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A
É o estudo dos
campos magnéticos e suas interações com as correntes elétricas.
Os elétrons
giram em torno do núcleo dos átomos, mas também em torno de
sí mesmos (translação), isto é semelhante ao que ocorre
com os planetas e o sol. Há diversas camadas de elétrons, e
em cada uma, os elétrons se distribuem em orbitais,
regiões onde executam a rotação, distribuídos aos pares.
Ao rodarem em
torno de sí, os elétrons da camada mais externa produzem um
campo magnético mínimo, mas dentro do orbital, o outro elétron
do par gira também, em sentido oposto, cancelando este campo,
na maioria dos materiais.
Porém nos
materiais imantados (ferromagnéticos) há regiões,
chamadas domínios, onde alguns dos pares de elétrons
giram no mesmo sentido, e um campo magnético resultante da
soma de todos os pares e domínios é exercido em volta do
material: são os imãs.
O que
é de fato um campo magnético ?
A palavra campo
significa, na Física, uma tendência de influenciar corpos ou
partículas no espaço que rodeia uma fonte.
Ex.: O campo
gravitacional, próximo à superfície de um planeta, que
atrai corpos, produzindo uma força proporcional à massa
destes, o peso.
Assim, o campo
magnético é a tendência de atrair partículas carregadas,
elétrons e prótons, e corpos metálicos magnetizáveis
(materiais ferromagnéticos, como o ferro, o cobalto, o níquel
e ligas como o alnico).
O campo pode
ser produzido pôr imãs e eletroimãs, que aproveitam o
efeito magnético da corrente elétrica.
- Correntes e
eletromagnetismo:
A corrente elétrica
num condutor produz campo magnético em torno dele, com
intensidade proporcional à corrente e inversamente à distância.
B
= 4p10-7 I / r
Nesta equação,
válida para um condutor muito longo, I é a corrente, r a
distância ao centro do condutor e B é a densidade de
fluxo, ou indução magnética, que representa o
campo magnético. É medida em Tesla, T.
Se enrolarmos
um condutor, formando um indutor ou bobina, em torno de
uma forma, o campo magnético no interior deste será a soma
dos produzidos em cada espira, e tanto maior quanto mais
espiras e mais juntas estiverem
B
= 4p10-7NI / L
L
é o comprimento do enrolamento, e N o número de
espiras, válida para núcleo de ar.
Permeabilidade
Os materiais se
comportam de várias maneiras, sob campos magnéticos.
-
-
- Os diamagnéticos,
como o alumínio e o cobre, os repelem, afastando as
linhas de campo.
-
- Os paramagnéticos
se
comportam quase como o ar.
-
- Os ferromagnéticos
concentram o campo, atuando como condutores magnéticos.
-
- A permeabilidade
é a
propriedade dos materiais de permitir a passagem do fluxo
magnético, que é a quantidade de campo que
atravessa o material.
f
= BA
A
é a área transversal ao campo do material, em m2 .
O fluxo é medido em Webers, Wb.
Os materiais
mais permeáveis são os ferromagnéticos. Eles tem
permeabilidades centenas a vários milhares de vezes a do ar,
e são usados como núcleos de indutores, transformadores,
motores e geradores elétricos, sempre concentrando o fluxo,
possibilitando grandes campos (e indutâncias).
Os diamagnéticos
são usados como blindagem magnética (ou às ondas eletromagnéticas),
pela permeabilidade menor que a do ar, mo.
mo
= 4p10-7 Tm/A
Vimos que os
indutores produzem campo magnético ao conduzirem correntes. A
indutância é a relação entre o fluxo magnético e a
corrente que o produz. É medida em Henry, H.
L
= f / I
Uma propriedade
importante da indutância, e da qual deriva o nome, é o fato
do campo resultante da corrente induzir uma tensão no indutor
que se opõe à corrente, esta é chamada a Lei de Faraday.
E
= N df / dt
N
é o número de espiras do indutor, e df / dt é a velocidade
de variação do fluxo, que no caso de CA é proporcional à
freqüência. E é a tensão induzida, em V.
É interessante
observar como isto se relaciona ao conceito de reatância
indutiva, a oposição à passagem de corrente pelo
indutor.
XL
= 2 pfL
L
é a indutância, e f a freqüência da corrente, em
Hz.
A corrente
alternada produz no indutor um campo, induzindo uma tensão
proporcional à freqüência, que se opõe à corrente,
reduzindo-a, esta é a explicação da reatância.
As bobinas nos
circuitos elétricos são chamadas indutores. Quando usadas
para produzir campos magnéticos, chamam-se eletroimãs
ou solenóides. Já dentro de máquinas elétricas
(motores e geradores), fala-se em enrolamentos.
Campos
e forças
Um campo magnético
produz uma força sobre cargas elétricas em movimento, que
tende a fazê-las girar. Quando estas cargas deslocam-se em um
condutor, este sofre a ação de uma força perpendicular ao
plano que contém o condutor e o campo.
F
= B I L senq
F
é a força em Newtons, L o comprimento do condutor, em
m, e q o ângulo entre o condutor e as linhas do campo.
É esta força
que permite a construção dos motores elétricos.
Nestes o ângulo é de 90o, para máximo
rendimento, B é produzido pelos enrolamentos, e há N
espiras (nos casos em que o rotor, parte rotativa
central, é bobinado), somando-se as forças produzidas em
cada uma. O núcleo é de material ferromagnético, para que o
campo seja mais intenso, e envolve o rotor, com mínima folga,
o entreferro, formando um circuito magnético.
O
processo é reversível:
uma força aplicada a um condutor, movendo-o de modo a
"cortar" as linhas de um campo magnético
(perpendicularmente), induz uma tensão neste, conforme a Lei
de Faraday, proporcional à velocidade e ao comprimento do
condutor, e ao campo, é o princípio do gerador elétrico
e do microfone dinâmico.
E
= B L v
E
é a tensão em V, L o comprimento, em m, e v
a velocidade do condutor, em m/s.
Além desta força,
há a de atração exercida pôr um campo num material
ferromagnético, que age orientando os domínios (e os "spins"),
podendo imantá-los (conforme a intensidade e a duração).
Esta é usada nos eletroimãs, nos relés e contatores
(relés de potência usados em painéis de comando de
motores), etc.
É também
usada na fabricação de imãs, usados entre outras aplicações
nos auto-falantes, microfones e pequenos motores C.C. (campo),
como aqueles usados em toca - discos e gravadores.
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