I – ELETROMAGNETISMO - Liceu de Estudos Integrados

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) ÍMÃS TRANSITÓRIOS – são aquele que deixam de funcionar como ímãs, quando não estão sob a ação de um campo magnético; eles perdem a orientação de seus ímãs elementares. Exemplo: materiais de ferro doce (aquele que contém o mínimo de impurezas) e aço não- temperado. NOTAS: 1ª) ÍMÃS ARTIFICIAIS, são mais fortes que os ímãs naturais; são usados para movimentação de cargas pesadas. 2ª) Em geral, o simples contato de um corpo com um ímã não é suficiente para magnetizá-lo; torna-se necessário, então, atritá-los várias vezes e sempre no mesmo sentido, abrangendo toda a superfície do corpo a ser imantado. 3ª) Como basicamente a magnetização da matéria ocorre sempre que conseguimos orientar seus ímãs elementares, outros métodos de imantação de menor importância podem ser sugeridos, como, por exemplo, o martelamento de um corpo de substância magnética que esteja alinhado com o eixo magnético da Terra. Este martelamento pode também ser substituído por um leve aquecimento do corpo com idêntico resultado. 4ª) Inversamente, se desalinharmos os ímãs elementares de um material magnético, ele perderá grande parte de sua imantação. Assim, os materiais magnéticos não devem ser aquecidos acima de determinada temperatura (denominada ponto de Curie), sob pena de perderem suas propriedades magnéticas. O ponto de Curie é diferente para cada substância magnética: o ferro se desmagnetiza a 770 ºC, o níquel a 358 ºC, a magnetita a 585 ºC e o cobalto a 1140 ºC. 3.3 - Campo Magnético da Terra A Terra se comporta como um enorme dipolo magnético. Tudo se passa como se no interior da Terra houvesse um gigantesco ímã em forma de barra com uma pequena inclinação em relação ao eixo de rotação da Terra. Este magnetismo se deve em parte aos materiais magnéticos que constituem o solo terrestre, e em parte às características da ionosfera que, por ser eletrizada, ao acompanhar a rotação da Terra, gera um campo magnético. Os pólos magnéticos terrestres não são fixos; nos últimos 2000 anos o pólo sul magnético descreveu uma espécie de “8” entre o pólo Norte Geográfico e o Canadá. Assim, por exemplo, em 1894, numa medição feita em Londres, o ângulo Φ mostrado na figura abaixo era de 17º; atualmente é cerca de 11º. 3.4- CLASSIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS MAGNÉTICAS Quanto a facilidade de imantação as substâncias podem ser classificadas em: Ferromagnéticas – são aqueles cujos ímãs elementares se orientam facilmente quando submetidas à ação de um campo magnético. Possuem poderes de imantação. Exemplo: ferro, níquel, cobalto e algumas ligas metálicas. Paramagnéticas – são aquelas cujos ímãs elementares não se orientam facilmente sob a ação de um campo magnético. Possuem fraco poder de imantação. Exemplo: madeira, plástico, óleo, ar, oxigênio líquido e metais como alumínio, cromo, manganês, paládio, platina, etc. Diamagnéticas – são aquelas cujos ímãs elementares se orientam em sentido contrário ao vetor indução magnética. Não possuem propriedades magnéticas, não podem ser imantadas e são repelidas por ímãs. Exemplos: ouro, prata, chumbo, mercúrio, zinco, bismuto, antimônio, água etc. 3.5 - EXPERIÊNCIA DE OERSTED - Campo Magnético criado por corrente Até o começo do século XIX, não se conhecia uma relação entre a Eletricidade e o Magnetismo. Através de experiências, verificou-se que cargas elétricas fixas não interagem de modo algum com os ímãs. Porém, com cargas em movimento – corrente elétrica – ocorrem várias interações elétricas. Uma corrente elétrica (cargas em movimento) cria ao seu redor um campo magnético. Conclusão obtida a partir das experiências realizadas pelo físico dinamarquês Hans Christian Oersted –1820. O maior mérito da descoberta de Oersted foi a demonstração de que os fenômenos elétricos e os magnéticos estão intimamente relacionados. Na figura abaixo, tem-se um condutor percorrido por corrente gerando um campo magnético em torno de si, que faz desviar agulhas magnéticas colocadas na sua vizinhança. 3.6 - VETOR INDUÇÃO MAGNÉTICA A fim de se caracterizar a ação de um imã, em cada ponto do campo magnético associa-se um vetor, denominado vetor indução magnética B , que atende às seguintes características. a) Sua direção é tangente à linha de indução que passa pelo ponto considerado. b) Seu sentido concorda com o sentido da linha de indução, na convenção dada. c) Seu módulo assume valor que, em geral, depende da posição do ponto. Unidade do vetor indução magnética No SI, a unidade [B] = tesla(T)
Outra unidade [B] = gauss (G) 1 T = 10 4 G CONVENÇÕES No estudo do eletromagnetismo, usam-se as seguintes convenções para as representações de vetores: (Visão por trás) ⊗ ⊙ (visão pela frente) ⊗: ENTRANDO - representa um fio, uma linha ou um vetor ( Fm , B , v ) perpendicular ao da figura (ou do papel), em posição de ENTRADA (afastando-se do observador). ⊙: SAÍNDO – representa um fio, uma linha ou um vetor perpendicular ao plano da figura, em posição de SAÍDA (aproximando-se do observador). Campo magnético uniforme É aquele cujo vetor indução B é constante, isto é, em todos os pontos B tem mesma direção, mesmo sentido e mesmo módulo. As linhas de indução de um campo magnético uniforme são retas paralelas e igualmente distribuídas. 4- CAMPOS MAGNÉTICOS DE CORRENTES ELÉTRICAS 4.1- Campo magnético de fio retilíneo longo. Quando o fio é atravessado pela corrente elétrica surge no espaço em torno dele um campo magnético capaz de agir sobre uma agulha magnética. As linhas de campo magnético criadas por um condutor retilíneo percorrido por uma corrente i são círculos concêntricos e perpendiculares a ele. A orientação dessas linhas é dada pela “regra da mão direita” Características do Vetor Campo Magnético B , em P μ0 . i Módulo: B (Lei de Biot e Savart) 2π. R Constata-se experimentalmente que o módulo do vetor indução magnética B depende da intensidade da corrente i no condutor, da distância R do ponto P ao condutor, e do meio que envolve. O meio é caracterizado magneticamente por uma grandeza física escalar denominada permeabilidade magnética do meio (). Para o vácuo essa grandeza tem valor: μ0 = 4π. 10 - 7 T.m/A B: intensidade do campo em tesla (T), i: corrente elétrica em ampère (A), r: distância do ponto P ao condutor (m) Direção: tangente à linha de indução; Sentido: regra da mão direita nº 01 Regra da mão direita nº 01: Colocando-se o polegar da mão direita sobre o fio, no sentido convencional da corrente elétrica, o sentido das linhas de indução será o mesmo do movimento dos dedos ao envolver o fio. 4.2- Campo magnético numa espira circular (centro) As linhas de campo entram por um lado e saem pelo outro. O lado onde entram as linhas associa-se o pólo SUL e o que sai ao NORTE. Características do vetor campo magnético no centro da espira: μ0 . i Módulo: B (tesla, T) 2. R Onde: μ 0 = permeabilidade magnético do meio interno à espira i = intensidade da corrente R = raio da espira (anel circular) Direção: perpendicular ao plano da espira Sentido: regra da mão direita Nº 01 O sentido das linhas de indução pode ser determinado, também, pela regra do parafuso ou, sendo mais conveniente escrever uma letra N (Norte) ou S (Sul) acompanhando o sentido da corrente. Bobina Chata com n espiras: μ0 . N. i B 2. R (centro)
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