Efeito Magnético

Introduçao

O magnetismo é a parte da Física que estuda os materiais magnéticos. A palavra magnetismo tem origem na antiga cidade de Magnésia, na Ásia Menor, onde foram encontradas pedras-ímanes que tinham a propriedade de atrair peças de ferro. Mas as propriedades magnéticas não se devem apenas a ímanes naturais. Uma corrente eléctrica produz efeito magnético. A este minério foi dado o nome de magnetita.

Assim como a eletricidade, o magnetismo foi enunciado pela primeira vez no século VI a.C. por Tales de Mileto. Com estas experiências ele descobriu que:

1) aproximando dois imãs pelos seus pólos de mesmo nome, eles se repelem.

2) aproximando dois imãs pelos seus pólos opostos, eles se atraem.

3) um imã partido mantém a polaridade do imã que o originou.

4) da divisão de um imã surge outros dois, ou mais imãs, por menor que eles sejam

1º O que é o efeito magnético?

 O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser comprovada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente elétrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.

Aplicações do efeito magnético da corrente

Além de provar a relação entre os fenómenos eléctricos e os fenómenos magnéticos que constituiu a base para outras descobertas científicas notáveis, possibilitou enormes desenvolvimentos tecnológicos.

Eletroímã

O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, semelhantes àqueles encontrados nos ímãs naturais. É geralmente construído aplicando-se um fio elétrico espiralado ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum material ferromagnético.

Quando o fio é submetido a uma tensão, o mesmo é percorrido por uma corrente elétrica, o que gerará um campo magnético na área a este aspecto, espira através da Lei de Biot-Savart. A intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do eletroímã dependerão da intensidade da corrente aplicada e do número de voltas da espira.

A passagem de corrente elétrica por um condutor produz campos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no material ferromagnético envolto pelas espiras do condutor. A razão entre a intensidade do fluxo magnético concatenado pelas espiras e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância.

O pedaço de ferro apresenta as características de um ímã permanente, enquanto a corrente for mantida circulando, e o campo magnético pode ser constante ou variável no tempo dependendo da corrente utilizada (contínua ou alternada). Ao se interromper a passagem da corrente o envolto pelas espiras pode tanto manter as características magnéticas ou não, dependendo das propriedades do mesmo. 

Aplicações no dia-a-dia

Eletro-ímãs são usados em diversos aparelhos, como motores, faróis de carro, campainhas e discos-rígidos.  Nos auto-falantes, são usados dois ímãs: um permanente e um eletroímã, que é ligado e desligado na frequência adequada, indo para a frente e para trás, como um pistão, fazendo o cone vibrar e produzir o som. Eletroímãs mais poderosos são utilizados para separar o lixo em ferros-velhos, ou nos portos para colocar contêineres em navios.

2º O que e o efeito luminoso?

À emissão de radiação visível, como nas lâmpadas fluorescentes e anúncios luminosos, damos o nome de efeito luminoso da corrente. É a transformação de energia elétrica em energia luminosa.

a)      Deia dois exercicios sobre o efeito magneticos?

R: Exercício 1

Um solenóide ideal, de comprimento 50 cm e raio 1,5 cm, contém 2000 espiras e é percorrido por uma corrente elétrica de 3,0 A. O campo de indução magnética B é paralelo ao eixo do solenóide e sua intensidade é dada por B = µ0 . n . i, onde n é o número de espiras por unidade de comprimento e i é a corrente elétrica.

 Sendo µ0 = 4π . 10^-7 N/A²:
a) Qual é o valor de B ao longo do eixo do solenóide?
b) Qual é a aceleração de um elétron lançado no interior do solenóide, paralelamente ao eixo?

Resolução
a) o valor de n é dado por:
n = 2000 / 0,5
n = 4000 = 4.103 espiras / metro
logo,
B = µ₀ . n . i = 4π . 10^-7. 4.10³ . 3
B = 150 x 10^-4
B = 1,5 . 10^-2 T

b) Como a velocidade é paralela ao campo, a força magnética é nula, portanto:

a = 0  

Respostas:
a) B = 1,5 . 10^-2 T
b) a = 0

Exercício 2

Uma partícula de carga q se move segundo ângulos retos em relação a um campo magnético uniforme B, com velocidade de módulo V = 0,8C. Sendo m₀ sua massa de repouso, podemos dizer que o raio de sua trajetória vale

Resolução
m = m₀.(1 - v²/c²)^-1/2 = m₀.(1 - 0,64c²/c²)^-1/2 = 0,36^-1/2m₀ = m₀/0,6

F = B.q.v.sen 90° 
m.v²/r = B.q.v
r = mv/qB = (m₀/0,6) . 0,8c/q.B = (0,8m₀c/0,6)/q.B = 4m₀c/3qB

3º O que e a intensidade da corrente electrica?

Em física, a intensidade mede a variação do fluxo de energia no tempo, basicamente quanto maior a intensidade maior o fluxo de energia pelo espaço. É também importante notar que a intensidade pode mudar conforme as características do espaço, por exemplo: a luz solar, um tipo de onda, tem sua intensidade reduzida no vácuo, em comparação ao percurso que percorre no interior de uma estrela, isto ocorre porque dentro da estrela os fótons tem que vencer os gases desta estrela, que funcionam como uma barreira para o movimento dos mesmos, obrigando os fótons a se moverem em um espaço menor, e de um lado para o outro, o que aumenta a intensidade do fluxo de fótons, já no vácuo os fótons são dissipados em todas as direções sem nada que os impeça de continuar seu caminho.

Cargas elétricas

Nas cargas elétricas, que não podem se mover sem o auxílio de um condutor, há a diferença potencial é um fator importante nos fenômenos elétricos, pois mede a tendencia das cargas se moverem pelo condutor. Esta diferença é o produto da intensidade elétrica com a resistência elétrica. O principio que diz isto é a Lei de Ohm. Este principio é usado na criação de equipamentos de aquecimento e de chuveiros elétricos, pois quando as cargas elétricas passam pelo condutor que possui uma resistência elétrica elevada, fazem com que as cargas se choquem com a matéria desse condutor transformando-se em calor.

Medida de intensidade

No SI é medida em W/m². Matematicamente se tem:

·        Onde P é a potência;

·        dA um infinitésimo de área;

·        I a intensidade.

A corrente elétrica (AO 1945: corrente eléctrica) é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica^[1], ou também, é o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. Tal deslocamento procura restabelecer o equilíbrio desfeito pela ação de um campo elétrico ou outros meios (reação química, atrito, luz, etc.)^[2].
Sabe-se que, microscopicamente, as cargas livres estão em movimento aleatório devido à agitação térmica. Apesar desse movimento desordenado, ao estabelecermos um campo elétrico na região das cargas, verifica-se um movimento ordenado que se apresenta superposto ao primeiro. Esse movimento recebe o nome de movimento de deriva das cargas livres.
Raios são exemplos de corrente elétrica, bem como o vento solar, porém a mais conhecida, provavelmente, é a do fluxo de elétrons ou eletrões através de um condutor elétrico, geralmente metálico.
A unidade padrão no SI para medida de intensidade de corrente é o ampère (A). A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem. Embora seja um termo válido na linguagem coloquial, a maioria dos engenheiros eletricistas repudiam o seu uso por confundir a grandeza física (corrente eléctrica) com a unidade que a medirá (ampère).

Conceito de corrente elétrica

Denominamos corrente elétrica a todo movimento ordenado de partículas eletrizadas. Para que esses movimentos ocorram é necessário haver tais partículas − íons ou elétrons − livres no interior dos corpos.
Corpos que possuem partículas eletrizadas livres em quantidades razoáveis são denominados condutores, pois essa característica permite estabelecer corrente elétrica em seu interior.
Nos metais existe grande quantidade de elétrons livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico ( ) no interior de um corpo metálico, esses movimentos passam a ser ordenados no sentido oposto ao do vetor campo elétrico ( ), constituindo a corrente elétrica.
Nas soluções eletrolíticas existe grande quantidade de cátions e ânions livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico ( ) no interior de uma solução eletrolítica, esses movimentos passam a ser ordenados: o movimento dos cátions, no sentido do vetor campo elétrico ( ), e o dos ânions, no sentido oposto. Essa ordenação constitui a corrente elétrica.
Nos gases ionizados existe grande quantidade de cátions e elétrons livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico ( ) no interior de um gás ionizado, esses movimentos passam a ser ordenados: o movimento dos cátions, no sentido do vetor campo elétrico ( ), e o dos elétrons, no sentido oposto. Essa ordenação constitui a corrente elétrica.
Com a finalidade de facilitar o estudo das leis que regem os fenômenos ligados às correntes elétricas, costumamos adotar um sentido convencional para a corrente elétrica, coincidente com o sentido do vetor campo elétrico ( ) que a produziu.
Consequentemente, esse sentido será o mesmo do movimento das partículas eletrizadas positivamente e oposto ao das partículas eletrizadas negativamente.

Sentido da corrente

No início da história da eletricidade definiu-se o sentido da corrente elétrica como sendo o sentido do fluxo de cargas positivas^[3], ou seja, as cargas que se movimentam do pólo positivo para o pólo negativo. Naquele tempo nada se conhecia sobre a estrutura dos átomos. Não se imaginava que em condutores sólidos as cargas positivas estão fortemente ligadas aos núcleos dos átomos e, portanto, não pode haver fluxo macroscópico de cargas positivas em condutores sólidos. No entanto, quando a física subatômica estabeleceu esse fato, o conceito anterior já estava arraigado e era amplamente utilizado em cálculos e representações para análise de circuitos.
Esse sentido continua a ser utilizado até os dias de hoje e é chamado sentido convencional da corrente. Em qualquer tipo de condutor, este é o sentido contrário ao fluxo líquido das cargas negativas ou o sentido do campo elétrico estabelecido no condutor. Na prática qualquer corrente elétrica pode ser representada por um fluxo de portadores positivos sem que disso decorram erros de cálculo ou quaisquer problemas práticos.
O sentido real da corrente elétrica depende da natureza do condutor. Nos sólidos as cargas cujo fluxo constituem a corrente real são os elétrons livres, nos líquidos os portadores de corrente são íons positivos e íons negativos, enquanto que nos gases são íons positivos, íons negativos e elétrons livres. O sentido real é o sentido do movimento de deriva das cargas elétricas livres (portadores). Esse movimento se dá no sentido contrário ao campo elétrico se os portadores forem negativos, caso dos condutores metálicos e no mesmo sentido do campo se os portadores forem positivos. Mas existem casos onde verificamos cargas se movimentando nos dois sentidos. Isso acontece quando o condutor apresenta os dois tipos de cargas livres, condutores iônicos por exemplo.
É interessante notar que, nesses casos onde portadores de carga dos dois tipos estão presentes, ambos contribuem para variações de carga com mesmo sinal em qualquer volume limitado do condutor, porque cargas positivas entrando no volume escolhido, ou cargas negativas saindo do volume escolhido, significam um aumento da quantidade de cargas positivas. Essa é a razão para ser necessário introduzir uma convenção de sentido para a corrente.

A velocidade de deriva

Ao estabelecermos um campo elétrico em um condutor verificamos, superposto ao movimento aleatório das cargas livres, um movimento de deriva dessas cargas. Em metais, condutores mais conhecidos, temos elétrons como portadores de carga livres. Essas partículas oscilam aleatoriamente a velocidades médias da ordem de 10⁵ a 10⁶ m/s. No entanto o movimento de deriva se dá a uma taxa da ordem de 10^-3m/s (na situação de máxima densidade de corrente). Ou seja, quando temos a máxima densidade de corrente permitida pelas normas técnicas a velocidade de deriva dos elétrons livres é cerca de 2 mm/s^[4].

Métodos de medição

Para medir a corrente, pode-se utilizar um amperímetro. Apesar de prático, isto pode levar a uma interferência demasiada no objeto de medição, como por exemplo, desmontar uma parte de um circuito que não poderia ser desmontada.
Como toda corrente produz um campo magnético associado, podemos tentar medir este campo para determinar a intensidade da corrente. O efeito Hall, a bobina de Rogowski e sensores podem ser de grande valia neste caso.

Lei de Ohm

Para componentes eletrônicos que obedecem à lei de Ohm, a relação entre a tensão (V) dada em volts aplicada ao componente e a corrente elétrica que passa por ele é constante. Esta razão é chamada de resistência elétrica e vale a equação:

Corrente eléctrica ou amperagem ?

Assim como falar bitagem, voltagem, metragem ou kilogramagem, amperagem está tecnicamente incorrecto, embora tanto no Brasil quanto em Portugal estejam incorporadas aos Dicionários.
O uso do termo amperagem parece ser popular por ser uma tradução literal do inglês coloquial (Amperage), algo incorreto do ponto de vista técnico.

Conclusão

É importante saber que, da mesma maneira que existe um campo elétrico ao redor de um corpo carregado eletricamente, existe um campo magnético na região onde se encontra um imã. Já que nosso planeta apresenta um comportamento magnético, como se fosse um imã, ao redor dele existe um campo magnético. É este campo magnético que atua sobre a agulha magnética da bússola.