eletromagnetismo

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
ELETROMAGNETISMO
Prof. Nelson Luiz Reyes
Marques
ELETROSTÁTICA
1 - Eletrostática:
Os Primeiros Passos . . .
Átomo de Rutherford e Carga Elétrica
• A quantidade carga (e) é chamada
de Elementar
prótons
Prótons: + e = 1,6 .10-19C
Elétrons: - e = 1,6 .10-19C
nêutrons
elétrons
• Unidade no S.I.
• C (coulomb)
{
• microcoulomb = m C = 1.10-6 C
• milicoulomb = m C = 1.10-3 C
• nanocoulomb = n C = 1.10-9 C
Corpo neutro e corpo eletrizado
Se um átomo perde elétrons de sua eletrosfera, o
número de prótons predominará e o átomo tornar-se-á
um íon positivo (cátion). Por outro lado, se ele receber
um ou mais elétrons na eletrosfera, tornar-se-á um íon
negativo (ânion).
C
orpoeletricam
enteneutro
N
úm
erodep = N
úm
erode e
Corpo neutro e corpo eletrizado
Dizemos que um corpo está eletrizado quando ele
apresenta excesso ou falta de elétrons.
e
Corpo eletricamente positivo
Número de p
Númerode e
e
Corpo eletricamente negativo
Número de p
Número de e
* Eletrizado positivamente: perde elétrons.
* Eletrizado negativamente: ganha elétrons.
A Carga Elétrica é quantizada
• A carga elétrica é quantizada, ou seja, qualquer
quantidade microscópica de carga será sempre um múltiplo
inteiro da carga elementar
É o caso da carga elétrica de um corpo. A quantidade de
carga elétrica total (q) é sempre um número inteiro (n) de
vezes o valor elementar (e)
q  n.e
n = n° de elétrons em excesso ou falta
e = 1,6 . 10-19 C (carga elementar)
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA
a) Princípio da Atração e Repulsão: cargas de mesmo sinal
se repelem e de sinais opostos se atraem.
b) Princípio da Conservação das Cargas Elétricas: num
sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas
positivas e negativas é constante.
Principio da Atração e da Repulsão
Força de Repulsão
Força de Atração
F
d
+
+
d
+
F
F
-
F
• Cargas de mesmo sinal se Repelem
• Cargas de sinal oposto se Atraem
Processos de Eletrização
Série Triboelétrica
Eletrização por Atrito
Eletrização por Contato
Eletrização por Indução
Força de campo e força de contato
FORÇAS DE AÇÃO A DISTÂNCIA
Dois corpos podem interagir sem que entre eles
haja contato. Um corpo sofre a influência de
outro através de um agente transmissor dessas
forças, que chamamos de campo. Ex. peso,
força elétrica, força magnética.
FORÇA ELÉTRICA – LEI DE CULOMB
Um dos princípio da eletrostática diz que: cargas
elétricas de sinais iguais se repelem, e cargas de sinais
opostos se atraem.
FORÇA ELÉTRICA – LEI DE CULOMB

COULOMB descobriu que a de interação elétrica
entre duas cargas puntiformes é diretamente
proporcional ao produto da quantidade de cargas, e
inversamente proporcional ao quadrado da distância
entre elas.
Balança de torção de Coulomb

COULOMB descobriu que o módulo da força de
interação elétrica entre duas cargas elétrica pontuais é
diretamente proporcional ao produto da quantidade de
cargas, e inversamente proporcional ao quadrado da
distância entre elas.
F  Q.q
-F
F
2F
-2F
F
1
d
2
F
-F
d = 2m
4F
-4F
d = 1m
F  K.
Q. q
d2
ELETRODINÂMICA
Condutores e Isolantes Elétricos
• Condutores Elétricos: são materiais dentro dos quais
partículas portadoras de cargas podem se mover com certa
liberdade.
• Isolantes Elétricos: são materiais dentro dos quais
partículas portadoras de cargas tem muita dificuldade em se
mover.
• Condutores eletrônicos: portadores de cargas elétricas.
Ex.: os metais.
• Condutores iônicos: grupos de átomos carregados cátions
ou ânions (chamados de íons).
Ex.: Solução aquosas de ácido, sais.
• Condutores gasosos: gasosos portadores de cargas,
elétrons ou íons. Ex.:gases ionizados.
Corrente Elétrica
Elétrons Livres: em movimento
desordenado (caótica)
• A pilha cede energia para os elétrons livres que
acumulam na forma de energia potencial e transforma
em energia cinética.
CÁLCULO DA CORRENTE
ELÉTRICA
Coulomb/segundo (Ampere)
Sentidos da corrente elétrica
RESISTOR
Dispositivo que transforma energia elétrica em
energia térmica.
SÍMBOLO
RESISTÊNCIA DO RESISTOR
U
R
i
Unidade:
Volt/Ampere(ohm,Ω)
U  R.i
RESISTIVIDADE
L
R
Réd
ire
ta
m
e
n
tep
ro
p
o
rc
io
n
a
l a“L
”e
in
v
e
rs
a
m
e
n
tep
ro
p
o
rc
io
n
a
l a“A
”
R
 .L
A
A
-A intensidade da corrente é a esma pra todos
os resistores.
U  U1  U 2  U 3
Resistor equivalente
Req  R1  R2  R3
A ddp é a mesma pra todos os resistores.
i  i1  i2  i3
Resistor equivalente
1
1 1 1
  
Req R1 R2 R3
ELETROMAGNETISMO
O QUE É O MAGNETISMO?
Os ímãs são conhecidos desde a Grécia
antiga: há relatos sobre a atração da
magnetita (Fe3O4), achada na região da
Magnésia, sobre pedaços de ferro.
Em 1100 A.C., os chineses já
haviam descoberto que agulhas
de magnetita se orientam na
direção Norte-Sul (a Terra é um
grande ímã).
PÓLOS DE UM ÍMÃ
Região onde as ações magnéticas são mais
intensas.
N
S
Pólos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se
atraem.
N
S
N
N
S
S
N
S
INSEPARABILIDADE DOS PÓLOS
Quando um ímã é dividido em várias partes, cada uma
das partes comporta-se como um novo ímã. Aparecem
sempre os dois pólos.
OS ÍMÃS SÃO CONSTRUÍDOS EM
VÁRIAS FORMAS
S
N
S
N
N
N
S
S
PÓLO NORTE
PÓLO SUL
Magnético
PÓLO NORTE
PÓLO SUL
Magnético
Linhas de indução
PODE SER OBSERVADO
COLOCANDO LIMALHAS DE FERRO
SOBRE UM PLÁSTICO
QUE ESTEJA SOBRE UM ÍMÃ,
S
N
S
N
LINHAS DE FORÇA
S
N
SAEM DO PÓLO
NORTE E
ENTRAM NO
PÓLO SUL
UMA BARRA DE FERRO SEM MAGNETIZAÇÃO
PODE SER CONSIDERADA COMO TENDO UM
GRANDE NÚMERO DE PEQUENOS ÍMÃS
DISPOSTOS DE MANEIRA DESORDENADA
QUANDO MAGNETIZAMOS ESTA BARRA, OS
PEQUENOS ÍMÃS SE ALINHAM, POLARIZANDO
O MATERIAL
QUANDO MAGNETIZAMOS ESTA BARRA, OS
PEQUENOS ÍMÃS SE ALINHAM, POLARIZANDO
O MATERIAL
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
QUANDO UMA CORRENTE ELÉTRICA PERCORRE
UM CONDUTOR, ELA CRIA EM TORNO DESTE UM
CAMPO MAGNÉTICO
PILHA
1,5 V
PILHA
1,5 V
LINHAS DE FORÇA
QUANDO UMA CORRENTE ELÉTRICA PERCORRE
UM CONDUTOR, ELA CRIA EM TORNO DESTE UM
CAMPO MAGNÉTICO
EXPERIÊNCIA DE OERSTED
Um condutor percorrido por corrente elétrica
gera ao seu redor um campo magnético
A
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
A
O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.
I
A
O SENTIDO DO CAMPO MAGNÉTICO
DEPENDE DO
SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA
I
A
O SENTIDO DO CAMPO MAGNÉTICO
DEPENDE DO
SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA
COMO AUMENTAR O
CAMPO MAGNÉTICO
DE UMA BOBINA
COLOCANDO UM NÚCLEO DE FERRO NO
INTERIOR DA BOBINA
O NÚCLEO DE FERRO CONCENTRA AS
LINHAS DE FORÇA DO CAMPO MAGNÉTICO
AUMENTANDO A CORRENTE ELÉTRICA
A
AUMENTANDO O NÚMERO DE ESPIRAS
DA BOBINA
600 Espiras
AUMENTA O CAMPO MAGNÉTICO
1.200 Espiras
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE
PERCORRIDO POR UMA
CORRENTE ELÉTRICA
O MESMO CAMPO MAGNÉTICO DE UM ÍMÃ
POSSANTE PODEMOS CONSEGUIR COM
UM PEQUENO ELETROÍMÃ
6- TRANSFORMADOR
O transformador é um aparelho que permite modificar
uma ddp alternada aumentando-a ou diminuindo-a
conforme a conveniência.
U P US

N P NS
PP  PS
UP .i p  US .i S
As Auroras Boreal e Austral
Na região do Pólo Norte ela é conhecida como Aurora Boreal,
sendo Aurora a deusa romana da alvorada e Boreas, vento
norte em grego.
Na região do Pólo Sul ela é chamada de Aurora Austral, sendo
que Australis quer dizer ”do Sul” em latim.
As Auroras ocorrem quando a Terra é atingida pelas partículas
eletrizadas ou fótons, provenientes do espaço, que colidem
com as átomos dos gases da atmosfera, transferindo energia
para os seus elétrons, que se excitam e ao descaírem,
liberam energia no espectro visível.
As Auroras Boreal e Austral
BIOMAGNETISMO
BIOMAGNETISMO
Detecção dos campos magnéticos:
1.
Indução eletromagnética (peixe elétrico)
2.
Presença de partículas magnéticas (bactérias)
3.
Reações químicas moduladas por magnetismo.
BACTÉRIAS MAGNÉTICAS
Biomineralização – magnetita
BACTÉRIAS MAGNÉTICAS
Biomineralização – magnetita
TARTARUGAS
Como um filhote de tartaruga acha sua rota
migratória sem nunca ter entrado no oceano?
Experiência - piscina