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Curso Prático & Objetivo Direitos Autorais Reservados Prático ...

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01. Os Imãs<br />

<strong>Curso</strong> <strong>Prático</strong> & <strong>Objetivo</strong><br />

<strong>Direitos</strong> <strong>Autorais</strong> <strong>Reservados</strong><br />

O CAMPO MAGNÉTICO<br />

Na Grécia antiga (século VI a.C.), em uma região denominada Magnésia, parecem<br />

ter sido feitas as primeiras observações de que um certo tipo de pedra tinha a<br />

propriedade de atrair objetos de ferro. Tais pedras foram mais tarde chamadas de imãs e<br />

o seu estudo foi chamado de magnetismo.<br />

Um outro fato observado é que os imãs têm, em geral, dois pontos a partir dos quais<br />

parecem se originar as forças. Quando pegamos, por exemplo, um imã em forma de<br />

barra e o aproximamos de pequenos fragmentos, os mesmos são atraídos por dois<br />

pontos que estão próximos das extremidades. Tais pontos foram denominados pólos<br />

(pólo norte e pólo sul).<br />

Quando um imã em forma de barra é suspenso de modo a poder girar livremente,<br />

observa-se que ele tende a se orientar, aproximadamente, na direção norte-sul. Por esse<br />

motivo, a extremidade que se volta para o norte geográfico foi chamada de pólo norte<br />

(N) e a extremidade que se volta para o sul geográfico foi chamada de pólo sul (S).<br />

Foi a partir dessa observação que os chineses construíram as primeiras bússolas.<br />

Quando colocamos dois imãs próximo um do outro, observamos a existência de<br />

forças com as seguintes características:<br />

<strong>Prático</strong> & <strong>Objetivo</strong><br />

<strong>Direitos</strong> <strong>Autorais</strong> <strong>Reservados</strong><br />

1


<strong>Curso</strong> <strong>Prático</strong> & <strong>Objetivo</strong><br />

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a) dois pólos norte se repelem (Fig. a);<br />

b) dois pólos sul se repelem (Fig. b);<br />

c) entre um pólo norte e um pólo sul há um par de forças de atração (Fig. c).<br />

Resumindo essas observações podemos dizer que:<br />

02. Magnetismo da Terra<br />

Pólos de mesmo nome se repelem<br />

Pólos de nomes opostos se atraem<br />

A partir dessas observações concluímos que a Terra se comporta como se no seu<br />

interior houvesse um gigantesco imã em forma de barra. Porém, medidas precisas<br />

mostram que os pólos desse grande imã não coincidem com os pólos geográficos,<br />

embora estejam próximos.<br />

O pólo norte da bússola é atraído pelo sul magnético, que está próximo do norte<br />

geográfico.<br />

O pólo sul da bússola é atraído pelo norte magnético, que está próximo do sul<br />

geográfico.<br />

03. Inseparabilidade dos pólos<br />

Os primeiros estudiosos tiveram a idéia de quebrar o imã, para separar o pólo norte<br />

do pólo sul. Porém, ao fazerem isso tiveram uma surpresa: no ponto onde houve a<br />

quebra, apareceram dois novos pólos Fig. b de modo que os dois pedaços são dois imãs.<br />

Por mais que se quebre o imã, cada pedaço é um novo imã Fig. c. Portanto, não é<br />

possível separar o pólo norte do pólo sul.<br />

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Um imã pode ter várias formas. No entanto, os mais usados são em forma de barra<br />

e em forma de ferradura.<br />

04. O campo Magnético<br />

Para interpretar a ação dos imãs, dizemos que eles criam ao seu redor um campo,<br />

denominado indução magnética ou, simplesmente, campo magnético. Esse campo, que é<br />

representado por →<br />

B , tem sua direção determinada usando um pequeno imã em forma de<br />

agulha (bússola). Colocamos essa bússola próxima do imã. Quando a agulha ficar em<br />

→<br />

equilíbrio, sua direção é a do campo magnético. O sentido de B é aquele para o qual<br />

aponta o norte da agulha.<br />

O modo de determinar o módulo de será visto no próximo capítulo (Fontes de<br />

Campo Magnético).<br />

Para visualizar a ação do campo, usamos aqui o mesmo recurso adotado no caso do<br />

campo elétrico: as linhas de campo. Essas linhas são desenhadas de tal modo que, em<br />

cada ponto (Fig. a seguir), o campo magnético é tangente à linha. O sentido da linha é o<br />

mesmo sentido do campo magnético.<br />

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Verifica-se aqui uma propriedade semelhante à do caso do campo elétrico: o campo<br />

é mais intenso onde as linhas estão mais próximas. Assim, no caso da figura anterior, o<br />

campo magnético no ponto A é mais intenso do que o campo no ponto B.<br />

As linhas de campo do campo magnético são também chamadas de linhas de<br />

indução.<br />

Assim, verificamos que as linhas de campo magnético ou linhas de indução partem<br />

do pólo norte e chegam ao pólo sul.<br />

05. Campo Magnético Uniforme<br />

Para o caso de um imã em forma de ferradura, há<br />

uma pequena região onde o campo é uniforme. Nessa<br />

região o campo tem o mesmo módulo, a mesma direção e<br />

o mesmo sentido em todos os seus pontos. Como<br />

conseqüência, as linhas de campo são paralelas.<br />

Na região hachurada entre os pólos o campo<br />

magnético é uniforme.<br />

Quando um imã em forma de barra é colocado numa região onde há um campo<br />

magnético uniforme Fig.1 fica sujeito a um par de forças de mesmas intensidades mas<br />

sentidos opostos, formando um binário.<br />

(Fig. 1) (Fig. 2)<br />

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Na Fig. 2 temos a situação de equilíbrio estável (equilíbrio onde o corpo retorna<br />

espontaneamente a sua posição inicial de equilíbrio caso seja ligeiramente afastado).<br />

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01. O Experimento de Oersted<br />

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FONTES DE CAMPO MAGNÉTICO<br />

Em 1820, o físico dinamarquês Oersted percebeu que uma bússola colocada<br />

próxima de um fio conduzindo corrente elétrica sofria desvios. Isso mostrou que as<br />

correntes elétricas também produzem campos magnéticos.<br />

Mais tarde as pesquisas revelaram que todo campo magnético é produzido pelo<br />

movimento de cargas elétricas. No caso dos ímãs é o movimento dos elétrons que<br />

produz o campo magnético. Hoje sabemos que:<br />

a) Uma carga elétrica em repouso produz apenas campo elétrico.<br />

b) Uma carga elétrica em movimento produz dois campos: um campo elétrico e<br />

um campo magnético.<br />

O cálculo do campo magnético produzido pelas cargas em movimento é em geral<br />

bastante complexo. Assim analisaremos apenas alguns casos particulares.<br />

02. Fio Retilíneo<br />

Consideramos um fio retilíneo e "longo", percorrido por uma corrente de<br />

intensidade i. Em volta do fio existe um campo magnético tal que, próximo do fio as<br />

linhas de campo são circunferências Fig. 1 cujo centro está no fio. Na Fig. 1 as linhas<br />

circulares estão contidas no plano o qual é perpendicular ao fio.<br />

Para determinarmos o sentido do campo magnético usamos a regra da mão direita<br />

Fig. 2 . Envolvemos o fio com a mão direita, de modo que o polegar aponte no sentido<br />

da corrente; a curvatura dos outros dedos nos dá o sentido de →<br />

B . Para o observador O<br />

da Fig. 1, as linhas de campo têm o aspecto da Fig. 3.<br />

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Na Fig. 4 esta representada algumas linhas de campo situadas em dois planos<br />

distintos α e β. Representando o campo no plano do papel Fig. 5 , o campo "entra" no<br />

papel à direita do fio (símbolo ) e sai do papel à esquerda do fio (símbolo ).<br />

O módulo do campo magnético em um ponto qualquer é dado por:<br />

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→ μ0i<br />

B =<br />

2πR<br />

onde R é a distância do ponto ao fio e μ 0 é uma constante, denominada<br />

−7<br />

T.<br />

m<br />

permeabilidade magnética do vácuo, cujo valor do SI é μ 0 = 4.<br />

π.<br />

10 .<br />

A<br />

03. Espira Circular<br />

Na Fig. 6 temos um fio dobrado em forma de espira circular, percorrido por uma<br />

corrente de intensidade i.<br />

7


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Na Fig. 7 temos uma visão em perspectiva da espira, com as linhas do campo<br />

magnético produzido. O sentido do campo pode ser obtido pela regra da mão direita. O<br />

observador O1 da Fig. 7 vê o campo "entrando" no plano da espira Fig. 8 e o observador<br />

O2 vê o campo "saindo" do plano da espira Fig. 9.<br />

(Visão do Observador O1) (Visão do Observador O2)<br />

Em analogia com os ímãs, a face por onde "saem" as linhas é chamada de face norte<br />

(Fig. 10) e a face por onde "entram" as linhas é chamada de face sul (Fig. 11). Observe<br />

que as extremidades do S e do N nos dão o sentido da corrente.<br />

Essa atribuição de polaridade às faces, nos ajuda a decidir o tipo de força que ocorre<br />

entre duas espiras ou entre uma espira e um ímã.<br />

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8


→<br />

B<br />

Nμ0i<br />

=<br />

2R<br />

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Consideremos duas espiras circulares, percorridas por correntes elétricas, colocadas<br />

face a face, isto é, com seus planos paralelos, observamos que:<br />

a) duas faces norte se repelem;<br />

b) duas faces sul se repelem;<br />

c) uma face norte e uma face sul se atraem.<br />

O módulo do campo magnético no centro da espira é dado por:<br />

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→ μ0i<br />

B =<br />

2R<br />

onde R é o raio da espira e μ 0 é a constante denominada permeabilidade magnética<br />

−7<br />

T.<br />

m<br />

do vácuo, cujo valor do SI é μ 0 = 4.<br />

π.<br />

10 .<br />

A<br />

04. Bobina Chata<br />

Se enrolarmos o condutor de modo a obtermos várias espiras circulares de mesmo<br />

raio e superpostas compactamente, como ilustra a Fig. 12, obteremos o que se chama<br />

bobina chata. No centro da bobina a intensidade do campo é:<br />

onde N é o número de espiras, R o raio da bobina e μ 0 a constante de<br />

−7<br />

T.<br />

m<br />

permeabilidade magnética do vácuo, cujo valor do SI é μ 0 = 4.<br />

π.<br />

10 .<br />

A<br />

9


05. Solenóide<br />

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Na Fig. 13 representamos um fio enrolado de modo que temos várias espiras<br />

circulares, uma ao lado da outra. Esse objeto é denominado solenóide ou bobina longa.<br />

Quando o solenóide é percorrido por corrente elétrica forma-se um campo<br />

magnético cujas linhas têm o aspecto da Fig. 14; no interior do solenóide o campo é<br />

aproximadamente uniforme.<br />

A intensidade do campo magnético no interior do solenóide é dada por:<br />

→ μ0iN<br />

B =<br />

L<br />

onde N é o número de espiras, L o comprimento do fio, i a intensidade da corrente<br />

elétrica e μ 0 a constante de permeabilidade magnética do vácuo,<br />

O quociente N/L é o número de espiras por unidade de comprimento.<br />

A extremidade do solenóide por onde "saem" as linhas de campo Fig. 14 comportase<br />

como um pólo norte e a extremidade por onde "entram" as linhas, comporta-se como<br />

um pólo sul; o campo produzido por um solenóide é semelhante ao campo produzido<br />

por um ímã em forma de barra.<br />

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10


06. Campo Magnético de um Imã<br />

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O movimento dos elétrons no interior da matéria produz campo magnético. O<br />

campo magnético produzido por um elétron é semelhante ao campo produzido por uma<br />

espira circular Fig. 15, isto é, cada elétron produz um campo semelhante ao de um<br />

minúsculo ímã Fig. 16 denominado ímã elementar.<br />

Nos corpos macroscópicos temos um número muito grande de elétrons que<br />

produzem campos magnéticos em todas as direções Fig. 17, de modo que o efeito médio<br />

é nulo, isto é, em geral os corpos não apresentam efeitos magnéticos.<br />

Há porém alguns materiais que, na presença de um campo magnético, têm seus ímãs<br />

elementares aproximadamente alinhados Fig. 18 transformando-se momentaneamente<br />

em ímã. É o caso do ferro, que é atraído pelos ímãs.<br />

Em geral, com a retirada do campo magnético externo os ímãs elementares desses<br />

materiais voltam à desordem inicial, perdendo seu efeito magnético. No entanto há<br />

alguns materiais que, após a retirada do campo externo mantêm seus ímãs elementares<br />

aproximadamente alinhados, transformando-se em ímãs permanentes.<br />

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Os materiais que têm comportamento semelhante ao do ferro são chamados de<br />

ferromagnéticos. Como exemplos podemos citar o cobalto e o níquel.<br />

07. Ponto Curie<br />

Consideramos um ímã permanente. Aquecendo-se esse corpo, aumenta a agitação<br />

das moléculas. Desse modo, atingindo uma certa temperatura, a agitação pode desfazer<br />

o alinhamento dos ímãs elementares. Para cada substância ferromagnética há uma<br />

temperatura acima da qual a substância perde sua propriedade ferromagnética. Essa<br />

temperatura é denominada Ponto de Curie. No caso do ferro, o ponto Curie é 770º C.<br />

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FORÇA MAGNÉTICA<br />

1. Força sobre partícula carregada<br />

→<br />

→ →<br />

F = q BV<br />

Senθ<br />

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Consideremos uma partícula com carga<br />

q ≠ 0<br />

. Quando essa partícula é lançada com<br />

→<br />

→<br />

velocidade V numa região em que existe apenas um campo magnético B , às vezes essa<br />

→<br />

→<br />

partícula sofre a ação de uma força F que depende de V . Observa-se que a força é nula<br />

→<br />

→<br />

quando V tem a mesma direção de B Fig. 1.<br />

No entanto, quando<br />

observa-se a existência de uma força<br />

Assim, a intensidade de<br />

→<br />

V forma com um ângulo θ Fig. 2, tal que<br />

→<br />

F .<br />

→<br />

F é definida por:<br />

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q ≠ 0<br />

e<br />

0<br />

θ ≠ 180 ,<br />

13


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Quando existe a força magnética, observa-se que ela é simultaneamente<br />

perpendicular a<br />

→<br />

V e a<br />

→<br />

B Fig. 3, isto é, ela é perpendicular ao plano α determinado por<br />

→ →<br />

V e V . Na Fig. 3, a força tem a direção da reta r que é perpendicular a α .<br />

Envie críticas e sugestões:<br />

cursopraticoobjetivo@bol.com.br<br />

→<br />

O sentido da F depende do sinal da carga. Na Fig. 4 indicamos o sentido de<br />

o caso em que q > 0. Esse sentido pode ser obtido pela regra da mão esquerda:<br />

Se a carga for negativa, o sentido de<br />

→<br />

F é oposto ao anterior Fig. 5.<br />

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→<br />

F para<br />

14


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Para facilitar a representação dos vetores usamos seguinte convenção:<br />

o símbolo x indica um vetor "entrando" no plano do papel.<br />

o símbolo . indica um vetor "saindo" do plano do papel.<br />

Assim, para o observador O da Fig. 4, a força<br />

.<br />

→<br />

F<br />

e no caso da Fig. 5, a força<br />

x<br />

→<br />

F<br />

2. Unidade de intensidade de<br />

No sistema internacional a unidade da intensidade de<br />

3. Trabalho da força magnética<br />

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→<br />

F será representada por:<br />

→<br />

F vista pelo observador O será representada por:<br />

→<br />

B<br />

→<br />

B é o Tesla, cujo símbolo é T.<br />

Pelo fato de a força magnética ser perpendicular à velocidade, ela nunca realiza<br />

→<br />

trabalho. Assim, ela não altera o módulo de V ; seu efeito é apenas o de alterar a direção<br />

→<br />

de V .<br />

Exemplo: Na Fig. 6 representamos uma partícula com carga q > 0 sendo lançada<br />

com velocidade<br />

→<br />

V num ponto em que o campo magnético é<br />

mão esquerda Fig. 7 percebemos que a força<br />

papel e<br />

→<br />

B . Aplicando a regra da<br />

→<br />

F tem direção perpendicular ao plano do<br />

15


.<br />

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seu sentido é "para fora" do papel e assim, é representada pelo símbolo da Fig. 8.<br />

→<br />

F<br />

Fig. 8<br />

Na fig. 9 representamos como a força é vista pelo observador, sendo o plano<br />

→ →<br />

determinado por B e V .<br />

→<br />

Visite a Home Page e envie críticas e sugestões:<br />

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cursopraticoobjetivo@bol.com.br<br />

4. Movimento de cargas elétricas quando o campo magnético é uniforme<br />

Suponhamos que uma partícula com carga<br />

q ≠ 0<br />

seja lançada com velocidade<br />

V numa região onde há campo magnético uniforme<br />

movimentos.<br />

A) Caso em que<br />

→<br />

V e<br />

→<br />

B têm a mesma direção<br />

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→<br />

B . Podemos ter três tipos de<br />

Neste caso a força magnética é nula e assim, o movimento será retilíneo e uniforme.<br />

16


B) Caso em que<br />

→<br />

F<br />

→ → mV<br />

q . V B =<br />

R<br />

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→<br />

V é perpendicular a<br />

Neste caso teremos um movimento circular e uniforme. Na Fig. 11, o campo<br />

perpendicular ao plano do papel e "entrando" nele ( Símbolo x ).<br />

Neste caso a força magnética é uma força → mV<br />

centrípeta ( ),<br />

F cp =<br />

teremos:<br />

R<br />

R =<br />

→<br />

m = Fcp<br />

q<br />

→<br />

mV<br />

→<br />

B<br />

→ 2<br />

→<br />

B<br />

Cuide de sua saúde!!!!!!<br />

Pratique exercícios físicos e evite o stress.<br />

Como o ângulo entre<br />

→<br />

F m<br />

=<br />

→<br />

→<br />

V e<br />

→<br />

q . V . B . Senθ<br />

=<br />

→<br />

B é = 90º, temos senθ = 1. Assim:<br />

q . V.<br />

B<br />

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2<br />

→<br />

→<br />

B , é<br />

17


2πm<br />

T =<br />

→<br />

q B<br />

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O período T ( tempo gasto para a carga realizar uma volta completa ) do movimento<br />

é dado pela fórmula abaixo:<br />

C) Caso em que<br />

→<br />

V e<br />

→<br />

B formam ângulo θ tal que<br />

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q ≠ 0<br />

0<br />

, θ ≠ 90 e<br />

0<br />

θ ≠ 180<br />

Nesse caso a carga descreve uma helicoidal ou hélice cilíndrica, conforme a fig. 12<br />

abaixo.<br />

Exemplo: Na figura a seguir esta representada uma partícula com carga q = 8,0x10–<br />

13 C e massa m = 3,2x10-20 kg sendo lançada com velocidade v = 2,5x106 m/s em<br />

direção a uma região onde há um campo magnético uniforme de intensidade B = 0,50 T.<br />

A partícula penetra na região pela abertura A.<br />

O símbolo indica que o campo<br />

→<br />

B é perpendicular ao plano do papel e seu<br />

→<br />

sentido é "para fora" do papel. A velocidade V é, portanto, perpendicular a B e<br />

teremos um movimento circular. Aplicando a regra da mão esquerda vemos que a força<br />

→<br />

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magnética tem o sentido indicado na figura. A partícula descreverá uma semicircunferência<br />

de raio R, atingindo a parede da região no ponto B.<br />

O raio da circunferência é dado por:<br />

−20<br />

6<br />

mv ( 3,<br />

2.<br />

10 ).( 2,<br />

5.<br />

10 )<br />

−1<br />

R = =<br />

= 2,<br />

0.<br />

10 = 20cm<br />

−13<br />

Bq ( 8,<br />

0.<br />

10 ).( 0,<br />

50)<br />

A distância d é o dobro do raio: d = 40 cm.<br />

5. Força sobre condutor retilíneo.<br />

Quando temos um fio percorrido por corrente elétrica e sob a ação de um campo<br />

magnético, cada partícula que forma a corrente poderá estar submetida a uma força<br />

magnética e assim haverá uma força magnética atuando no fio. Vamos considerar o caso<br />

mais simples em que um fio retilíneo, de comprimento L é percorrido por corrente<br />

→<br />

elétrica de intensidade i e está numa região onde há um campo magnético uniforme B .<br />

→<br />

Sendo α o plano determinado pelo fio e pelo campo Fig. 13 a força F sobre o fio é<br />

perpendicular a α e tem sentido dado pela regra da mão esquerda como ilustra a figura.<br />

→<br />

O módulo de F é dado por:<br />

F = BiLSenθ<br />

6. FORÇA ENTRE CONDUTORES PARALELOS<br />

Consideremos dois condutores retos, longos e paralelos como ilustra a Fig.14.<br />

Suponhamos que os fios sejam percorridos por correntes elétricas de mesmo sentido e<br />

intensidades i1 e i2.<br />

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Cada um dos fios, isoladamente, origina um campo magnético que agirá sobre o<br />

outro. A intensidade da força magnética que age em cada um dos fios é dada pela<br />

fórmula abaixo:<br />

→ μ.<br />

i1.<br />

i2.<br />

L<br />

F m =<br />

2πd<br />

onde: L = comprimento dos fios paralelos.<br />

= d distância entre os fios.<br />

Correntes de mesmo sentido ⇒ força magnética de atração, conforme Fig. 14.<br />

Correntes de sentidos opostos ⇒ força magnética de repulsão, conforme Fig. 15.<br />

Quando for à praia ou à piscina proteja-se do sol, fique de olho nas crianças e<br />

Aproveite!!!<br />

O homem está diante de um grave problema: a falta de água e a poluição do pouco<br />

que resta.<br />

Indução Eletromagnética<br />

1. Fluxo Magnético<br />

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20


φ = B.A.<br />

cosθ<br />

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Consideremos uma superfície plana de área A situada numa região onde há um<br />

campo magnético uniforme<br />

1.<br />

O fluxo de<br />

→<br />

B . Adotemos um vetor<br />

→<br />

B através da superfície é dado por:<br />

Onde θ é o ângulo entre<br />

→<br />

n e<br />

→<br />

B .<br />

→<br />

B<br />

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→<br />

n , perpendicular à superfície Fig.<br />

Quando a superfície não for plana ou o campo não for uniforme, dividimos a<br />

superfície em "pequenos" pedaços de modo que em cada pedaço o campo possa ser<br />

considerado constante; aplicamos a fórmula acima a cada pedaço e fazemos a soma.<br />

Assim o fluxo magnético φ é a grandeza escalar que mede o número de linhas que<br />

→<br />

atravessam a área A de uma espira imersa num campo magnético de indução B . O<br />

fluxo magnético é uma grandeza escalar.<br />

No Sistema Internacional, a unidade de fluxo é o weber ( Wb ).<br />

Fig. 2<br />

21


2. Correntes Induzidas<br />

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Consideremos um circuito em uma região onde há campo magnético. A experiência<br />

mostra que, toda vez que o fluxo através do circuito varia, aparece no circuito uma<br />

corrente elétrica, denominada corrente induzida:<br />

Observando a fórmula vemos que o fluxo pode varias de três modos:<br />

Variação do Fluxo<br />

⇒<br />

Corrente Induzida<br />

A corrente existe enquanto o fluxo estiver variando. Quando o fluxo deixar de<br />

variar, a corrente se anula.<br />

1º) variando<br />

→<br />

B<br />

2º) variando A ( por exemplo, deformando o circuito )<br />

3º) variando θ ( girando o circuito )<br />

A produção de corrente por meio da variação do fluxo magnético é denominada<br />

indução eletromagnética e foi descoberta pelo físico e químico inglês Michael Faraday.<br />

3. A Lei de Lenz<br />

Heinrich Lenz (1804 - 1865), nascido na Estônia, descobriu que:<br />

A corrente induzida tem um sentido tal<br />

que se opõe à variação do fluxo.<br />

EXEMPLO: Na Fig. 3 representamos um imã sendo aproximado de uma espira.<br />

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22


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À medida que o imã se aproxima, o campo magnético do imã sobre a espira fica<br />

→<br />

cada vez mais intenso e, portanto, o fluxo de B aumenta. A variação do fluxo<br />

ocasionará o aparecimento de uma corrente induzida na espira. De acordo com a lei de<br />

Lenz, essa corrente irá contrariar a aproximação do imã. Isso significa que a face da<br />

espira que está voltada para o imã deve ter a mesma polaridade do pólo que está se<br />

aproximando, isto é, pólo norte, para que isso aconteça, a corrente deve ter o sentido<br />

indicado na Fig. 4. O operador deverá aplicar uma força no imã pois este estará sendo<br />

repelido pela espira.<br />

Um outro modo de pensar é observar que o fluxo de<br />

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→<br />

B através da espira está<br />

aumentando. Assim, a espira tentará diminuir esse fluxo, produzindo um campo<br />

B E<br />

→<br />

Fig.5 que tem sentido oposto ao campo B do imã. Para que isso aconteça a corrente<br />

induzida deve ter o sentido indicado na figura.<br />

EXEMPLO: Na Fig. 6 temos um condutor dobrado em forma de U sobre o qual se<br />

apoia um condutor retilíneo YZ. O conjunto está em uma região em que há um campo<br />

→<br />

magnético B e o condutor YZ está sendo puxado para a direita Fig. 6.<br />

→<br />

23


E m<br />

Δφ<br />

= −<br />

ΔT<br />

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Desse modo a área do circuito W Y Z K está aumentando o que acarreta o aumento<br />

do fluxo de através do circuito. Em consequência teremos uma corrente induzida no<br />

circuito que irá contrair o aumento de fluxo. Para que isso ocorra, a corrente deverá<br />

→<br />

produzir um campo de sentido oposto ao de B e, para isso, a corrente deverá ter<br />

sentido anti-horário Fig. 7.<br />

EXEMPLO: Na Fig. 8 representamos uma espira entre os pólos de um imã. Se<br />

girarmos a espira, iremos provocar a variação do ângulo φ →<br />

Fig. 9 entre o campo B e o<br />

→<br />

vetor n perpendicular ao plano da espira.<br />

A variação de φ →<br />

irá ocasionar a variação do fluxo de B e, assim, teremos uma<br />

corrente induzida na espira. Esse é o princípio de funcionamento dos geradores elétricos<br />

usados nas grandes usinas produtoras de energia elétrica e, também nos geradores<br />

usados em automóveis ( dínamos ou alternadores ).<br />

4. Lei de Faraday<br />

Consideremos um circuito no qual foi induzida uma corrente de intensidade i. Tudo<br />

se passa como se, dentro do circuito houvesse um gerador ideal, de força eletromotriz E<br />

dada por:<br />

E = Ri<br />

onde R é a resistência do circuito. Essa força eletromotriz é chamada de força<br />

eletromotriz induzida.<br />

Sendo φ Δ a variação do fluxo num intervalo de tempo Δ T , Faraday descobriu que<br />

o valor médio de m E é dado por:<br />

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24


o que significa que:<br />

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A fem induzida média em um circuito é igual ao quociente de variação do fluxo<br />

magnético pelo intervalo de tempo que ocorre, com sinal trocado.<br />

O sinal "menos" serve apenas para lembrar da lei de Lenz, isto é, que a força<br />

eletromotriz induzida se opõe à variação de fluxo.<br />

Visite prédios históricos do Brasil durante suas viagens.<br />

EXEMPLO: Uma espira retangular, de área A = 0,50 m² e resistência R = 2,0 Ω<br />

está numa região onde há um campo magnético uniforme<br />

0<br />

sendo θ = 60 .<br />

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→<br />

B , como indica a Fig. 10,<br />

→<br />

Num intervalo de tempo<br />

ΔT<br />

= 3,<br />

0s<br />

, a intensidade de B varia de B1 = 12 T para B2<br />

= 18 T. Calcule o valor médio da intensidade da corrente induzida na espira.<br />

Resolução:<br />

Lembrando que cos 600 = 1/2, os fluxos iniciais ( 1 φ ) e final ( φ 2 ) são:<br />

Assim:<br />

25


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De acordo com a lei de Faraday, o valor médio da força eletromotriz induzida é<br />

dado por:<br />

Sendo i o valor da intensidade da corrente induzida, temos:<br />

Muitas vidas podem estar em suas mãos. Doe sangue.<br />

Visite a Home Page:<br />

http://cursopraticoobjetivo.hpj.com.br<br />

Ficou com dúvidas ou deseja enviar críticas ou sugestões:<br />

cursopraticoobjetivo@bol.com.br<br />

5. Indução Eletromagnética ( Condutor retilíneo em um Campo Magnético )<br />

Na Fig. 11 representamos um condutor dobrado em forma em força de U sobre o<br />

→<br />

qual se apoia um condutor Y Z que se move com velocidade V .<br />

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Podemos observar que neste caso, o vetor<br />

perpendicular ao plano do papel e assim,<br />

ângulo θ entre<br />

→<br />

n e<br />

Se a velocidade<br />

e = BLV<br />

→<br />

n e<br />

→<br />

B seja nulo (ou 180º), ver Fig. 12.<br />

→<br />

V for constante, temos:<br />

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→<br />

n perpendicular ao plano do circuito é<br />

→<br />

B são paralelos o que faz com que o<br />

onde e é medido em volt no Sistema Internacional de Unidades ( S.I. ) e L é o<br />

comprimento do condutor YZ.<br />

Preserve a vida. Não destrua a natureze e os animais silvestres!!!<br />

Ao dirigir não beba, vidas podem ser poupadas... Cuidado!!!!!!!!!!!<br />

6. Transformadores<br />

São dispositivos cuja função é elevar ou diminuir a tensão. Nas usinas geradoras, a<br />

tensão produzida é da ordem de 10000 volts eficazes. Usa-se então um gerador que<br />

aumenta essa tensão para um valor da ordem de 300000 volts eficazes. Ao chegar nos<br />

centros de consumo, essa tensão é abaixada até um valor conveniente ( nas indústrias<br />

pode-se usar um valor da ordem de 10000 volts, enquanto nas residência a tensão é da<br />

ordem de 220 volts ).<br />

Nos transformadores da subestação elevadora de tensão, o enrolamento primário<br />

tem menor número de voltas de fio que o enrolamento secundário, podendo, em muitos<br />

casos, este enrolamento ser constituído por fios mais finos.<br />

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Os transformadores rebaixadores de tensão têm maior número de voltas de fio no<br />

enrolamento primário que no secundário. Em geral, nesse tipo de transformador os fios<br />

utilizados no enrolamento secundário são mais grossos.<br />

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primário secundário<br />

Sejam N1 e N2 os números de espiras no primário e secundário, respectivamente.<br />

Pode-se então demonstra que:<br />

U 1<br />

=<br />

U<br />

Sendo ainda os transformadores ideais não haverá perda de potência entre o<br />

primário e o secundário, logo:<br />

P<br />

2<br />

primário<br />

U . I<br />

1<br />

1<br />

N<br />

N<br />

1<br />

2<br />

= P<br />

= U I<br />

2<br />

secundário<br />

2<br />

Bons estudos!!!!!!!<br />

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