Campo magnético
Um ímã, com seus pólos norte e sul, também pode produzir movimentos em partículas, devido ao seu magnetismo. Contudo, essas partículas, para sofrerem esses
deslocamentos, têm que ter propriedades magnéticas, como por exemplo, o ferro. Na região, onde se encontra o ímã, tem-se a presença de linhas de campo magnético. O conjunto dessas linhas se chama fluxo magnético.
Entretanto, temos aqui, uma característica básica diferente em relação ao campo elétrico. As linhas de fluxo magnético são sempre fechadas. Ver fig. 8-8
S
N
Fig. 8-8
Essas linhas partem do pólo norte para o pólo sul na parte externa do material, e do pólo sul para o pólo norte na região do material.
Linhas de campo magnético produzidas pela corrente elétrica.
Nas primeiras experiências históricas, com a eletricidade, notou-se que quando a corrente elétrica percorria um fio condutor, a agulha magnética de uma bússola, situada perto do condutor, sofria um desvio. Portanto, a corrente elétrica, de alguma forma, provocava o fenômeno do magnetismo. Este fenômeno ficou conhecido como eletromagnetismo.
A fig. 8-9.a mostra, em perspectiva, algumas linhas de campo magnético provocadas pela corrente elétrica no fio condutor. A fig. 8-9.b, mostra essas mesmas linhas em um plano transversal ao fio condutor. Supõe-se que o sentido da corrente é do papel para o leitor. Podemos observar que cada linha forma um círculo perfeito.
Fig. 8-9
Aqui também temos uma entidade física responsável pelo fenômeno. Esta entidade se chama campo magnético. Seu símbolo mais conhecido é a letra H. Vamos tomar como base um ponto P, situado a uma distância r de um fio condutor. Ver fig. 8-10.
rP rP
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Fig. 8-10
Se o comprimento deste condutor for >>r e se nele passar uma corrente I, o campo magnético, naquele ponto P, resulta aproximadamente:
r I H × ≈ π 2
Quando a corrente elétrica é dada em ampere e a distância até o ponto é dada em metro, a unidade do campo magnético é ampere por metro.
Exemplo: Seja um fio condutor de 1 metro de comprimento percorrido por uma corrente elétrica de 1 ampere. O campo magnético em um ponto, distante 1 cm deste fio, resulta:
m A m A r I H 15,9 01 , 0 2 1 2 × = × ≈ ≈ π π
Campos magnéticos resultantes de uma corrente elétrica que percorre uma espira. A fig. 8-11 mostra a configuração das linhas, de campo magnético, provocadas por uma corrente elétrica ao percorrer um condutor com a forma de uma espira circular.
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Fig. 8-11
Indutor
Quando o fio condutor tem a forma de um conjunto de espiras, como mostrado na fig. 8-12, temos um indutor ou bobina.
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Fig. 8-12
Podemos observar que as linhas de fluxo possuem configuração semelhante àquelas de um ímã. Portanto, neste caso temos a produção de um dispositivo com o comportamento de um ímã. Entretanto, para correntes elétricas, de valores moderados, a intensidade do campo magnético é muito mais fraca do que a de um ímã que possuísse a mesma configuração de linhas de fluxo magnético.
propriamente dito.
A principal diferença entre um ímã e um eletro ímã é que este último deixa de se comportar como ímã quando a corrente elétrica é desligada.
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Fig. 8-13 Principais aplicações do eletro magnetismo
Os indutores, com ou sem núcleo de ferro, são muito empregados em circuitos de corrente alternada e aparelhos eletrônicos.
Também, a produção da faísca elétrica, nos motores de combustão dos automóveis, é provocada por um circuito elétrico cujo principal elemento é um indutor.
Outra aplicação importante, do eletromagnetismo, é na construção de motores elétricos. Podemos mencionar, ainda, os eletro ímãs propriamente ditos. São usados,
principalmente, para transportar sucata de ferro de um lugar para outro. O eletro ímã é agregado a guindaste. Quando a corrente elétrica é ligada, ele atrai e segura a sucata de ferro. Dessa maneira, essa sucata é transportada até outro local onde é liberada por meio da interrupção daquela corrente elétrica.
Construção do indutor utilizado em circuitos elétricos.
Vimos que um indutor vem a ser um fio condutor formando uma determinada
quantidade de espiras. Quando uma corrente percorre esse condutor são geradas linhas de campo magnético de tal maneira que o dispositivo se comporta como um ímã. Ver Fig. 8-14.
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Fig. 8-14
Vimos, também, que o efeito eletro-magnético se torna mais intenso quando se tem um material ferroso colocado no interior das espiras. Diz-se que o indutor contém um núcleo ferroso. Este material concentra as linhas de campo magnético existentes no interior dessas espiras.Ver fig, 8-15.
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Fig. 8-15
O núcleo fica magnetizado apenas durante a presença da corrente elétrica. Quando esta corrente cessa, a imantação desaparece. Se a corrente elétrica for alternada, o sentido das linhas magnéticas também se alterna. Neste caso dizemos que temos um campo magnético alternado. Isto significa que os pólos norte e sul do eletro-imã se alternam acompanhando a alternância da corrente.
Na fig. 8-15 nota-se que o percurso das linhas de fluxo acontece uma parte no núcleo e outra parte no ar.
Indutor com núcleo fechado
A intensidade do campo magnético fica ainda bem maior quando se consegue fazer com que o percurso total, das linhas de fluxo, seja dentro do material ferroso. Isto se
Fig. 8-16
A intensidade do campo magnético, além de depender da intensidade da corrente elétrica, depende, também, de uma grandeza física chamada de permeabilidade relativa do núcleo. Este parâmetro tem como símbolo µ . Quando não se usa núcleo no indutor r (núcleo de ar), tem-se µr =1. Quando se usa núcleo fechado como na fig. 8-16, o parâmetro µ possui um valor que é específico do material ferroso: r µ . Entretanto, rm muitos indutores são do tipo de núcleo aberto, como mostrado na fig. 8-15. Neste arranjo, como já vimos, uma parte do percurso das linhas magnéticas acontece no núcleo ferroso e outra parte no ar. Neste caso tem-se uma permeabilidade equivalente cujo valor é intermediário entre 1 eµ : rm
1<µre <µrm
Os núcleos dos indutores são ligas metálicas onde se tem, em maior porcentagem, o elemento ferro. Em eletro-técnica o material mais empregado é uma liga ferro-silício, onde se tem 4 % de silício e 96 % ferro. Neste caso, µrm ≈ 900.
A unidade mks, para a indutância, é o Henry. O valor de um indutor, construído com núcleo fechado, como mostrado na Fig. 8-16, obedece à fórmula matemática:
l N S L rm 2 7 10 4 × × = π − µ
[
Henry]
8 -1Nesta expressão tem-se:
l = comprimento do trajeto total, das linhas do fluxo, no núcleo fechado. Sua unidade deve ser dada em metro.
S = área da secção do núcleo em m2.
--- Exercício 8-4
Um indutor, construído em núcleo fechado, como mostrado fig. 8-15, foi enrolado com 200 espiras. Seu núcleo possui µrm =900. O comprimento do trajeto das linhas do fluxo magnético, nesse núcleo, é l=0,1 m. A área de sua secção é S =4×10−4m2.
Determinar o valor desse indutor.
1 , 0 200 10 4 900 10 4 2 4 7 × × × × = − − π L =0,181 H --- Quando o núcleo é aberto, as formulas para o projeto são muito complexas e pouco confiáveis. O mesmo acontece para os indutores com núcleo de ar.
