ELETROMAGNETISMO: da magia da eletricidade e do magnetismo à
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ELETROMAGNETISMO: da magia da eletricidade e do magnetismo à descoberta das ondas electromagnéticas Lucília Brito Departamento de Física da Universidade de Coimbra Parte III ✔ A indução electromagnética: leis de Faraday e de Lenz; ✔ As equações do electromagnetismo: a contribuição de Maxwell; ✔ As equações de onda para o campo electromagnético; ✔ Maxwell e a unificação do electromagnetismo com a óptica; ✔ A experiência de Hertz: produção e detecção de ondas electromagnéticas; ✔ Uma aplicação: utilidade e funcionamento dos transformadores. V1 − V � V2 Q � C = = εr C Faraday e Henry… por que não a V simetria? Q � C = � = εr C εr V Experiências de Faraday ke εr ke � Q C� = = εr C �V � · n̂ dS ΦB = B S As leis de Faraday e de Lenz εind ΦB = dΦB =− dt � S � · n̂ dS B Gerador de corrente alternada Quando as bobinas rodam numa região de campo � · n̂ A ΦB = N B magnético uniforme � · n̂ A ΦB = N B ε(t) = εmax sin(ω t + α) � C � · t̂ d� = µ0 Iint B �� × r̂ µ Id 0 � = dB 4π r2 ε(t) = εmax sin(ω t + α) � C � · t̂ d� = µ0 Iint B �� × r̂ µ Id 0 � = dB 4π r2 Um condutor em movimento num campo magnético uniforme O movimento do condutor origina a corrente induzida A corrente induzida contribui para “travar” o condutor � = dB 4π r2 � F�mag = q �v × B Um condutor em movimento num campo magnético uniforme gerador de Faraday: A força magnética sobre as cargas do disco “arrasta” os eletrões para o centro (ou seja, as cargas positivas para a periferia): a d. d. p. estabelecida origina a corrente I B(r) × 2πr = µ0 I dφ εp (t) = −Np dt µ0 I � B= êφ 2πr dφ εs (t) = −Ns dt � s B F�magεs==q �vN× εp Np 1 dφ 2 VεPp (t) − V=C −N = pωBr0 2 dt As reflexões de Maxwell… James Clerk Maxwell --- 1831-1879 continuando… As leis do eletromagnetismo LLe Lei de Gauss para o campo elétrico Lei de Gauss para o campo magnético Leis de Faraday (e de Lenz): a variação temporal de fluxo magnético cria um campo elétrico Lei de Ampère – Maxwell: os campos magnéticos são criados por correntes elétricas I … mas também podem resultar de variações com o tempo do fluxo elétrico! Se os fenómenos elétricos e os fenómenos magnéticos estão relacionados... vou “jogar” com as equações que os descrevem… Algum tempo depois… A velocidade da luz autor e data Olaus Roemer 1676 método usado valor obtido variação no perı́odo observado da órbita dos satélites de Júpiter 226 870 km/s devido à variação da distância entre a Terra e Júpiter Bradley 1727 variação na direção da luz vinda de estrelas perpendiculares à órbita da Terra devido à velocidade da Terra 299 649 km/s H. Fizeau 1849 tempo levado pela luz a percorrer nos dois sentidos o caminho entre Montmartre e Suresnes (∼ 9 km) 312 146 km/s H. Fizeau e L. Foucault 1875 desvio produzido num feixe de luz usando um espelho rotativo em movimento rápido 299 918 km/s Valor atual: c = 299 792, 458 km/s Rev. of Modern Physics, 72, nº2 (2002) pg. 447 A luz visível e as “luzes” que não vemos são Da magia da eletricidade e do magnetismo à descoberta das ondas electromagnéticas O espetro eletromagnético O “anel mágico” de Heinrich Hertz 1887 produção de ondas hertzianas Fmag = q �v × B �mag = q �v × B � F �mag = q �v × B � F Por que razão usar corrente alternada? O transformador dφ εp (t) = −N dφp εp (t) = −Np dφ dt εp (t) = −Np dt dt dφ dφs ε (t) = −N s εs (t) = −Ns dφ dt dt εs (t) = −Ns dt ε s ε s Ns Ns = = εεps εp N Nps Np = εp Np Eficiência de um transformador ★ potência fornecida potência transferida? transformador ideal transformador “gastador” dt Transporte de energia εs Ns = porquê εp em Np alta tensão? 1 VP − VC = ωBr02 2 Pdiss. Vp Ip = Is Vs Vp Ip = Is Vs P =V I Pdiss. 2 P = RI 2 = R 2 V 2 P = RI 2 = R 2 V V2 P = Pdiss. RP
