Força Magnética sobre Correntes Eléctricas

Força Magnética sobre Correntes Eléctricas
Quando um fio condutor percorrido por uma corrente eléctrica é colocado numa
região onde existe um campo magnético, fica sujeito a uma força, que é igual à
soma das forças magnéticas que actuam sobre as partículas carregadas que
formam a corrente.
Quando um condutor rectilíneo, de comprimento l é percorrido por uma corrente I ,
têm-se
& &
&
&
F = I l × B ⇒ F = I l B senθ
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Força Magnética entre Duas Correntes Paralelas
Podemos combinar os resultados obtidos para o campo magnético produzido
por uma corrente e a força exercida por um campo magnético sobre uma
corrente, para obter a força exercida entre duas correntes eléctricas.
No caso de duas correntes paralelas e infinitas, a
corrente I1 cria um campo magnético que à distância d
a que se encontra a corrente I2 é dado por:
µ I
B1 = o 1
2π d
A força exercida pela corrente I1 num comprimento dl2
& &
&
da corrente I2 será:
dF12 = I 2 dl2 × B1
combinando estes dois resultados e uma vez que o campo
magnético é perpendicular à corrente, obtém-se para a
força por unidade de comprimento entre as correntes:
F µo I1 I2
=
l
2π d
Qual a relação entre a força e o sentido das correntes?
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Força Magnética entre Duas Correntes Paralelas
•
As forças exercidas entre as duas correntes formam um par acção-reacção,
sendo atractivas no caso das correntes terem o mesmo sentido, ou repulsivas se
as correntes tiverem sentidos opostos.
Este resultado pode ser estendido para correntes com qualquer configuração.
Estas interacções entre correntes são de grande importância prática para motores
eléctricos e outras aplicações de engenharia.
•
A unidade de corrente eléctrica no SI, o Ampére, é definida a partir da força
entre correntes eléctricas, como a corrente que, circulando em dois condutores
paralelos separados de uma distância de um metro, produz uma força por
unidade de comprimento igual a 2 × 10-7 N/m sobre cada condutor.
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Aplicações: Galvanómetro
•
Um galvanómetro consiste essencialmente numa bobina,
sujeita a um campo magnético criado por um magnete
permanente.
•
Quando a bobina é percorrida por uma corrente fica sujeita
a um binário de forças que tende a orientá-la
perpendicularmente ao campo.
•
A bobina roda até ficar em equilíbrio, contrabalançada por
uma mola elástica, sendo o ângulo de rotação indicado por
um ponteiro preso à bobina.
•
Para que a rotação da bobina seja proporcional à corrente
que a percorre o campo magnético que actua na bobina
deve ser radial, razão pela qual os pólos do magnete
permanente que produz o campo têm habitualmente a
forma indicada na figura de baixo.
•
A bobina é habitualmente enrolada num cilindro de ferro,
que tende a concentrar as linhas do campo de modo que
actuem na bobina paralelamente ao plano da mesma.
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Aplicações: Motor Eléctrico de Corrente Contínua
•
Um motor eléctrico é um dispositivo que transforma energia eléctrica em energia
mecânica (movimento de rotação).
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A bobina é maior do que no caso do galvanómetro e encontra-se enrolada num
cilindro, a armadura, que pode rodar continuamente numa direcção.
•
Quando uma corrente percorre a bobina, esta tende a rodar para a posição em que fica
perpendicular ao campo.
•
De modo a manter uma rotação contínua inverte-se o sentido da corrente a cada meia
rotação, no instante em que a bobina passa pelo ponto de equilíbrio, usando um
sistema de escovas e comutadores. Os comutadores rodam com o motor, enquanto as
escovas se mantêm estacionárias, tendo como função estabelecer o contacto eléctrico
com as armaduras.
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Aplicações: Altifalante
•
O funcionamento do altifalante também se baseia na força
provocada por um magnete numa corrente eléctrica.
•
Quando a corrente eléctrica associada a um sinal áudio
passa pela bobine ligada ao cone do altifalante, fica sujeita a
uma força criada pelo magnete permanente.
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Á medida que a corrente varia com a frequência do sinal
áudio, o cone do altifalante fica sujeito a uma força com a
mesma frequência, oscilando para a frente e para trás com
uma amplitude proporcional à amplitude do sinal eléctrico.
•
O movimento vibratório do cone causa a compressão e
rarefacção do ar adjacente, produzindo ondas sonoras.
•
O altifalante transforma portanto energia eléctrica em
energia sonora, sendo as frequências dos sons emitidos uma
reprodução fiel do sinal eléctrico introduzido.
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