Imãs - Campo magnéticos

Historia do imã

     Na Grécia antiga na região da magnésia os pastores de ovelhas perceberam que quando saiam para pastorear seus cajados voltavam com pedras, essas pedras eram magnetita (Fe3O4), um pedaço permanente de imã.

    Por volta do século X  antes de cristo os chineses aprenderam o processo de imantação, criando os imãs artificiais, esfregando uma pedra de magnetita de ferro sempre no mesmo sentido, transformando em imã, essa descoberta proporcionou a criação da bússola, pois sempre se alinhava com a direção norte- sul.

Campo magnético terrestre

      Para explicar o porquê que os imãs sempre apontavam próximo ao norte terrestre o cientista inglês Willian Gilbert, no século XVII, publicou a teoria que a Terra se comportava como um imã gigante atraindo o pólo norte do imã ao pólo sul magnético da Terra, que está próximo ao pólo norte geográfico da Terra. 

Principio de atração e repulsão magnéticas

    Pólos magnéticos de mesma polaridade se repelem e pólos magnéticos de polaridades contrarias se atraem.

Inseparabilidade dos polos magnéticos

     Não existe imã com apenas um pólo, sempre que tentamos de dividir um imã em partes surge outro imã com dois pólos. Um único pólo magnético não pode existir isoladamente.

Campo magnético em condutores elétricos 

    Cargas elétricas em repouso gera campos elétricos, quando estão em movimento também geram campos magnéticos. Isso foi comprovado pelo físico Hans Christian Oersted.

    O experimento de Oersted consiste em aproximar uma bússola de um fio que passe corrente elétrica, a agulha da bússola sofre deflexão, em vez de aponta para o norte-sul geográfico.

     Isso significa que cargas elétricas em movimento produzem campos magnéticos, assim, sabemos que o campo magnético se forma a partir de imãs e condutores percorridos por correntes elétricas. 

Representação do campo magnético

  Os campos magnéticos são visualizados por linhas campo, que com auxilio da bússola percebemos que elas se orientam do polo norte ao polo sul. A representação do campo magnético em cada ponto é feita pelo vetor de indução magnética B, sua direção é tangente as linhas de campo.

Importância do campo magnético terrestre

    O sol emite milhões de partículas por segundo para todo espaço, essas algumas dessas partículas atingem a Terra e seus efeitos são danosos ao ser humano. Mas esses efeitos são minimizados pelo campo magnético terrestre que interagem com as radiações eletromagnéticas freando ou desviando de sua trajetória inicial.

      Essa interação também provoca efeito luminosos no céu, esses efeitos são conhecidos como auroras.

Propriedades magnéticas da matéria

       Ao aproximar um imã de um prego de aço você perceberá que o prego passará a atrair outros objetos. Mas isso acontece apenas com alguns materiais. Podemos classifica-los como:

—Ferromagnéticos são materiais fortemente atraídos pelos imãs, como o ferro.

         Paramagnéticos são materiais que que possuem elétrons que se alinham na presença de um campo magnético, provocando um leve aumento na intensidade do campo magnético. Esses materiais são levemente atraídos.  Exemplo alumínio.

        Diamagnéticos  são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido do campo magnético aplicado. O que provoca uma pequena repulsão com o imã. Exemplo ouro e prata.

Exercícios

1- (UFPA-PA) A Terra é considerada um imã gigantesco, que tem as seguintes características:

a) O pólo Norte geográfico está exatamente sobre o pólo sul magnético, e o Sul geográfico está na mesma posição que o norte magnético.
b) O pólo Norte geográfico está exatamente sobre o pólo norte magnético, e o Sul geográfico está na mesma posição que o sul magnético.
c) O pólo norte magnético está próximo do pólo Sul geográfico, e o pólo sul magnético está próximo do pólo Norte geográfico.
d) O pólo norte magnético está próximo do pólo Norte geográfico, e o pólo sul magnético está próximo do pólo Sul geográfico.
e) O pólo Norte geográfico está defasado de um ângulo de 45º do pólo sul magnético, e o pólo Sul geográfico está defasado de 45º do pólo norte magnético.

2- Na figura, um imã natural, cujos pólos magnéticos norte, N, e sul, S, estão representados, equilibra dois pregos 1 e 2. Os pontos A e B pertencem a 1 e os pontos C e D pertencem a 2.

a) B e C são pólos norte         

b) A é um pólo norte e D um pólo sul         

c) A e D são pólos sul          

d) A é um pólo sul e B um pólo norte         

e) B é um pólo sul e D um pólo norte

3- (FUVEST-SP) A figura I adiante representa um imã permanente em forma de barra, onde N e S indicam, respectivamente, pólos

norte e sul. Suponha que a barra seja dividida em três pedaços, como mostra a figura II. Colocando lado a lado os dois pedaços extremos, como indicado na figura III, é correto afirmar que eles:

a) se atrairão, pois A é pólo norte e B é pólo sul.                  

b) se atrairão, pois A é pólo sul e B é pólo norte.

c)não serão atraídos nem repelidos.                                     

d) se repelirão, pois A é pólo norte e B é pólo sul.

e) se repelirão, pois A é pólo sul e B é pólo norte.

4- (UEL-PR) A agulha de uma bússola assume a posição indicada na figura a seguir quando colocada numa região onde existe, além do campo magnético terrestre, um campo magnético uniforme e horizontal.

Considerando a posição das linhas de campo uniforme, desenhadas na figura, o vetor campo magnético terrestre na região pode ser indicado pelo vetor:

5- (MACKENZIE-SP) As linhas de indução de um campo magnético são:

a) o lugar geométrico dos pontos, onde a intensidade do campo magnético é constante

b) as trajetórias descritas por cargas elétricas num campo magnético

c) aquelas que em cada ponto tangenciam o vetor indução magnética, orientadas no seu sentido

d) aquelas que partem do pólo norte de um ímã e vão até o infinito

e) nenhuma das anteriores é correta

Gabarito

1 - C ;  2 - B ; 3 - E ; 4 - E ; 5 - C

Simulado de Eletrodinâmica

1- (UEPG PR) A respeito da resistência elétrica apresentada pelos condutores e de resistores elétricos, assinale o que for correto.

01. Resistor é um dispositivo elétrico especialmente construído para impedir a passagem da corrente elétrica.

02. Dobrando o comprimento de um condutor e mantendo a sua área de secção transversal, sua resistência dobra, porém sua resistividade se reduz à metade.

04. Lâmpadas ligadas em série tem suas intensidades luminosas reduzidas à medida que no circuito se acrescentam novas lâmpadas.

08. A resistência elétrica de um condutor depende de suas dimensões, da sua condutividade e da sua temperatura.

2- (UFPE) O circuito abaixo consiste de uma bateria, três resistores iguais e o amperímetro A. Cada resistor do ramo acb do circuito dissipa 1,0 W quando a corrente indicada pelo amperímetro é igual a 0,6 A. Determine a diferença de potencial entre os pontos a e b, em volts.

3- (UDESC- SC) A tabela a seguir fornece os comprimentos, as áreas da seção transversal e as resistividades para fios de cinco materiais diferentes. A resistência desses fios não depende da tensão aplicada.

A partir desses dados, indique a alternativa que contém o fio referente ao material que transforma mais energia por unidade de tempo quando todos estão individualmente submetidos à mesma diferença de potencial em suas extremidades.

a) C           b) B                c) A              d)D            e) E

4- (FEI-SP) A curva característica de um resistor é mostrada abaixo. Qual é a resistência R do resistor em Ω?

            Adote g = 10 m/s2

a) 80

b) 40

c) 20

d) 10

e) 5

5- (PUC- RJ)Calcule a resistência do circuito formado por 10 resistores de 10 kΩ, colocados todos em paralelo entre si, e em série com 2 resistores de 2 kΩ, colocados em paralelo.

a) 1 kΩ

b) 2 kΩ

c) 5 kΩ

d) 7 kΩ

e) 9 kΩ

6-( MACK-SP) As três lâmpadas, L1, L2 e L3, ilustradas na figura abaixo, são idênticas e apresentam as seguintes informações nominais: 0,5 W ⎯ 6,0 V. Se a diferença de potencial elétrico entre os terminais A e B for 12 V, para que essas lâmpadas possam ser associadas de acordo com a figura e “operando” segundo suas especificações de fábrica, pode-se associar a elas o resistor de resistência elétrica R igual a

a) 6 Ω

b) 12 Ω

c) 18 Ω

d) 24 Ω

e) 30 Ω

7- (ENEM-2012) Para ligar ou desligar uma mesma lâmpada a partir de dois interruptores, conectam-se os interruptores para que a mudança de posição de um deles faça ligar ou desligar a lâmpada, não importando qual a posição do outro. Esta ligação é conhecida como interruptores paralelos. Este interruptor é uma chave de duas posições constituída por um pólo e dois terminais, conforme mostrado nas figuras de um mesmo interruptor. Na Posição I a chave conecta o pólo ao terminal superior, e na Posição II a chave o conecta ao terminal inferior

O circuito que cumpre a finalidade de funcionamento descrita no texto é:

8- (ENEM-2012)A eficiência das lâmpadas pode ser comparada utilizando a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz produzida e o consumo. A quantidade de luz é medida pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen(Im).

O consumo está relacionado à potência elétrica da lâmpada que é medida em watt(W). Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 40 W emite cerca de 600 Im, enquanto uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3000 Im.

Disponível em: http://tecnologia.terra.com.br.Acesso em :29 fev.2012(adaptado)

A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é
a) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W,
b) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que produz menor quantidade de luz.
c) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz a mesma quantidade de luz.
d) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, pois maior quantidade de energia.
e) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que consome a mesma quantidade de energia.

9- (PUC – RJ)No circuito apresentado na figura, onde V = 12 V, R1 = 5 Ω, R2 = 2 Ω, R3 = 2 Ω, podemos dizer que a corrente medida pelo amperímetro A colocado no circuito é:

a) 1A

b) 2A

c) 3A

d) 4A

e) 5A

  

10- (PUC-RIO 2007) Ao aplicarmos uma diferença de potencial de 9,0 V em um resistor de 3,0 Ω, podemos dizer que a corrente elétrica fluindo pelo resistor e a potência dissipada, respectivamente, são:

a) 1A e 9W

b) 2A e 18W

c) 3A e 27W

d) 4A e 36W

e) 5A e 45W

11- (UFMG 2010) Um professor pediu a seus alunos que ligassem uma lâmpada a uma pilha com um pedaço de fio de cobre. Nestas figuras, estão representadas as montagens feitas por quatro estudantes:

Considerando-se essas quatro ligações, é CORRETO afirmar que a lâmpada vai acender apenas:

  A)   na montagem de Mateus 

  B)   na montagem de Pedro.

  C)  nas montagens de João e Pedro.

  D)  nas montagens de Carlos, João e Pedro.

12- (U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a:

a)0,08
b)0,20
c)5,00
d)7,20
e)12,0

13- (U.E. Maranhão)Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga elementar é |e| = 1,6.10^-19 C. Determine o tipo e o número de partículas carregadas que atravessam uma secção transversal desse condutor, por segundo, e marque a opção correta:

a) Elétrons; 4,0.10¹⁹   partículas
b) Elétrons; 5,0.10¹⁹   partículas
c) Prótons; 4,0.10¹⁹   partículas
d) Prótons; 5,0.10¹⁹   partículas
e) Prótons num sentido e elétrons no outro; 5,0.10¹⁹   partículas

14-(PUC-SP) Cinco geradores, cada um de f.e.m. igual a 4,5V e corrente de curto-circuito igual a 0,5A, são associados em paralelo. A f.e.m. e a resistência interna do gerador equivalente têm valores respectivamente iguais a:

a) 4,5V e 9,0Ω
b) 22,5V e 9,0 Ω
c) 4,5V e 1,8 Ω
d) 0,9V e 9,0 Ω
e) 0,9V e 1,8 Ω

15- (U.F.S.CARLOS) Três baterias idênticas são ligadas em paralelo, como na figura a seguir. A forca eletromotriz de cada bateria é E, com resistência interna igual a r.

A bateria equivalente dessa associação tem força eletromotriz e resistência interna, respectivamente iguais a:

a) 3E e r
b) E e r/3
c) E/3 e r
d) E/3 e r/3
e) 3E e r/3

Geradores elétricos

  Os geradores elétricos são dispositivos que transformam outros tipos de energia em energia elétrica, ao contrario que se imagina os geradores não criam cargas elétricas.

  Um gerador elétrico possui dois polos, sendo um positivo e outro negativo, gerando uma diferença de potencial (d.d.p).

  Um gerado elétrico real possui em seu interior uma pequena resistência. Para representa-lo usamos o seguinte símbolo: 

Onde:

E é a força eletromotriz do gerador

r é a resistência interna do gerador

  A força eletromotriz do gerador (fem) está relacionada ao trabalho realizado pelo gerador para fazer um elétron percorrer o circuito. Assim podemos descrever a fem matematicamente da seguinte forma:

E = Τ/∆Q

Onde:

E é a força eletromotriz

T é o trabalho realizado pela a força elétrica

∆Q é a quantidade de carga transportada

EQUAÇÃO DO GERADOR

Calculamos a tensão do gerador como (fem) menos a tensão dissipada pela resistência interna.

U = E - ri

Onde:

U é a tensão elétrica

E é a força eletromotriz ( fem)

r é resistência interna do gerador

i é a corrente elétrica do gerador

Potência do gerador

   Podemos distinguir o gerador apresentado três potências, potência útil (Pu) que realmente é convertido em energia elétrica, potência total (Pt) que é a energia total do gerador e a potência dissipada (Pd) que são as perdas durante o processo de geração de energia.

Calculamos potência total como:

Pt = E.i

Onde:

Pt é potência total

E é a força eletromotriz

i é a corrente do gerado

 Pd = r.i.i

Onde:

Pd potência dissipada

r resistência interna do gerador

i é a corrente interna do gerado

Pu = Pt - Pd

Pu = Ei - Ri.i

Pu = (E - Ri).i, como U = E - Ri

Logo, Pu = Ui

Rendimento do gerador

Logo podemos calcular o rendimento do gerado como a relação entre a potência útil e a potência total.

Onde:

n é o rendimento do gerador

U potência útil

E potência eletromotriz

Lei de Pouillet

Pouillet verificou que a diferença de potencial nos polos do terminal do gerador é a mesma que nos terminais do resistor, logo:

UAB = E – ri, como UAB = Ri

Então:

E – ri = Ri

Logo

E = (R + r)i

Essa relação ficou conhecido como lei de Pouillet.

Ex. No circuito abaixo, um gerador de f.e.m. 8V, com resistência interna de 1Ω, está ligado a um resistor de 3 Ω.

Determine:

a)    a ddp entre os terminais A e B do gerador.

8= ( 3 + 1). i => i = 8/4 => i =2A

U= E- ri => U = 8 - 1.2 => U = 8-2

U= 6V

b)   O rendimento do gerador

n = U/E => n = 6/8

n= 0,75