FÍSICAELETROMAGNETIS

MO

COLÉGIO DE SÃO JOSÉ

2011.2PROF. LUIZ CARLOS FERREIRA

ELETROMAGNETISMO

Conhecido pelo ser humano há séculos, os ímãs ainda hoje despertam curiosidade.

Estão presentes em nosso cotidiano, dos enfeites de geladeira aos discos rígidos que

armazenam informações nos computadores. Quando ouvimos músicas no aparelho de som, o

movimento nos alto-falantes que propagam no ar o som que chega aos nossos ouvidos se

deve aos ímãs. Os motores elétricos de corrente contínua, presentes em grande número de

eletrodomésticos portáteis, funcionam baseados nos ímãs.

CAMPO MAGNÉTICO

O vocábulo “magnetismo” provém de Magnésia, nome da região localizada na

antiga Grécia, onde as propriedades dessas pedras foram descobertas. Quando suspensas por

seus centros de massa, tais pedras orientavam-se sempre na direção Norte-Sul. Eram

constituídas de óxido de ferro e denominadas magnetita. Atualmente, recebem o nome

genérico de ímã natural. Só mais tarde se descobriu a possibilidade de fabricar ímãs

artificiais.

PÓLOS MAGNÉTICOS

Todo ímã apresenta duas regiões distintas, denominadas pólos , que possuem

comportamentos opostos: pólo norte e pólo sul.

Pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem.

INSEPARABILIDADE DOS PÓLOS

Imagine um ímã em forma de barra com seus pólos norte e sul.

Se o seccionarmos ao meio, surgirão novos pólos norte e sul em cada um dos

pedaços, constituindo cada um deles um novo ímã.

SUBSTÂNCIAS MAGNÉTICAS

Dizemos que um corpo apresenta propriedades magnéticas quando há uma predominância de

ímãs orientados sobre os demais.

Classificação das substâncias magnéticas

Substancias ferromagnéticas: aquelas cujos ímãs elementares se orientam facilmente quando submetidos

à ação de um campo magnético. Exemplos: ferro, níquel, cobalto e algumas ligas metálicas.

Substancias paramagnéticas: aquelas cujos ímãs elementares não se orientam facilmente sob ação de um

campo magnético: a imantação é pouco intensa. Exemplos: platina, plásticos, madeira, óleo etc.

Substancias diamagnéticas: aquelas cujos ímãs elementares se orientam em sentido contrário ao vetor

indução magnética, sendo, portanto, repelidas pelo ímã que criou o campo magnético. Exemplos: bismuto,

cobre, ouro, prata , chumbo.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A IMATAÇÃO

A experiência mostra que, acima de um determinado valor de temperatura, os

corpos condutores perdem todas as suas propriedades ferromagnéticas.

Essa temperatura, constante para cada tipo de material, é denominada ponto Curie.

INDUÇÃO MAGNÉTICA Uma agulha de aço é, normalmente, um corpo não-imantado. Porém, quando é

colocada na presença de um ímã, o campo magnético por ele criado orienta os ímãs

elementares da agulha, tornando-a imantada.

Denomina-se indução magnética o fenômeno de imantação de um corpo por meio

de um ímã.

CAMPO MAGNÉTICO

Analogamente ao campo elétrico, denominamos campo magnético a região ao

redor de um ímã na qual ocorre um efeito magnético.

Sua representação é feita por meio de linhas de campo ou linhas de indução, que

são linhas imaginárias fechadas que saem do pólo norte e entram no pólo sul.

Cada ponto de um campo magnético é caracterizado por um vetor B denominado

vetor indução magnética ou vetor campo magnético, sempre tangente às linhas de campo e

no meso sentido delas.

CAMPO MAGNÉTICO

Um campo magnético é uniforme quando o vetor campo magnético é constante em

todos os pontos do campo. Nesse caso, a sua representação é um conjunto de linhas paralelas

igualmente espaçadas e orientadas.

No caso de o vetor campo magnético ser variável, o campo será dito não-uniforme

e sua representação será um conjunto de linhas cuja densidade é variável.

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTES ELÉTRICAS

Experimentalmente, em 1820, o físico dinamarquês Hans C. Oersted verificou que

corrente elétrica cria seu redor um campo magnético.

Verificou que, ao fechar o circuito, a agulha magnética da bússola sofria um desvio

e permanecia quase perpendicular ao condutor, graças ao aumento da corrente. Verificou

ainda que, se o sentido da corrente fosse invertido, a agulha também sofria uma inversão em

seu sentido.

Quando o circuito está aberto, a agulha

da bússola fica paralela ao condutor.

Fechando-se o circuito, a agulha da

bússola sofre um desvio.

Uma corrente elétrica cria ao seu redor um campo magnético.

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTE ELÉTRICA NUM FIO CONDUTOR

O sentido das linhas de campo magnéticos criados por uma corrente elétrica foi

estudado por Ampère, que estabeleceu uma regra para determiná-lo, conhecida como regra da

mão direita.

segure o condutor com a mão direita, envolvendo-o com os dedos e mantendo o

polegar apontando o sentido da corrente. O sentido das linhas de campo é dado pela indicação

dos dedos que envolvem o condutor.

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTE ELÉTRICA NUM FIO CONDUTOR

As linhas de campo são circulares e concêntricas ao fio por onde passa a corrente

elétrica e estão contidas num plano perpendicular ao fio.

A direção do vetor campo magnético B é sempre tagantes às linhas de campo em

cada considerado e sempre no mesmo sentidos delas.

Representa um vetor campo magnético perpendicular ao plano da folha de papel e orientado para fora.

Representa um vetor campo magnético perpendicular ao plano da folha de papel e orientado para dentro.

INTENSIDADE DO VETOR CAMPO MAGNÉTICO

A intensidade do vetor campo magnético em qualquer ponto do campo é

proporcional à intensidade da corrente elétrica que passa pelo fio e inversamente

proporcional à distância desse ponto ao fio. Sua expressão, que a lei de Biot-Savart, é:

A unidade de B no SI é o tesla (T).

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR UMA ASPIRA CIRCULAR.

Considere uma espira circular de centro O e raio R, percorrida por uma corrente

de intensidade i.

O vetor campo magnético B, no centro O da espira, tem as seguintes

características:

• Direção: perpendicular ao plano da espira

• Sentido: dado pela regra da mão direita

• Intensidade: dada pela expressão:

Para N espiras circulares iguais e justapostas (bobina chata) a

intensidade do vetor B no centro da bobina vale:

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR UMA ASPIRA CIRCULAR.

Na aspira circular, o lado em que entram as linhas de

campo magnético pode ser associado ao pólo sul, e o lado de onde

saem as linhas pode ser associado ao pólo norte.

Aplicando a regra da mão direita, podemos determinar

o sentido do vetor B.

CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR UM SOLENÓIDE.

O solenóide é um dispositivo constituído

de um fio condutor enrolado em forma de espiras não-

justapostas. Recebe também o nome de bobina longa

ou eletroímã.

A intensidade do vetor indução magnética no interior de um solenóide é dada pela expressão:

ELETROÍMÃ

A propriedade do ferro macio (ferro aquecido e esfriado lentamente) de magnetizar-se

sob influência das correntes elétricas e perder sua magnetizado logo que essa influência cesse

tornou possível a fabricação de ímãs artificiais, intermitentes, chamados eletroímãs.

um eletroímã é um dispositivo constituído por uma barra de ferro envolvida por um

solenóide.

As aplicações dos eletroímãs é bastante intensa na industria, sendo utilizados nas

campainhas, nos telefones e em guindastes de alta capacidade, notadamente na indústria de

construção naval.

Exercícios

1. (MED-STA CASA-SP) A corrente elétrica de intensidade i num fio retilíneo de comprimento praticamente infinito, gera num ponto P um campo magnético B. Sendo R a distância de P ao fio, mostre que o módulo de B é proporcional a i/R.

2. (UBERABA) Um fio retilíneo muito longo é percorrido por uma corrente elétrica constante i e o vetor indução magnética, num ponto P perto do fio, tem módulo B. Se o mesmo fio for percorrido por uma corrente elétrica constante 2i, qual o módulo do vetor indução magnética no mesmo ponto P?

3. (OSEC-SP) Um fio metálico reto e extenso é percorrido por uma corrente de intensidade 4,5 A. Calcule a intensidade do campo magnético a 30 cm do fio. Dado: µ = 4 .10 -7 T.m/A.

4. (MAUÁ-SP) É dado um fio metálico reto, muito longo, percorrido por uma corrente elétrica constante. a) esboce as linhas do vetor indução magnética produzido por essa corrente elétrica. b) Explique como se determina o sentido do vetor indução magnética.

EXERCÍCIO

5. (MED-STA CASA-SP) Dois fios dispostos como indica a figura, determinam as quatro regiões do plano. Em qual (ais) região (ões) as correntes elétricas I' e I'' podem produzir campos de intensidade nula?

6. (FATEC-SP) Dois fios metálicos retos, paralelos e longos são percorridos por correntes elétricas i e 3i de sentidos iguais (entrando na tela, no esquema). O ambiente é o vácuo.

Determine os valores (proporcionais) de x e y para que o campo resultante produzido por essas correntes seja nulo no ponto P.