Magnetismo - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)
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Brigadeiro6 de Março de 2013

Magnetismo - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)

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Apostilas de Física sobre o estudo do Magnetismo, características e propriedades.
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Unidade 1 – Magnetismo

Objetivos da aula

Reconhecer, através da história, a importância do magnetismo; Conceituar e aplicar as características e propriedades de um imã, bem como as grandezas magnéticas.

1.1 Introdução

A descoberta dos fenômenos magnéticos desencadeou o modelo de desenvolvimento tecnológico vivenciado nos dias atuais. Apesar de o magnetismo não ter tido aplicação prática por muito tempo, seus fundamentos propiciaram relacioná-lo com a eletricidade, originando uma série de inovações tecnológicas.

1.2

Histórico

Não se tem registro do início do estudo sobre o magnetismo, nem de sua origem. Os gregos já sabiam desde a antiguidade, que certas pedras da região da Magnésia, na Ásia Menor, atraíam pedaços de ferro. Esta rocha era a magnetita (Fe3O4). As rochas que contêm o minério que apresenta este poder de atração são chamadas de ímãs naturais.

Em 1600, William Gilbert descobriu a razão de a agulha de uma bússola orientar-se em direções definida, pois a Terra é um ímã permanente. O fato de o polo norte da agulha ser atraído pelo

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Polo Norte geográfico da Terra, implica dizer que este polo é, na realidade, polo sul magnético. Isso se verifica ao saber que polos de mesmo nome de dois ímãs repelem-se e de nomes opostos atraem-se.

Saiba Mais: http://servlab.fis.unb.br/matdid/1_2004/airton-josafa /magnetismo/principal.htm

1.3

Ímãs

Os ímãs têm seus domínios magnéticos orientados em um único sentido e possuem ao seu redor um campo magnético, em que exercem ações magnéticas. Pode-se citar como exemplo, a magnetita, que é um ímã natural.

Todo ímã possui duas regiões denominadas polos, situados nos extremos do ímã, onde este exerce de forma mais intensa suas interações magnéticas. Os pólos são denominados Norte e Sul.

Saiba Mais: http://www.youtube.com/watch?v=BRDJmXhWaaM http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=pmd&cod=_p md2005_0605

1.3.1 Campo magnético de um Ímã

O campo magnético é a região do espaço em torno de um material magnético em que se observam seus efeitos magnéticos, isto é, a sua atração e repulsão com outros corpos. Por ser invisível, convencionou-se que o sentido das linhas de indução é

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tal que elas saem do polo norte e entram no polo sul fora do ímã; e saem do pólo sul e entram no polo norte dentro do ímã, conforme a Figura 1.1.

Figura 1.1 – Linhas de indução

1.3.2 Inseparabilidade dos polos

Quebrando-se um ímã em forma de barra, em duas partes, não obteremos dois ímãs, um com somente o polo sul e o outro somente com o pólo norte, mas sim dois ímãs menores com ambos os polos, conforme a Figura 1.2. Se continuarmos dividindo o mesmo ímã, obteremos sempre o mesmo resultado. Isto se deve ao fato de que as propriedades magnéticas são intrínsecas às moléculas que constituem o material.

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Figura 1.2 – Inseparabilidade dos polos

1.3.3 Interação magnética entre dois ímãs

Observe nas Figuras 1.3 e 1.4 o comportamento das linhas de campo quando interagimos polos de mesmo nome (repulsão) e polos de nomes contrários (atração).

Figura 1.3 – Repulsão magnética entre polos de mesmo nome

Figura 1.4 – Atração magnética entre polos de nomes contrários

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1.3.4 Tipos de ímãs

O único ímã natural é a magnetita. Sua utilidade é, no entanto, apenas histórica, pois é rara, fraca e de difícil industrialização. A magnetita não passa de dióxido de ferro (Fe3O4).

Temos o ímã artificial, que se constitui de todo e qualquer objeto que tenha adquirido propriedades magnéticas através de processos de imantação. Porém, interessa-nos em nosso estudo os que são imantados pelo uso de corrente elétrica, sendo classificados em artificiais permanentes e artificiais temporários. Os artificiais permanentes têm a característica de conservarem o seu próprio campo magnético, mesmo depois de cessado o campo indutor ou a corrente elétrica, tal como o aço. Os artificiais temporários têm a característica de não conservarem o campo magnético depois de cessado o campo indutor ou a corrente elétrica, tal como o ferro.

1.4

Materiais magnéticos e não-magnéticos

Materiais magnéticos são aqueles que permitem a orientação de seus ímãs elementares, tais como ferro, aço e níquel.

Já os materiais não-magnéticos são aqueles em que os efeitos magnéticos de seus ímãs elementares anulam-se completamente, não reagindo a um campo magnético externo, tais como plásticos, madeiras e borracha.

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1.5

Como

Processos de magnetização

um material pode magnetizar-se alinhando suas

moléculas? A melhor maneira de fazê-lo é aplicando-lhe uma força magnética. Tal força deverá agir contra o campo magnético de cada molécula, orientando-as. Isso pode ser feito por atrito, por indução, e principalmente por corrente elétrica, que ocorre quando uma bobina é ligada a uma bateria, e a corrente elétrica produz um campo magnético, que magnetiza o ferro. A magnetização do ferro se produz pela ação do campo magnético, que se origina da corrente elétrica, ao circular pelas espiras. As linhas de força orientam os domínios magnéticos do ferro numa só direção imantando o núcleo.

1.6

Classificação dos materiais magnéticos

Os materiais podem ser ferromagnéticos, quando são atraídos fortemente pelos pólos de um ímã; paramagnéticos, quando, na presença de um campo magnético, são atraídos fracamente pelos dois pólos dos ímãs; e diamagnéticos, quando, na presença de um campo magnético, são repelidos pelos dois pólos dos ímãs.

1.7

Lei de Coulomb

Coulomb realizou uma experiência onde dois ímãs compridos e finos foram dispostos a certa distância, conforme Figura 4.5, a fim de atribuir um valor quantitativo de magnetismo, chegando à seguinte afirmação:

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Figura 1.5 – Pólos de nomes contrários se atraem “A força de atração entre dois ímãs é diretamente proporcional ao produto das massas magnéticas dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado das distâncias entre eles e depende ainda do meio em que se encontra o fenômeno.”

Onde: F - força magnética {Newton (N) }; h - constante magnética do meio; m - massa magnética {Weber (Wb)}; r - distância entre os corpos {metros (m)}.

1.8

Fluxo Magnético (Φ [Wb])

É definido como o número total de linhas de campo magnético que atravessam determinada seção. Sua unidade no SI é o Weber (Wb). Um Weber é igual a 1.108 linhas de campo magnético.

1.9

Indução magnética (β [T])

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Também chamada de densidade de fluxo magnético, representa o fluxo magnético por unidade de área de uma secção

perpendicular ao sentido do fluxo. A unidade de indução magnética é o Wb/m² que é chamado de Tesla (T).

1.10 Intensidade magnética (H [A/m])

É uma grandeza vetorial definida em cada ponto do campo. Para representar, no interior do ímã, a intensidade de magnetização e, ao mesmo tempo, a direção e o sentido da orientação dos ímãs elementares que o constituem, dá-se à intensidade de

magnetização o caráter de um vetor, tendo direção do eixo magnético dos ímãs elementares orientados e dirigidos no sentido sul-norte.

Se cada unidade de volume de um ímã é constituída por um igual número de ímãs elementares, igualmente orientados, a

intensidade magnética do ímã é então constante em valor, direção e sentido. Em todos os outros casos, a intensidade de magnetização varia em valor e direção de um ponto para o outro do ímã, sendo a intensidade magnética resultante da média das intensidades destes pontos. A unidade da intensidade magnética é o A/m.

1.11 Permeabilidade magnética (μ [T.m /A])

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A permeabilidade magnética exprime a facilidade que um determinado meio, com dimensões (comprimento e área de seção transversal) unitárias, oferece ao estabelecimento de um campo magnético. Esta grandeza é expressa pela relação:

No vácuo, μo = 4.π.10-7 T.m/A. O valor de μ é uma grandeza característica de cada material, pois indica a aptidão que um determinado material possui em reforçar um campo magnético inicial sendo B = μ.H. A permeabilidade relativa, μR, de um determinado material re é presentada pelo quociente entre a permeabilidade do material e a permeabilidade do vácuo, representando, assim, um fator de proporção relativa à permeabilidade do vácuo.

1.12 Relutância (ℜ [A/Wb])

A relutância magnética de um circuito magnético pode ser definida como a dificuldade oferecida pelo circuito à passagem do fluxo magnético através do mesmo. Sua unidade é o Ampère/Weber. A relutância é o inverso da permeância (facilidade oferecida pelo circuito à passagem do fluxo magnético).

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A relutância é diretamente proporcional ao comprimento do caminho magnético e inversamente proporcional à permeabilidade e à seção transversal do material.

1.13 Ponto Curie

Quando a temperatura de um material ferromagnético é elevada acima de certo valor crítico, o material perde suas propriedades magnéticas tornando-se simplesmente paramagnético.

1.14 Curva de histerese magnética

É a curva que relaciona a intensidade magnética e a indução magnética (B x H) em um determinado material.

Avaliação

1- O que é um ímã? 2 - Diferencie materiais magnéticos e não-magnéticos. 3 - Cite e explique os processos de magnetização e de desmagnetização. 4 - Conceitue fluxo magnético e indução magnética. 5 - De que depende a relutância de um circuito magnético?

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Referências

FREITAS, José Abílio Lima de; ZANCAN, Marcos Daniel. – Caderno de Eletricidade, ETEC- Brasil, Santa Maria: Universidade Federal: Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2008.

GOZZI, Giuseppe Giovanni Massimo. Circuitos Magnéticos. Ed. Érica, 1996.

MUSSOI,

Fernando

Luiz

Rosa.

Fundamentos

de

Eletromagnetismo. CEFET/SC, FLORIANÓPOLIS, 2005.

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