IMAS E MAGNETISMO

MAGNETISMO

Magnetismo é o fenômeno de atração ou repulsão observado entre determinados corpos, chamados ímãs, entre ímãs e certas substâncias magnéticas (como ferro, cobalto ou níquel) e também entre ímãs e condutores que estejam conduzindo correntes elétricas. Todo ímã apresenta duas regiões distintas, em que a influência magnética se manifesta com maior intensidade. Essas regiões são chamadas de polos do ímã. Esses polos possuem comportamentos diferentes na presença de outros ímãs, e são denominados Norte (N) e Sul (S). 

Tem-se a impressão de que os polos do ímã são idênticos, mas isso não é verdade, pois, suspendendo-se o ímã horizontalmente por um fio atado ao seu centro, verifica-se que, após uma série de oscilações, ele volta sempre à mesma extremidade sensivelmente para o norte e a outra para o sul. Denomina-se por isso polo norte a extremidade que se volta para o norte, e polo sul a outra.

Chamamos de ÍMÃ TEMPORÁRIO aquele que se comporta como um ímã somente quando em contato ou nas proximidades de outro ímã.

Atrações e Repulsões 

A diferente natureza dos polos de um ímã, já posta em evidência devido à sua orientação particular, evidencia-se mais ainda quando se notam as ações que os polos de um ímã exercem sobre os polos de outro ímã.

Aproximando-se do polo norte de um ímã o polo sul de outro ímã, nota-se uma atração. A partir da figura acima, podemos enunciar a lei da força magnética: Polos da mesma natureza se repelem e de naturezas diferentes se atraem.

CAMPO MAGNÉTICO

Assim como a força gravitacional e a força elétrica, a força magnética é uma interação à distância, ou seja, não necessita de contato. Dessa forma, associamos aos fenômenos magnéticos a ideia de campo, assim como nos fenômenos elétricos. Consequentemente, dizemos que um ímã gera no espaço ao seu redor um campo que chamamos de Campo Magnético (B→B→). O campo magnético interage com outros ímãs, com as substâncias magnéticas e com correntes elétricas.

Linhas de Campo MagnéticoPara se evidenciar a extensão de um campo magnético, espalha-se limalha de ferro em uma folha de papel sob a qual se encontra um ou mais ímãs. Os pedacinhos de limalha de ferro dispõem-se segundo linhas curvas que ligam os polos norte e sul, chamadas linhas de campo ou linhas de força.

Por convenção, considera-se que, no campo exterior a um ímã, as linhas de campo saem pelo polo norte e entram pelo polo sul do ímã.

  

PROPRIEDADES DOS ÍMÃS

Os polos de um ímã são inseparáveis. Não é possível partir um ímã em duas partes para separar o polo norte do polo sul. Serrando-se um imã transversalmente, obtêm-se dois novos imãs completos, isto é, surgem na secção de corte polos contrários aos das respectivas extremidades.

Quando partimos ao meio um ímã em barra, obtemos dois novos ímãs. 

Quando aquecemos um ímã acima de uma determinada temperatura, ele deixa de gerar campo magnético. Os ímãs de níquel perdem sua capacidade quando aquecidos a 350ºC, os de ferro a 770ºC e os de cobalto a 1.100ºC. Essas temperaturas são chamadas de temperaturas de Curie.

Quando aquecemos um ímã ele perde suas propriedades magnéticas.

BússolasSão aparelhos que servem para a orientação dos viajantes, que usam como ponteiro uma agulha magnetizada, ou seja, se comportando como um ímã. 

Uma bússola sempre tende a orientar-se paralelamente ao campo magnético aplicado sobre ela, com o polo norte da bússola apontando no sentido do campo. 

MAGNETISMO TERRESTRE

A Terra exerce sobre uma agulha magnética a mesma ação que um poderoso ímã. A Terra pode ser então considerada como um grande ímã, cujos polos magnéticos estão próximos dos polos geográficos.

A Terra exerce sobre uma agulha magnética uma ação que tende a fazer a agulha orientar-se paralelamente ao campo magnético. Chama-se polo norte de uma agulha magnética (bússola) a extremidade que sempre está voltada para o polo norte da Terra e polo sul a extremidade que se dirige para o polo sul da Terra. Observe que, como o polo Norte Geográfico da Terra atrai a extremidade norte da bússola, ele deve ter as características de um polo sul magnético. 

O campo magnético da Terra protege o planeta dos chamados raios cósmicos, feixes de partículas de altas energias que vêm do Sol. Ao se aproximar da Terra, as partículas carregadas eletricamente são desviadas, devido à interação magnética, em direção aos polos. Essas partículas são desaceleradas ao entrar na atmosfera, emitindo radiação. A visualização desse fenômeno é chamada de AURORA, que pode ser Boreal (Norte) ou Austral (Sul). 

MEDIDORES EM CIRCUITOS

AMPERÍMETRO E VOLTÍMETRO

Quando analisamos um circuito elétrico, pensamos em grandezas como voltagem, intensidade de corrente elétrica e potência, calculando seus valores através de relações matemáticas conhecidas. Mas, na prática, como podemos medir esses valores?  

Existem aparelhos específicos para tais medições, que devem ser conectados de forma particular em meio aos circuitos para funcionarem perfeitamente. Vamos conhecer esses aparelhos:

AmperímetroÉ o aparelho utilizado para medir o valor da corrente elétrica num trecho qualquer do circuito. Para conhecer o valor da corrente elétrica que está passando por lâmpada do circuito, por exemplo, é necessário introduzir o amperímetro no circuito de forma que a corrente que passa pela lâmpada (e que desejamos medir) também passe pelo aparelho. Isto será possível se ele for ligado em série com a lâmpada. 

Porém, deve-se observar que a introdução do amperímetro acarretaria um aumento na resistência total do circuito. Isso acontece porque, antes da colocação do amperímetro no circuito, a única resistência que existia era a da lâmpada. Já após a colocação do amperímetro, existem as resistências da lâmpada e do amperímetro, pois este é composto de materiais metálicos. Consequentemente, após a colocação do amperímetro, passa pelo circuito uma corrente elétrica de intensidade menor, devido ao aumento da resistência.  

A fim de que não ocorra essa situação, o amperímetro deve ser feito com condutores que apresentem a menor resistência possível. No caso ideal, a resistência elétrica do amperímetro deveria ser nula. Embora essa situação seja impossível na prática, quando a resistência do amperímetro é muito menor que a resistência dos outros elementos do circuito, a aproximação torna-se plausível. 

Usamos o seguinte símbolo para representar um amperímetro:

Observação: Existe um amperímetro que não precisa ser conectado no meio do circuito. O aparelho funciona quando uma peça móvel envolve o fio condutor. Ele mede a corrente elétrica que flui por um fio através do campo magnético gerado por ela. Chama-se “amperímetro de alicate”.

AtençãoCaso o amperímetro ideal seja ligado em paralelo com uma lâmpada ou qualquer outro aparelho, ou seja, um resistor, este ficará em curto-circuito, já que a sua resistência é desprezível e a d.d.p nas suas extremidades será nula.

VoltímetroÉ o aparelho utilizado para medir o valor da tensão entre dois pontos de um trecho qualquer do circuito. Para isso, seus terminais devem ser conectados nos pontos cuja tensão desejamos conhecer. Desta forma, teremos que ligar o voltímetro em paralelo com o elemento. Por exemplo, para conhecer o valor da d.d.p entre os terminais de uma lâmpada do circuito, é necessário conectar o voltímetro em paralelo com a lâmpada. 

Porém, deve-se observar que a introdução do voltímetro acarretaria uma divisão na corrente elétrica que flui pelo circuito, que antes passava integralmente pela lâmpada. Para que a corrente continue passando somente pela lâmpada, sem se desviar para o voltímetro, deve-se construí-lo com uma resistência muito elevada (resistência infinita).  

Quando a resistência do voltímetro é muito maior que aquelas existentes no circuito, não haverá desvio de corrente para ele e o chamaremos de ideal. Caso o voltímetro esteja conectado em série com o elemento do circuito, como ele tem uma resistência elevada, não haverá passagem de corrente elétrica e a d.d.p indicada no aparelho será a própria voltagem do gerador. 

Usamos o seguinte símbolo para representar um voltímetro:

Em resumo:
Amperímetro 
- mede corrente elétrica;
- deve ser ligado em série com o elemento do circuito;
- ideal: resistência nula. 

Voltímetro:
- mede d.d.p.;
- deve ser ligado em paralelo com o elemento do circuito;
- ideal: resistência infinita.

Representação:

PONTE DE WHEATSTONE

É uma montagem utilizada com o fim de medir uma resistência elétrica desconhecida. Consiste, basicamente, de um circuito em forma de losango com os resistores dispostos nos seus lados. 

Desses resistores, um é desconhecido (Rx), um é variável, o qual chamamos de reostato (R2), e os outros são conhecidos (R1 e R3). Os pontos B e C são ligados por um fio sem resistência, havendo um amperímetro nesse trecho. Procura-se ajustar gradualmente o reostato, até que o amperímetro indique que não há corrente passando pelo trecho MN. Dizemos, nesse momento, que a ponte está em equilíbrio.

Neste caso de equilíbrio, os produtos das resistências opostas são iguais, ou seja:
Rx⋅R2=R1⋅R3Rx⋅R2=R1⋅R3 

FORÇA ELETRICA E CAMPO ELETRICO

FORÇAS ENTRE CARGAS

Define-se carga elétrica puntiforme como sendo um corpo eletrizado cujas dimensões são desprezíveis se comparadas às distâncias que o separam de outros corpos eletrizados. O conceito é semelhante à ideia de um ponto material, apresentada na cinemática.
Consideremos duas cargas elétricas puntiformes q1e q2, separadas por uma distância d, conforme indica a figura:

Sabemos que se as cargas, sendo de mesmo sinal, sofrerão uma repulsão.

Sabemos que se as cargas, sendo de sinais contrários, sofrerão uma atração.

Charles Augustin de Coulomb formulou em 1785, após análises experimentais, a lei que rege essas interações e que levaria seu nome – a Lei de Coulomb:

“A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.”

Assim podemos escrever:

|F→|=k|q1|⋅|q2|d2|F→|=k|q1|⋅|q2|d2

onde k é uma constante de proporcionalidade, dependente do meio,chamada constante eletrostática. A constante k, no vácuo, tem o seguinte valor, medido em unidades do SI (Sistema Internacional):

K0=9,0⋅109N⋅m2/C2K0=9,0⋅109N⋅m2/C2

PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO

A força com a qual duas cargas interagem não é modificada pela presença de uma terceira. Em outras palavras, se uma carga está em presença de outras cargas elétricas, a força resultante sobre ela é a soma vetorial das forças exercidas por cada uma das cargas em separado.

CAMPO ELÉTRICO

Campo Elétrico é um campo vetorial gerado por uma carga elétrica ou uma distribuição de cargas. Considere uma carga Q fixa em uma determinada posição. Já sabemos que se uma carga q for colocada em um ponto P1, a uma distância de Q, aparecerá uma força elétrica "F" atuando sobre q. Essa força é uma força de ação à distância, ou seja, não existe um objeto ou meio entre os dois corpos responsável pela força 

Outra forma de interpretarmos o fenômeno é a seguinte: ao colocarmos a carga Q (chamada de carga fonte) em um ponto do espaço, esta altera as propriedades do espaço a sua volta. Essa propriedade, que será representada por um vetor para cada ponto do espaço, é camada de Campo Elétrico (E). Desta forma, a carga Q cria um campo elétrico em sua vizinhança e este campo elétrico passa a ser o responsável pelo aparecimento da força elétrica sobre a carga q. Logo, a força elétrica que atua sobre q é devida à ação do campo elétrico, e não mais à ação direta de Q sobre q.

Vetor campo elétricoPor ser o Campo Elétrico um campo vetorial, temos associado a cada ponto do espaço um vetor Campo Elétrico, cuja definição é a seguinte:

E→=F→qE→=F→q

É fácil perceber que a unidade para a medida de E será, no SI, o N/C. Pela definição, percebemos também que os vetores F e E possuem a mesma direção. O sentido será determinado pelo sinal da carga de prova: se a carga de prova for positiva (+), F e E terão o mesmo sentido, mas se a carga de prova for negativa (-), F e E terão sentidos contrários.

É importante saber que o vetor campo elétrico num ponto NÃO depende do valor da carga de prova q. Se tomarmos diferentes cargas, verificamos a ação de diferentes forças, porém a relação entre a força e a carga permanece a mesma para cada ponto.

Campo elétrico de uma carga puntiforme fixa
De acordo com a definição de campo elétrico, podemos analisar o campo elétrico gerado por uma carga puntiforme. Sua direção será radial, ou seja, como se a carga estivesse localizada no centro de um círculo de raio “d”. Seu sentido é apontando para fora das cargas positivas e para dentro das cargas negativas. Seu módulo pode ser calculado utilizando-se a Lei de Coulomb:

|E→|=kQd2|E→|=kQd2

LINHAS DE FORÇA

A cada ponto de um campo elétrico associa-se um vetor E. A representação gráfica de um campo elétrico consiste em utilizar as linhas de forças. Linhas de forças são linhas tangentes ao vetor campo elétrico em cada um de seus pontos, orientadas no sentido do vetor campo, com a propriedade de, onde houver maior densidade de linhas, o campo será mais intenso.

O desenho das linhas de força numa certa região nos dá ideia de como varia, aproximadamente, a direção e o sentido do vetor E na região considerada. As figuras a seguir mostram linhas de força de alguns campos elétricos particulares:

CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

É o campo elétrico onde o vetor E é o mesmo em todos os pontos. Assim, em cada ponto do campo, o vetor E tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. As linhas de força de um campo elétrico uniforme são retas paralelas igualmente espaçadas e todas com o mesmo sentido.

Condutor eletrizado
Em um condutor eletrizado, os portadores de carga elétrica livres se concentram em sua superfície externa, graças à repulsão que sofrem entre si. Desta forma, não há cargas elétricas em excesso no interior do condutor, fazendo com que o Campo Elétrico seja sempre nulo no interior do condutor. Isso faz com que uma pessoa dentro de uma estrutura metálica não seja afetada se uma descarga elétrica atinge a estrutura, como um avião, por exemplo. Esse efeito é chamado de blindagem eletrostática ou Gaiola de Faraday.