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Trabalho sobre campos eléctricos e fluxos magnéticos, efectuado no âmbito da disciplina de Físico-Química (11º ano).
O campo eléctrico é uma perturbação que tem a sua origem em cargas eléctricas e em campos magnéticos variáveis. É uma grandeza vectorial que se representa pelo vector E.
O campo eléctrico é traduzido por meio da força eléctrica entre duas cargas, sendo uma delas a carga de prova (q = 1 C), colocada num ponto do espaço.
Quando várias cargas criam um campo, em cada ponto, o vector campo eléctrico é a soma vectorial de cada uma dos campos criados individualmente por cada carga.
A direcção da força que actua entre as cartgas é a do segmento de recta que as une, e o sentido depende da interacção entre ambas ser repulsiva ou atractiva.
Características do campo eléctrico em cada ponto do espaço:
A unidade SI de intensidade de campo eléctrico (E) é o newton por coulomb (símbolo: N C-1)
As linhas de campo são extremamente úteis na descrição dos campos eléctricos:
Os campos eléctricos podem vizualizar-se através de espectros eléctricos:
| Representação do campo eléctrico criado por uma carga eléctrica pontual negativa | Representação do campo eléctrico criado por uma carga eléctrica pontual positiva |
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A interacção electromagnética, responsável pelos fenómenos eléctricos e magnéticos, pode ser atractiva ou repulsiva. Um modo de a estudar consiste em usar a noção de campo.
Campo: numa região do espaço existe um campo se for possível associar a cada ponto dessa região um valor com uma certa grandeza fixa.
Campo de Forças: região do espaço na qual se pode sentir a influência de uma força bem definida.
As interacções gravitacionais, magnéticas e eléctricas são, actualmente, descritas por linhas de campo.
Michael Faraday foi quem se referiu pela primeira vez às linhas de campo quando pretendeu visualizar o espectro magnético de um íman.
As interacções magnéticas são devidas a ímanes naturais e a correntes eléctricas que criam uma perturbação do espaço que os rodeia originando campos magnéticos.
No caso do campo magnético terrestre, a acção magnética da Terra sente-se em todo o planeta.
O campo magnético (B) é uma grandeza física vectorial cuja unidade do SI é o Tesla (T).
> O campo magnético terrestre é cerca de 50 mT;
> O campo magnético criado por um altifalante ronda os 5 mT;
Utiliza-se muitas vezes a unidade gauss (G) (1 G = 10-4 T), apesar de não pertencer ao SI.
Características das linhas de campo magnético:
Fluxo magnético através de uma de várias espiras condutoras
Quando um íman se move nas proximidades de uma espira condutora ligada a um galvanómetro, este detecta que é percorrida por uma corrente de indução.
ð A indução magnética no interior da espira é pouco intensa.
ð A indução magnética no interior da espira é torna-se intensa.
ð A indução magnética no interior da espira condutora é ainda mais intensa.
Estes efeitos traduzem-se pela grandeza física designada por fluxo magnético. Representa-se pela letra grega F e exprime-se em weber (wb) no SI.
O fluxo magnético Fm que atravessa a espira condutora é o produto da componente do vector B perpendicular à superfície (que é B cos q) pela área A, sendo:
O fluxo magnético que atravessa uma espira de área A, pode variar se:
O fluxo magnético positivo significa que as linhas de campo saem da superfície conforme o sentido arbitrado para a normal.
O fluxo magnético negativo significa que as linhas de campo entram da superfície conforme o sentido oposto ao arbitrado para a normal.
O fluxo magnético é nulo.
O fluxo magnético que atravessa uma bobina de N espiras é calculado do número N de espiras pelo fluxo magnético que atravessa uma qualquer espira, supondo que são todas iguais.
Lei da indução electromagnética
Lei de Faraday:
A f.e.m. induzida, ei, numa espira de um condutor metálico é igual, em módulo, à taxa de variação temporal do fluxo magnético que atravessa a espira.
A espira constitui um circuito fechado em que existe uma corrente eléctrica induzida cuja intensidade pode se calculada pela Lei de Ohm.
A indução electromagnética transformadora de energia: os geradores de f.e.m. induzida
50 anos após Faraday e Henry terem descoberto a Lei da Indução, Nicola Testa e George Westinghouse mostraram ao Mundo que era possível, na prática, "gerar" electricidade em quantidades tais que poderiam iluminar cidades inteiras.
Os geradores de indução são máquinas que tranformam energia mecânica (energia cinética de rotação de um eixo) em energia eléctrica. São, em geral, de dois tipos: alternadores e geradores de corrente contínua.
Funcionamento de um microfone de indução e de um altifalante
O microfone de indução tem um íman fixo e uma bobina fixa a um cone flexível, diafragma, que vibra em virtude da onda de pressão sonora. A vibração do diafragma faz movimentar a bobina. A bobina tem um
movimento de vaivém. Os movimentos da bobina condutora originam variações de fluxo magnético que produzem uma força electromotriz induzida, cujos valores são proporcionais aos dos deslocamentos da bobina. Deste modo o sinal sonoro é convertido em sinal eléctrico.
O altifalante tem um íman permanente fixo e uma bobina móvel que se articula num cone de papel. Quando a corrente alternada atravessa a bobina, esta é atraída e, em seguida, repelida pelo íman fixo. É assim que o conjunto bobina-
cone adquire um movimento de vaivém que é capaz de reproduzir a onda sonora original. Se a bobina for percorrida por uma corrente alternada com a frequência de 440 Hz, então o cone do altifalante oscila com a mesma frequência. Por isso, reproduz a onda sonora de 440 Hz que foi emitida por uma fonte sonora (por exemplo, um diapasão).
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