</strong> FORÇA SOBRE FIO CONDUTOR<br />

Consi<strong>de</strong>re um condutor metálico retilíneo, <strong>de</strong><br />

comprimento (), percorrido por corrente elétrica <strong>de</strong><br />

intensida<strong>de</strong> constante i, colocado num campo magnético<br />

uniforme, formando com o vetor indução B um ângulo .<br />

A força magnética Fm <br />

que surge no condutor é a<br />

resultante <strong>de</strong> um conjunto <strong>de</strong> forças <strong>de</strong> Lorentz que atuam<br />

sobre cada carga elétrica q constituinte da corrente<br />

elétrica.<br />

Seja n o número <strong>de</strong> cargas q que atravessa uma secção<br />

do condutor em um intervalo <strong>de</strong> tempo t e estão contidas<br />

no comprimento . Temos em cada carga q:<br />

Fm = |q|. V .B sen <br />

A força magnética resultante será:<br />

Fm = n . fm ⇒ Fm = n.|q|.<br />

n | q |<br />

Δt<br />

Mas i<br />

<br />

. B sen <br />

Δt<br />

Então: Fm = i B sen ou<br />

Fm = B.i. sen <br />

Assim, a força magnética Fm tem as seguintes<br />

características:<br />

* Módulo: Fm = B.i. sen <br />

* Direção <strong>–</strong> é perpendicular ao condutor e ao vetor<br />

indução.<br />

* Sentido - o sentido da força magnética é obtido pela<br />

regra da mão esquerda. O <strong>de</strong>do indicador no sentido do


campo e o médio no sentido convencional da corrente<br />

elétrica, o polegar dará o sentido da força que age sobre o<br />

condutor.<br />

5.4 <strong>–</strong> FORÇA EM FIOS PARALELOS<br />

Quando dois fios condutores são dispostos<br />

paralelamente um ao outro, po<strong>de</strong>mos perceber que entre<br />

eles passa a ocorrer uma força que po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong> atração ou<br />

<strong>de</strong> repulsão entre os fios. Analisando as figuras abaixo<br />

po<strong>de</strong>mos mostrar o que ocorre quando um fio é colocado<br />

próximo do outro.<br />

Correntes no mesmo sentido atração<br />

Correntes em sentidos contrários repulsão<br />

A figura acima representa as situações em que os fios são<br />

percorridos por correntes <strong>de</strong> mesmo sentido, ocorrendo<br />

forças atrativas entre eles, e quando são percorridos por<br />

correntes <strong>de</strong> sentidos opostos, aparecendo forças<br />

repulsivas. A intensida<strong>de</strong> da força magnética entre os fios<br />

po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>terminada pela expressão:<br />

i1.<br />

. i 2<br />

Fm<br />

μ0<br />

. L<br />

2π.<br />

d<br />

On<strong>de</strong>: μ (mi) = permeabilida<strong>de</strong> magnética do meio<br />

d = distância entre os fios<br />

L = comprimento dos fios condutores<br />

i1 e i2 = intensida<strong>de</strong> das correntes nos fios.<br />

6. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA<br />

Descoberta por Michael Faraday, 1791 -1867,<br />

cientista inglês, é o fenômeno do aparecimento <strong>de</strong> uma<br />

f.e.m (e) ou <strong>de</strong> uma corrente elétrica induzida (i) quando<br />

um condutor corta as linhas <strong>de</strong> um campo magnético.<br />

Explica o funcionamento dos geradores.<br />

Consta-se, experimentalmente, que, quando a<br />

intensida<strong>de</strong> do fluxo magnético se altera com o <strong>de</strong>curso do<br />

tempo, através <strong>de</strong> um circuito fechado, surge neste uma<br />

femi média em (força eletromotriz induzida média).<br />

Variação do fluxo magnético (∆Φ) ⇒ produz f.e.m.<br />

e corrente induzida<br />

∆Φ em circuito fechado (espira) ⇒produz “f.e.m.” e<br />

“i”.<br />

∆Φ em circuito aberto ⇒ produz f.e.m.<br />

6.1- FLUXO MAGNÉTICO<br />

Para a abordagem conveniente do fenômeno da<br />

indução eletromagnética, Faraday sugeriu a introdução <strong>de</strong><br />

uma gran<strong>de</strong>za chamada fluxo magnético e que me<strong>de</strong> o<br />

número <strong>de</strong> linhas <strong>de</strong> indução que atravessam a<br />

superfície da espira imersa num campo magnético. No<br />

SI, a unida<strong>de</strong> usual <strong>de</strong> fluxo magnético (Φ, fi) é o weber<br />

(Wb).<br />

Consi<strong>de</strong>remos uma espira <strong>de</strong> área A colocada<br />

<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> um campo magnético B <strong>de</strong> tal forma que a<br />

normal n à superfície da espira faça ângulo θ com as<br />

linhas <strong>de</strong> indução.<br />

Φ= B.A.cos θ Φ= B.A Φ= 0 Φ= - B.A<br />

Define-se fluxo do vetor indução B , através da espira,<br />

como sendo a gran<strong>de</strong>za escalar dada por:<br />

= B . A . cosθ<br />

B: indução magnética, em tesla (T)<br />

A: área da espira, em m²;<br />

Φ: fluxo magnético, em weber(Wb),<br />

Da <strong>de</strong>finição <strong>de</strong> fluxo magnético resulta:<br />

1 Wb = 1 T . 1 m 2 Wb<br />

T =<br />

2<br />

m<br />

Temos variação <strong>de</strong> fluxo <strong>de</strong> indução<br />

magnética (∆Φ) quando:<br />

a) O campo(B) do ímã na espira varia.<br />

b) A área “A” da espira varia.<br />

c) O ângulo θ varia.<br />

O ângulo θ está variando, o que faz variar o fluxo<br />

6.2. LEI DE LENZ<br />

Heinrich F. E. Lenz (1804-1865), físico russo que<br />

enunciou a lei que permite <strong>de</strong>terminar o sentido das<br />

correntes induzidas. Estudou, também, a <strong>de</strong>pendência da<br />

resistência elétrica com a temperatura.


LEI DE LENZ<br />

”Os efeitos da corrente induzida sempre se opõem<br />

às causas do seu aparecimento”.<br />

Aproximando o ímã com um SUL, aparecerá<br />

um SUL na espira. Aproximando com um<br />

NORTE, aparecerá um NORTE.<br />

Afastando o ímã com um NORTE,<br />

aparecerá um SUL na espira<br />

Por exemplo, a aproximação <strong>de</strong> um ímã em<br />

relação a uma espira causa a variação <strong>de</strong> fluxo magnético<br />

através da espira, originando uma fem i e a<br />

conseqüentemente uma corrente induzida. Esta corrente<br />

irá, então, produzir um fluxo magnético induzido que se<br />

oporá à variação do fluxo magnético indutor.<br />

6.3 <strong>–</strong> LEI DE FARADAY- NEUMANN<br />

A variação do fluxo <strong>de</strong> indução através da área <strong>de</strong><br />

uma espira induz nela uma F.E.M., provocando o<br />

aparecimento <strong>de</strong> uma corrente elétrica (ou “ A f.e.m.<br />

induzida num circuito é igual ao quociente da variação do<br />

fluxo magnético pelo intervalo <strong>de</strong> tempo <strong>de</strong>corrido.<br />

2 - 1<br />

e m _ _<br />

volt(V)<br />

t<br />

t 2 t 1<br />

O sinal negativo <strong>de</strong>ve-se a lei <strong>de</strong> LENZ.<br />

Naturalmente, quando se consi<strong>de</strong>rar um intervalo <strong>de</strong> tempo<br />

ten<strong>de</strong>ndo a zero (Δt → 0), será obtida a femi instantânea<br />

(e)<br />

6.4 - Obtenção <strong>de</strong> uma f.e.m. induzida<br />

constante<br />

Imaginemos um condutor retilíneo <strong>de</strong><br />

comprimento L, atravessando uma região com velocida<strong>de</strong><br />

v, on<strong>de</strong> atua um campo magnético B, orientado para<br />

<strong>de</strong>ntro da folha conforme a figura abaixo. Como se trata <strong>de</strong><br />

um condutor metálico, ele possui elétrons livres, os quais<br />

se <strong>de</strong>slocam com a mesma velocida<strong>de</strong> do condutor. Esses<br />

elétrons ficam submetidos a uma força magnética que<br />

provoca o acúmulo <strong>de</strong> cargas negativas em uma das<br />

extremida<strong>de</strong>s do condutor e falta <strong>de</strong> cargas negativas na<br />

outra extremida<strong>de</strong>. À medida que as cargas elétricas vão<br />

se separando no interior do condutor vai se estabelecendo<br />

um campo elétrico, até que os elétrons ficam em equilíbrio,<br />

quando as forças elétricas e magnéticas assumem o<br />

mesmo módulo. Como resultada da separação surge entre<br />

os extremos do condutor uma tensão e, chamada fem<br />

induzida (femi).<br />

A f.e.m. induzida entre os terminais <strong>de</strong> um<br />

condutor que se <strong>de</strong>sloca num campo e dada por:<br />

e = fem induzida, na espira, em volts;<br />

B = módulo do campo magnético, em teslas;<br />

ℓ = comprimento do lado móvel, em metros;<br />

v = velocida<strong>de</strong> constante do lado móvel (DC), em m/s.<br />

7 .TRANSFORMADORES<br />

Uma aplicação importante do fenômeno da<br />

indução eletromagnética está nos dispositivos<br />

<strong>de</strong>nominados transformadores elétricos.<br />

Transformador <strong>de</strong> tensão é um dispositivo capaz<br />

<strong>de</strong> elevar ou rebaixar uma ddp. É constituído,<br />

basicamente, <strong>de</strong> um núcleo <strong>de</strong> substância facilmente<br />

imantável (ferro puro) e duas bobinas (primário e<br />

secundário).<br />

U1 = tensão alternada gerada pela fonte (gerador) e<br />

recebida pelo consumidor que <strong>de</strong>seja transforma-la.<br />

U2 = tensão alternada obtida e que será utilizada pelo<br />

consumidor.<br />

A corrente alternada que alimenta o primário produz no<br />

núcleo do transformador um fluxo magnético alternado.<br />

Gran<strong>de</strong> parte <strong>de</strong>ste fluxo (há pequena perda) atravessa o<br />

enrolamento secundário, induzindo aí a tensão alternada U2.<br />

Chamando <strong>de</strong> N1 e N2 o número <strong>de</strong> espiras dos<br />

enrolamentos primário e secundário e admitindo que não<br />

há perdas, transformador i<strong>de</strong>al, as tensões <strong>de</strong> entrada e<br />

<strong>de</strong> saída são proporcionais ao número <strong>de</strong> espiras <strong>de</strong><br />

cada uma das bobinas, ou seja:<br />

N<br />

N<br />

1<br />

2<br />

U<br />

=<br />

U<br />

1<br />

2<br />

i<br />

=<br />

i<br />

Isto <strong>de</strong>corre porque, num transformador i<strong>de</strong>al, a<br />

potência no primário é igual à potência no secundário<br />

(P1 = P2).<br />

8. CORRENTES DE FOUCAULT<br />

Circulam em condutores maciços, uma vez que<br />

nestes existem muitos percursos fechados e forças<br />

eletromotrizes induzidas fazem circular, no interior dos<br />

mesmos correntes induzidas, produzindo aquecimento.;<br />

são nocivas, pois provocam gastos <strong>de</strong> energia na forma <strong>de</strong><br />

calor. Os núcleos dos transformadores são formados <strong>de</strong><br />

percas laminadas justapostas para evitar formação <strong>de</strong>ssas<br />

correntes. As correntes <strong>de</strong> Foucault são utilizadas na a<br />

construção <strong>de</strong> fornos <strong>de</strong> indução, para fundir peças<br />

metálicas, e nos velocímetros <strong>de</strong> carros.<br />

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