ELECTROMAGNETISMO

? Para gerar uma
corrente eléctrica,
precisamos ou não
de dispor de uma
pilha ou de uma
bateria?
Fev-10
Dulce Godinho
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ELECTROMAGNETISMO
 INTRODUÇÃO
As primeiras observações de fenómenos
magnéticos são muito antigas. Acredita-se que
estas observações foram realizadas pelos
gregos, numa cidade denominada Magnésia.
Eles verificaram que existia um certo tipo de
pedra que era capaz de atrair pedaços de ferro
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ELECTROMAGNETISMO
 INTRODUÇÃO
 Sabe-se
actualmente
que
essas
pedras,
denominadas ímãs naturais, são constituídas
por um certo óxido de ferro.
 O termo “magnetismo” foi, então, usado para
designar o estudo das propriedades destes ímãs,
em virtude do nome da cidade onde foram
descobertos.
 Observou-se que um pedaço de ferro, colocado
nas proximidades de um ímã natural, adquiria
as
mesmas
propriedades
de
um
ímã
(magnetização), obtendo assim ímãs nãonaturais (ímãs artificiais).
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos
 Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos
com maior intensidade por certas partes do ímã, as
quais foram denominadas pólos do ímã.
 Um
ímã
possui
sempre
dois
pólos
com
comportamentos opostos. O pólo norte e o pólo sul
magnéticos
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos
 Verifica-se que dois ímãs em forma de barra, quando
aproximados um do outro apresentam uma força de
interacção entre eles.
S
N
N
S
S
N
S
N
Repulsão
Atração
Pólos iguais repelem-se e pólos diferentes atraem-se
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos inseparabilidade dos pólos
Propriedade de
•Cortemos um ímã em duas partes iguais, que por sua
vez podem ser redivididas em outras tantas.
•Cada uma dessas partes constitui um novo ímã que,
embora menor, tem sempre dois pólos.
•Esse processo de divisão pode continuar até que se
obtenham átomos, que tem a propriedade de um ímã.
N
S
N
N
NS
S
S
NS
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N
S
NS
NS
N
N
NS
S
S
NS
N
NS
S
NS
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos – A Bússola
 A bússola foi a primeira aplicação prática dos
fenómenos magnéticos.
 É constituída por um pequeno ímã em forma de
losango, chamado agulha magnética, que pode
movimentar-se livremente.
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos – A Bússola
 O pólo norte do ímã aponta aproximadamente
para o pólo norte geográfico.
 O pólo sul do ímã aponta aproximadamente
para o pólo sul geográfico.
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ELECTROMAGNETISMO
 Fenómenos Magnéticos - “O Ímã Terra”
•A Terra comporta-se
como um grande ímã cujo
pólo magnético norte é
próximo ao pólo sul
geográfico e vice-versa.
•Os pólos geográficos e
magnéticos da Terra não
coincidem.
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ELECTROMAGNETISMO
 Campo Magnético
Define-se como campo magnético toda região do
espaço em torno de um condutor percorrido por
corrente elétrica ou em torno de um ímã.
A cada ponto P do campo magnético, associaremos
um vector B , denominado vector indução
magnética ou vector campo magnético.
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade
de intensidade do vector B denomina-se tesla
(símbolo T).
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ELECTROMAGNETISMO
 Direcção e sentido
do vector B
 Uma agulha magnética,
colocada em um ponto
dessa região, orienta-se
na direção do vector B
 O pólo norte da agulha
aponta no sentido do
vector B .
agulha
magnética
 A
serve como elemento de
prova da existência do
campo magnético num
ponto.
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S
S
N
B1
N
S
N
S
N
B2
B3
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ELECTROMAGNETISMO
 Linhas de Campo
Íman em forma de barra
S
N
Linhas de indução obtidas
experimentalmente com limalha
de ferro. Cada partícula da
limalha comporta-se como uma
pequena agulha magnética.
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ELECTROMAGNETISMO
 Linhas de Campo
Campo magnético
uniforme é aquele
no qual, em todos
os pontos, o
vector B tem a
mesma direcção, o
mesmo sentido e a
mesma
intensidade.
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P1
N
B
P2
B
P3
B
S
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ELECTROMAGNETISMO
 Classificação das Substâncias Magnéticas
Substâncias Ferromagnéticas: são aquelas que
apresentam facilidade de magnetização quando em presença de
um campo magnético. Ex: ferro, cobalto, níquel, etc.
Substâncias
Paramagnéticas:
são difíceis de
magnetizar quando em presença de um campo magnético. Ex:
madeira, couro, óleo, etc.
Substâncias Diamagnéticas:
são aquelas que se
magnetizam em sentido contrário ao vector campo magnético a
que são submetidas. Corpos formados por essas substâncias são
repelidos pelo ímã que criou o campo magnético. Ex: cobre,
prata, chumbo, bismuto, ouro, etc.
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ELECTROMAGNETISMO
 Magnetização Transitória e Permanente
Ímãs permanentes são aqueles que, uma
vez magnetizados, conservam suas
características magnéticas.
Ímãs transitórios são aqueles que, quando
submetidos a um campo magnético, passam a
funcionar como ímãs; assim que cessa a acção
do campo, ele volta às características
anteriores.
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ELECTROMAGNETISMO
Hans Christian Oersted (1771 - 1851)
 Até o ano de 1820, os cientistas
pensavam que os fenómenos eléctricos e
magnéticos eram totalmente independentes,
isto é, que não havia qualquer relação entre
eles
 Nesse ano, o físico dinamarquês Hans Christian
Oersted, professor da Universidade de
Copenhague, realizou uma experiência que se
tornou famosa por alterar completamente
essas ideias
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ELECTROMAGNETISMO
 Experiência de Oersted -
Observações
1. Um fio rectilíneo (no qual não
havia corrente eléctrica) foi
colocado próximo a uma agulha
magnética, orientada livremente
na direcção norte-sul;
2. Fazendo passar uma corrente no
fio, observou-se que a agulha se
desviava;
3. Interrompendo-se a corrente no
fio, a agulha voltava a se orientar
na direcção norte-sul.
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ELECTROMAGNETISMO
 Experiência de Oersted
Interpretação
•A corrente eléctrica que passou no fio actuou
sobre a agulha magnética de maneira semelhante
a um ímã que fosse colocado próximo à agulha.
•Por outras palavras, a corrente eléctrica criou
um campo magnético no espaço em torno dela, e
esse campo foi o agente responsável pelo desvio
da agulha magnética.
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ELECTROMAGNETISMO
 Experiência de Oersted
Conclusão
•Como já sabemos que a corrente eléctrica é
constituída por cargas eléctricas em movimento,
podemos tirar a seguinte conclusão:
cargas eléctricas em movimento
(corrente eléctrica) criam, no espaço
em torno delas, um campo
magnético.
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ELECTROMAGNETISMO
 Campo magnético criado por um
condutor rectilíneo
O campo magnético produzido pela
corrente eléctrica que percorre um fio
rectilíneo depende basicamente de dois
factores:
•da intensidade da corrente e
•da distância ao fio
Quanto maior for o valor da corrente, maior será o campo
magnético criado por ela.
Por outro lado, quanto maior for a distância ao fio, menor
será o valor do campo magnético
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ELECTROMAGNETISMO
 Efeito Magnético da Corrente Eléctrica
Que utilização prática?
O conhecimento do efeito magnético da corrente
eléctrica possibilitou a construção de aparelhos
medidores que utilizassem ponteiros
ELECTROÍMAN
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ELECTROMAGNETISMO
 ELECTROÍMAN
Uma bobina, ou solenóide, é constituída
por um fio enrolado várias vezes,
tomando uma forma cilíndrica.
Cada uma das voltas do fio da bobina é
uma espira.
Ligando-se as extremidades da bobina
a uma bateria, isto é, estabelecendose uma corrente em suas espiras, essa
corrente cria um campo magnético no
interior do solenóide
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ELECTROMAGNETISMO
 ELECTROÍMAN
O valor de B, ao longo do eixo central, depende da
intensidade da corrente eléctrica, do número de espiras e
do comprimento do solenóide.
A intensidade de um electroíman
depende também do facilidade com
que o material em seu interior é
magnetizado. A maior parte dos
electroímanes são feitos de ferro
puro, que se magnetiza facilmente.
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ELECTROMAGNETISMO
ELECTROÍMAN
São utilizados nas
campainhas
eléctricas,
telégrafos,
telefones,
amperímetros,
voltímetros,
motores, etc .
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ELECTROMAGNETISMO
 Electroíman (bobina móvel), fixado a um
eixo que pode girar.
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ELECTROMAGNETISMO
Nikola Tesla (1856 - 1943)
Ao aproximarmos da bobina um dos
pólos de um ímã, o ponteiro do
amperímetro sofrerá um desvio,
revelando que uma corrente percorre o
circuito. Quando o ímã pára, o ponteiro
retorna a zero, assim permanecendo
enquanto o ímã não voltar a mover-se.
Criou-se uma corrente nesse
circuito sem usar pilhas, baterias
ou outros dispositivos
semelhantes. As correntes
geradas recebem o nome de
correntes induzidas.
O fenómeno é chamado
Indução Electromagnética
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ELECTROMAGNETISMO
 Indução Electromagnética
Que utilização prática?
GERADORES
ALTERNADORES
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TRANSFORMADORES
DÍNAMOS
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ELECTROMAGNETISMO
Michael Faraday (1791 - 1867)
 Gerador
O gerador de corrente alternada é uma aplicação da
indução electromagnética. Por meio desse dispositivo,
consegue-se
converter energia mecânica em energia
eléctrica.
Um gerador de corrente
alternada
é
constituído
basicamente por uma espira
(ou um conjunto de espiras)
que gira numa região onde
existe um campo magnético.
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ELECTROMAGNETISMO
 Os grandes geradores
de corrente alternada,
encontrados nas
barragens, funcionam
de maneira
semelhante. A energia
de uma queda de água
é usada para colocar
em rotação estes
geradores,
transformando, então,
grandes quantidades
de energia mecânica
em energia eléctrica.
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Transformador
A energia eléctrica produzida nas
barragens é levada, mediante
condutores de electricidade, aos
lugares mais adequados para o seu
aproveitamento
Para o transporte da energia até
os pontos de utilização, não
bastam fios e postes. Toda a rede
de distribuição depende
estreitamente dos
transformadores, que elevam a
tensão ou a baixam.
Eles resolvem não só um problema
económico, reduzindo os custos da
transmissão à distância de energia,
como melhoram a eficiência do
processo.
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
Os geradores que produzem energia precisam
alimentar a rede de transmissão e distribuição
com um valor de tensão adequado, tendo em
vista seu melhor rendimento. Esse valor
depende das características do próprio gerador
A
tensão
que
alimenta
os
aparelhos
consumidores, por razões de construção e
sobretudo de segurança, tem valor baixo, nos
limites de algumas centenas de volts (em
geral, 110 ou 220)
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
Nas linhas de transmissão a perda de potência
por libertação de calor é proporcional à
resistência dos condutores e ao quadrado da
intensidade da corrente que os percorre (P =
R.i2) EFEITO JOULE
Para diminuir a resistência dos condutores seria
necessário usar fios mais grossos, o que os
tornaria mais pesados e o transporte
absurdamente caro
SOLUÇÃO?
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
Uso do transformador que aumenta a tensão,
nas saídas das linhas da barragem, até atingir
um valor suficientemente alto para que o valor
da corrente desça a níveis razoáveis (P = U.i)
A potência transportada não se altera e a perda
de energia por aquecimento nos cabos de
transmissão estará dentro dos limites
aceitáveis
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
O QUE É UM TRANSFORMADOR
Consiste de dois enrolamentos de
fio (o primário e o secundário), que
geralmente envolvem os braços de
um quadro metálico (o núcleo).
Uma corrente alternada aplicada ao
primário produz um campo
magnético proporcional à
intensidade dessa corrente e ao
número de espiras do enrolamento.
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
Na transmissão de altas potências, tem sido
necessário adoptar tensões cada vez mais
elevadas, alcançando em alguns casos a
400.000 volt.
Quando a energia eléctrica chega aos locais de
consumo, outros transformadores baixam a
tensão até os limites requeridos pelos usuários,
de acordo com suas necessidades.
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
COMO FUNCIONA UM TRANSFORMADOR
Através do metal, o fluxo magnético
quase não encontra resistência e, assim,
concentra-se no núcleo, em grande parte,
e chega ao enrolamento secundário com
um mínimo de perdas.
Ocorre, então, a indução
electromagnética: no secundário surge
uma corrente eléctrica, que varia de
acordo com a corrente do primário e com
a razão entre os números de espiras dos
dois enrolamentos.
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PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA ELÉCTRICA
TRANSFORMADORES
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? Para gerar uma
corrente eléctrica,
precisamos ou não
de dispor de uma
pilha ou de uma
bateria?
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ELECTROMAGNETISMO
FIM
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