Aula 4 eletromagnetismo - Wiki do IF-SC

COMPETÊNCIASConhecer as leis fundamentais doEletromagnetismo e suas aplicaçõesões.Analisar situaçõesonde as leis fundamentaisdo Eletromagnetismo são aplicadas.HABILIDADES• Analisar situações onde a lei de Faraday é aplicável;• Analisar situações onde a lei de Lenz e a regra deFleming são aplicáveis;• Calcular a tensão induzida em condutores que cortamum campo magnético;Disciplina de Eletromagnetismo 2

• Calcular a tensão e a freqüência induzidas emespiras que giram no interior de um campo magnético;• Analisar acoplamentosmagnéticosem circuitosmagnéticos.Disciplina de Eletromagnetismo 3

CONTEÚDO2.1 – DESCOBERTAS DE OERSTED2.2 – FENÔMENOS DO ELETROMAGNETISMO2.3 – FONTES DE CAMPO ELETROMAGNÉTICO2.4 – VETOR CAMPO MAGNÉTICO INDUTOR2.5 – FORÇA MAGNETO-MOTRIZ2.6 – FORÇA ELETROMAGNÉTICA2.7 – VARIAÇÃO DO FLUXO MAGNÉTICO2.8 – INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA2.9 – INDUTORESDisciplina de Eletromagnetismo 4

2.1- Descobertas deOerstedConclusão de Oersted:Todo condutor percorrido por corrente elétrica, criaem torno de si um campo eletromagnético.Disciplina de Eletromagnetismo 5

Como conseqüência desta descobertasurge o.....ELETROMAGNETISMO:“o campo MAGNÉTICO criado a partirda ELETRICIDADE”.Disciplina de Eletromagnetismo 6

Regra de Ampère – Regra da Mão DireitaMão direita envolvendo o condutor com o polegar apontandopara o sentido convencional da corrente elétrica, os demaisdedos indicam o sentido das linhas de campo que envolvem ocondutor.Disciplina de Eletromagnetismo 8

Descubra o sentido do campomagnético!Disciplina de Eletromagnetismo 9

2.3- Fontes de CampoEletromagnéticoticoA. Campo Eletromagnético gerado em torno de umCondutor RetilíneoDisciplina de Eletromagnetismo 11

Tabela de permeabilidadeµ r– permeabilidade relativaµ – permeabilidade absolutaµ o– permeabilidade no vácuoDisciplina de Eletromagnetismo 12

Disciplina de Eletromagnetismo 13

H – Vetor Campo Magnético Indutor ou Vetor Força Magnetizante [A/m]B – Densidade de Campo magnético ou Densidade de fluxo magnético [T]

EXERCÍCIOSCIOS1) Sejam dois fios de comprimento infinito, condutores, de seção retadesprezível, paralelos separados por uma distância d. Se em algumponto situado entre os fios o campo magnético for nulo, quando osmesmos são percorridos por uma corrente elétrica, pode-se afirmarque:a) as correntes têm o mesmo sentido;b) as correntes têm sentidos contrários;c) as intensidades e sentidos de correntes são iguais;d) o enunciado está errado, pois o campo magnético jamais será nulo;e) faltam dados para responder a questão.2) Quatro fios longos são percorridos por correntes iguais. A árealimitada pelos quatro fios é um quadrado. A disposição queapresenta um campo magnético nulo no seu centro de simetria é:

EXERCÍCIOSCIOS3) Qual é a intensidade e o sentido da corrente Ι2, de modo que ocampo magnético no ponto P seja nulo? R: 3,6AFONTE: CEFET/PR4) Calcular a intensidade de campo magnético indutor H a 50 cm docentro de um condutor retilíneo percorrido por uma correnteelétrica de 3 A. R: 0,96Ae/m5) Qual é a intensidade de campo magnético indutor H no ponto Ada figura a seguir ? R: 11,1Ae/mFONTE: CEFET/PR

B. Campo Eletromagnético gerado no centrode uma Espira Circular.Disciplina de Eletromagnetismo 17

H – Vetor Campo Magnético Indutor ou Vetor Força Magnetizante [A/m]B – Densidade de Campo magnético ou Densidade de fluxo magnético [T]

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EXERCÍCIOSCIOS6) Qual é o valor do campo magnético indutor H no centro de umaespira circular feita com um condutor de 1m de comprimento epercorrida por uma corrente de 2 A ? R: 6,28Ae/m7) Qual é o valor do campo magnético indutor H no centro comum àsduas espiras de raio 7 cm e 10 cm, dado que Ι1 = 3 A e Ι2 = 4 A ?Qual o sentido do campo magnético resultante ? R:41,4Ae/mFONTE: CEFET/PR8) Calcular o valor do campo magnético no centro daespira da figura acima (a direita). R: 29,1Ae/mDisciplina de Eletromagnetismo 20

C. Campo Eletromagnético gerado no centrode uma Bobina Longa ou Solenóide.Disciplina de Eletromagnetismo 21

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H – Vetor Campo Magnético Indutor ou Vetor Força Magnetizante [A/m]B – Densidade de Campo magnético ou Densidade de fluxo magnético [T]

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EXERCÍCIOSCIOS9) Calcular o campo magnético no centro de um solenóide de10 cm de comprimento, com 600 espiras e percorrido poruma corrente de 2 A ? R: 12000Ae/m10) Para o eletroímã da figura abaixo:a) determine a densidade de fluxo magnético no núcleo;R: 0,04Tb) desenhe as linhas de campo magnético e suaorientação;c) indique os pólos norte e sul.FONTE: CEFET/PR

11) Dois blocos de ferro estão suspensos por fios econstituem os núcleos de dois eletroímãs, como na figuraa seguir:FONTE: CEFET/PRAssinale a alternativa incorreta:( ) Fechando-se a chave S1, mantendo-se a chave S2aberta, os dois blocos de ferro irão atrair-se;( ) Fechando-se as duas chaves S1 e S2 ao mesmo tempo,os blocos irão repelir-se;( ) Fechando-se a chave S2, mantendo-se achave S1 aberta, não haverá atração entre osblocos;( ) Fechando-se as duas chaves S1 e S2 aomesmo tempo, os blocos não irão atrair-se.

http://br.geocities.com/saladefisica8/eletromagnetismo/solenoide.htm12) Um solenóide de 1 metro de comprimento contém 500 espiras e épercorrido por uma corrente de 2A. Determinar a intensidade do vetorcampo magnético no interior do solenóide. Adote µ o = 4π.10 -7 T.m/A13) No interior de um solenóide de comprimento 0,16m, registra-se umcampo magnético de intensidade 5 π.10 -4 T, quando ele é percorrido poruma corrente de 8A. Quantas espiras tem esse solenóide? Adote µ 0= 4π.10 -7T.m/A14) Considere um solenóide de 0,16m de comprimento com 50 espiras.Sabendo que o solenóide é percorrido por uma corrente de 20A, determinea intensidade do campo magnético no seu interior.15) Um solenóide de 1 metro de comprimento contém 1000 espiras e épercorrido por uma corrente de i. Sabendo que o vetor campo magnético noseu interior vale 8π.10 -4 T, determine i. O solenóide está no vácuo.

D. Campo Eletromagnético gerado por umToróide.Disciplina de Eletromagnetismo 28

H – Vetor Campo Magnético Indutor ou Vetor Força Magnetizante [A/m]B – Densidade de Campo magnético ou Densidade de fluxo magnético [T]

EXERCÍCIOSCIOS16) Calcule o valor do campo magnético indutor no interiordo núcleo de um solenóide toroidal de raio interno de 10cm e raio externo de 12 cm, onde estão enroladas 1000espiras percorridas por uma corrente de 1A. R:1446,9Ae/mFONTE: CEFET/PR

2.5- Força Magneto-Motriz

Exemplo:Na figura 4.15 considere que a bobina possui 120 espiras percorridas poruma corrente de 500mA e que o comprimento médio do circuito magnéticoé l = 0,15m e cuja área da seção transversal do núcleo é 2 cm 2 .a) Determine o campo magnético indutor e a força magneto-motriz;b) Considerando a permeabilidade do material sendo µ = 5.10 -4 (Tm/A),determine a relutância magnética do núcleo;c) Determine a densidade de fluxo magnético no núcleo (B).

EXERCÍCIOSCIOS17) Determine a relutância de um circuito magnético se umfluxo de 4,2x10-4Wb for estabelecido por uma FMM=400Ae.Determine o campo magnético indutor H para uma bobina de 6polegadas de comprimento. R: 952,4kAe/Wb;2624,67Ae/m18) Se um campo magnético indutor H de 600Ae/m for aplicadoa um circuito magnético, uma densidade de fluxo de 0,12Wb/m2é imposta. Encontre a permeabilidade µ de um material queproduza o dobro da densidade de fluxo original com o mesmo H.R: 0,0004 Wb/A.m

EXERCÍCIOSCIOS19) Em um campo magnético indutor H = 100Ae/m é colocadoum pedaço de material ferromagnético cuja permeabilidaderelativa é µR = 1600 para este valor de H. Calcular o valor dadensidade de campo magnético no interior do material. R: 0,2T.20) Para o mesmo material do item anterior, quando H =300Ae/m temos B=0,3T. Qual o valor da permeabilidade relativapara H = 300Ae/m? R: 79621) Uma espira de 30cm de diâmetro é submetida à circulaçãode uma corrente de 3A. Qual o valor da densidade de fluxo nocentro dessa espira, estando esta no ar? E se colocarmos ummaterial com permeabilidade relativa igual a 1000, qual será onovo valor de B? R: 12,56µT; 12,56mT

Um condutor percorrido por corrente elétrica, imerso emum campo magnético, sofre a ação de uma forçaeletromagnética.2.6- Força a Eletromagnéticatica

REGRA DE FLEMING: paradeterminar a relação entre I, H e F.MÃO ESQUERDA PARA AÇÃO MOTRIZ

A. Força Eletromagnética sobre umCondutor RetilíneoA força age na direção perpendicular às linhas de campo.

θ=90 oBBIFmaxIθ=0 o FnulaθI F ≠ 0l

EXERCÍCIOSCIOS1) Calcule a intensidade e determine a direção e o sentido dovetor força a que fica sujeito o condutor no desenhoabaixo (B=0,6T). R: 0,42N2) Calcule a intensidade e determine a direção e o sentido dovetor força a que fica sujeito o condutor no desenho abaixo(φ=40.10 -3 Wb). R: 1,386N

3) Calcule a intensidade e determine a direção e o sentido dovetor força a que fica sujeito o condutor nos desenhosabaixo. R: 0,52N; 1,45N.

C. Força Eletromagnética entreCondutores ParalelosB 1B 2Condutor 1B 2•I 1FFI 2a) ATRAÇÃO.Condutor 2⊗B1lFigura 5.11 – Doiscondutores paralelospercorridos porcorrente sofreminteração entre seuscamposmagnéticos.d 12I 1I 2B 1B 2Condutor 1F⊗B2d 12Condutor 2⊗ B 1Flb) REPULSÃO.

EXERCÍCIOSCIOS4) Dois condutores estão separados pela distância de 5cm.Qual a intensidade da força por metro que atua entre elesquando a corrente no primeiro for 5A e no segundo 8A? R:160µN/m.5) Em um barramento condutor, cuja distância entre asbarras de 5m de comprimento é de 1cm, ocorre um curtocircuitono final do barramento. Nesse instante, a correnteassume um valor de 1800A. Qual a força resultante nobarramento? R: 324N6) Em um eletroduto de 2,5m de comprimento estão doiscondutores, uma fase e um neutro. Admitindo-se que adistância média entre eles seja de 10mm, calcule a forçaque atua entre os mesmos quando a corrente que circulafor de 28A. Os condutores serão atraídos ou repelidos? R:39mN.

D. Torque de Giro de uma Espirapercorrida por uma correnteVista superiorComposição vetorial

EXERCÍCIOSCIOS7) Uma bobina retangular de dimensões 5,40 cm por 8,50cm é constituída por 25 espiras de fio condutor epercorrida por um corrente de 15 mA. Suponha que umcampo magnético de módulo 0,350 T seja aplicadoparalelamente ao plano da bobina. Determine o módulodo torque que atua sobre a bobina. R.: 5,95.10 -4 Nm8) Uma bobina circular de raio igual à 5 cm possui 30espiras e está situada no plano XZ. Sabendo que elaconduz uma corrente de 5 A no sentido anti-horário (vistade cima) e está imersa em um campo magnético uniformeparalelo a superfície da bobina (B = 1,2 T), determine otorque sobre a bobina. R.: 1,41 Nm.(FONTE:http://www.xfisica.kit.net/listaum-f3072.pdf)

APLICAÇÕES: