Electricidade e Magnetismo

1. Electricidade e Magnetismo Rosa Pais e Marília Peres

2. CAMPO de FORÇAS Toda a região do espaço no qual uma certa influência se faz sentir: uma partícula colocada em qualquer ponto dessa região sofre acção de uma força bem definida. Marília Peres e Rosa Pais

3. Numa região em que a influência de uma fonte magnética se faça sentir, existe um campo magnético. A interacção magnética detecta-se não só em ímanes ou magnetes, mas também cargas em movimento (corrente eléctrica) podem originar um campo magnético.

4. Os electrões podem actuar como magnetes individuais. • No ferro é mais fácil “alinhar” os electrões que em outros materiais. • Quando os electrões estão alinhados originam um magnete mais forte. Ferro Magnetite Marília Peres e Rosa Pais

5. A agulha magnética de uma bússola (colocada fora da acção de um magnete ou de uma corrente eléctrica) aponta sempre para o Norte. Mas se aproximamos dela um magnete, ela roda, tomando a orientação do campo criado pelo magnete. Marília Peres e Rosa Pais

6. O campo magnético é uma grandeza vectorialque tem uma indução magnética que se representa pelo vector A unidade SI da intensidade de indução magnética é o tesla(T) Outra unidade (não pertence ao SI) é o gauss (G) 1 G = 1 x 10-4 T http://www.commarts.com/ca/interactive/cai03/02_ia03.html http://tesladownunder.iinet.net.au/tesla_coil_sparks.htm Marília Peres e Rosa Pais

7. O campo eléctrico é uma grandeza vectorialque se representa pelo vector Para caracterizar o vector campo eléctrico, coloca-se uma carga eléctrica pontual positiva q0carga de prova Marília Peres e Rosa Pais

8. A partir da força eléctrica e do valor da carga de prova define-se o campo eléctrico que se caracteriza , em cada ponto do espaço por: • DIRECÇÃO- é a da força eléctrica que actua na carga deprova • SENTIDO- é a da força eléctrica que se exerce na carga deprova (do positivo para o negativo) • INTENSIDADE– é da força eléctrica que actua sobre a carga colocada nesse ponto. A unidade SI de intensidade do campo eléctrico (E) é o newton por coulomb (N C-1) Marília Peres e Rosa Pais

9. Dipolosmagnéticos Dipoloseléctricos Linhas de campo magnético associadas a um íman de barra Linhas de campo eléctrico Marília Peres e Rosa Pais

10. Linhas de campo magnético As linhas de indução magnética permitem a visualização do campo magnético. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/magneticlines/index.html Marília Peres e Rosa Pais

11. As linhas de campo magnético são fechadas. • Em cada ponto do espaço, o vector é tangente às linhas de campo. • O número de linhas de campo, por unidade de área, é proporcional à intensidade do campo magnético. Zonas mais densas  campo mais intenso Zonas menos densas  campo menos intenso • Um campo magnético aproximadamente uniforme tem as linhas de campo paralelas. • As linhas de campo magnético não indicam a direcção da força de interacção com o íman. Essa força tem a direcção perpendicular ao vector Marília Peres e Rosa Pais

12. Linhas de campo eléctrico • Visualização do campo eléctrico – espectro eléctrico • Em cada ponto do espaço, o vector campo eléctrico é tangente às linhas de campo e tem o sentido dessas linhas . • As linhas de campo iniciam-se nas cargas positivas e terminam nas cargas negativas. • A intensidade do campo eléctrico é maior nas zonas mais densas das linhas de campo. • As linhas de campo eléctrico uniforme são paralelas. Marília Peres e Rosa Pais

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16. EXPERIÊNCIA de ÖERSTED Em 1820 o físico dinamarquês Hans Öersted (1777 – 1851) observou que uma agulha magnética, quando nas proximidades de uma corrente eléctrica, roda como se estivesse perto de um íman. Concluiu que umacorrente eléctrica origina um campo magnético. Marília Peres e Rosa Pais

17. http://www.wfu.edu/physics/demolabs/demos/5/5h/5H1020.html Marília Peres e Rosa Pais

18. INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA Se uma corrente eléctrica origina um campo magnético, será que um íman pode criar um campo eléctrico? Os físicos Michael Faraday e Joseph Henry descobriram que a resposta era afirmativa e estudaram as condições em que este fenómeno se detectava. As seguintes experiências ilustram os resultados das suas descobertas: Indução electromagnética por movimento de um íman no interior de uma bobina. Quando se move o íman no interior da bobina é induzida uma força electromotriz (f.e.m.) que estabelece uma corrente eléctrica cujo sentido muda sempre que o movimento do íman é invertido. Marília Peres e Rosa Pais

19. Indução electromagnética por acção de um campo eléctrico variável numa bobina. Uma corrente eléctrica variável cria um campo magnético variável na vizinhança. Este origina uma f.e.m. induzida numa bobina nele colocado. Enrolando um fio condutor num prego de ferro maciço e ligando-o a um pilha podemos verificar o desvio de uma agulha magnética e atrair clips como se fosse um íman. O conjunto bobina e prego chama-se electroíman. Marília Peres e Rosa Pais

20. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/index.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/index.html http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday2/index.html http://phet.colorado.edu/web-pages/simulations-base.html Marília Peres e Rosa Pais

21. FLUXO MAGNÉTICO Se considerarmos uma espira condutora que delimita uma superfície de área A colocada numa região do espaço onde existe um campo magnético uniforme determina-se o fluxo magnético (através da espira) pela expressão:  -fluxo magnético em weber (Wb) B – intensidade de indução magnética em tesla (T) A – área da superfície plana em m2  - ângulo formado pela direcção da normal à superfície e com o vector

22. Para N espiras condutoras o fluxo magnético total é o produto do fluxo numa só espira , pelo número de espiras total= N  Experimente em: http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/faradays-law Marília Peres e Rosa Pais

23. O fluxo magnético depende da área, quanto maior a área maior o fluxo (se mantivermos constantes os outros factores) Marília Peres e Rosa Pais

24. O fluxo magnético depende da posição da espira (ângulo formado pela direcção da normal à superfície e do vector B), é máximo para um ângulo de 0º e nulo para um ângulo de 90º (se mantivermos constantes os outros factores) Marília Peres e Rosa Pais

25. Fonte: http://courses.science.fau.edu/~rjordan/rev_notes/28.1.htm Marília Peres e Rosa Pais

26. Funcionamento do microfone e do altifalante O funcionamento do microfone e do altifalante tem por base a indução electromagnética. Ambos têm uma membrana ou diafragma, uma bobina e um íman, contudo, no microfone um sinal sonoro é convertido num eléctrico enquanto no altifalante o processo é inverso, um sinal eléctrico é convertido em sinal sonoro. Marília Peres e Rosa Pais

27. Funcionamento do altifalante: Quando a corrente eléctrica passa na bobina, varia de acordo com os sinais eléctricos recebidos (resultantes, por exemplo, da conversão no microfone de um sinal sonoro), dando origem a um campo magnético variável que, ao interagir com o campo magnético criado pelo íman, provoca na bobina um movimento oscilatório. Uma vez que a bobina está ligada a uma membrana, esta passa a vibrar com a mesma frequência e com a mesma intensidade, reproduzindo o som original, ou seja, a membrana oscilante não é mais do que uma fonte sonora. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/speaker/ Marília Peres e Rosa Pais

28. Altifalante O ALTIFALANTE Marília Peres e Rosa Pais

29. Funcionamento do microfone: Quando o som atinge a membrana, esta entra em oscilação devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora, onda de pressão. Como a membrana está ligada à bobina, esta passa a oscilar com a mesma frequência. Durante este movimento, o fluxo magnético do campo criado pelo íman varia, induzindo uma força electromotriz que dá origem a uma corrente eléctrica na bobina do microfone. Esta corrente alternada induzida na bobina apresenta as mesmas características do som original quer em frequência quer em intensidade. Marília Peres e Rosa Pais

30. Microfone Marília Peres e Rosa Pais

31. Outra aplicação da indução electromagnética são os GERADORES. Os geradores de f.e.m. induzida são máquinas que transformam energia mecânica em energia eléctrica através da indução electromagnética. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/generator/ac.html Marília Peres e Rosa Pais