Eletromagnetismo
Definição
Imãs permanentes produzem um campo magnético estático e, às vezes, muito forte. Contudo, em algumas aplicações a força deste campo magnético ainda é muito fraca. Desta forma, precisamos ser capazes de controlar a quantidade de fluxo magnético. Então, para produzir um campo magnético muito mais forte e mais controlável, precisamos usar eletricidade. Ou seja, desta maneira, estaremos gerando um Campo Eletromagnético.
Ao usar bobinas dispostas em torno de um material magnético, como um núcleo de ferro, podemos produzir eletroímãs muito fortes. Esse uso de bobinas de fio produz uma relação entre eletricidade e magnetismo que nos dá outra forma de magnetismo chamada eletromagnetismo .
Geração do Campo Eletromagnético
O eletromagnetismo é produzido quando uma corrente elétrica flui através de um condutor. Enquanto que a corrente passa ao longo de todo o condutor, um campo magnético é criado. O campo eletromagnético criado em torno do condutor tem uma direção definida com os pólos “Norte” e “Sul”. Sendo determinados pela direção que a corrente elétrica flui através do condutor.
Portanto, é necessário estabelecer uma relação entre a corrente que flui através do condutor e o campo magnético resultante produzido ao redor deste fluxo de corrente, permitindo-nos definir a relação que existe entre a eletricidade e o magnetismo na forma de eletromagnetismo .
Linhas do Campo Eletromagnético
Estabelecemos que, quando uma corrente elétrica flui através de um condutor, um campo eletromagnético é produzido em torno dele. Por fim, serão formadas linhas magnéticas de fluxo que não se cruzam, dispostas ao redor de todo o comprimento do condutor.
A direção deste campo magnético é governada pela direção da corrente que flui através do condutor. Da mesma forma, o campo magnético produzido será mais forte próximo ao centro do condutor de corrente. Isso ocorre porque o comprimento do caminho dos laços é maior quanto maior o afastamento do condutor, resultando em linhas de fluxo mais fracas, conforme mostrado abaixo.
Uma maneira simples de determinar a direção do campo magnético ao redor do condutor é considerar um parafuso comum. Quando o parafuso entra, a ação rotacional é no sentido horário. Por exemplo, se o parafuso for do tipo philips, a cruz na cabeça será visível. De tal forma que a cruz será usada para indicar que a corrente “entra” na superfície.
Da mesma forma, a ação de remover o parafuso é o inverso, no sentido anti-horário. Quando a corrente entra pela superfície, a parte visível é a ponta do parafuso. Analogamente, e é este ponto que é usado para indicar a saída de corrente.
Regra da Mão Direita
A ação física de parafusar indica a direção da corrente no condutor e, portanto, a direção de rotação do campo eletromagnético ao seu redor, como mostrado abaixo. Este conceito é conhecido geralmente como a regra da mão direita .
Um campo magnético implica a existência de dois pólos, um norte e um sul. A polaridade de um condutor de corrente pode ser estabelecida desenhando as letras N e S.
Outro conceito mais familiar que determina tanto a direção do fluxo de corrente quanto a direção resultante do fluxo magnético ao redor do condutor é chamada de “Regra da Mão Esquerda” .
Regra da Mão Esquerda
A direção reconhecida de um campo magnético é do seu pólo norte ao seu pólo sul. Essa direção pode ser deduzida segurando o condutor de corrente em sua mão esquerda com o polegar estendido apontando na direção real da corrente (negativo para positivo). Os dedos ao redor do condutor apontarão na direção das linhas magnéticas de força geradas.
Se a direção dos elétrons for invertida, a mão esquerda precisará ser colocada no outro lado do condutor. Desta vez com o polegar apontando na nova direção do fluxo de corrente. Além disso, à medida que a corrente é invertida, a direção do campo magnético produzido ao redor do condutor também será invertida. Visto que a direção do campo magnético depende da direção do fluxo de corrente.
Esta “Regra da Mão Esquerda” também pode ser usada para determinar a direção magnética dos pólos em uma bobina eletromagnética. Desta vez, os dedos apontam na direção do fluxo de elétrons de negativo para positivo, enquanto o polegar estendido indica a direção do pólo norte.
Exemplo do Campo Eletromagnético em uma Espira
Considere quando um único pedaço de arame reto é dobrado na forma de uma única espira, como mostrado abaixo. Embora a corrente elétrica esteja fluindo na mesma direção através de todo o comprimento do fio condutor, ela estará fluindo em direções opostas através da superfície. Isso ocorre porque a corrente sai da superfície de um lado e entra no outro. Portanto, um campo no sentido horário e um campo no sentido anti-horário são produzidos próximos um ao outro.
O espaço resultante entre esses dois condutores concentra as linhas de força e o campo magnético. Ou seja, de tal maneira que elas assumem a forma de um ímã de barra gerando um pólo norte e sul distintos no ponto de intersecção.
Linhas de Força ao redor do Loop
A corrente que flui através dos dois condutores paralelos do loop está em direções opostas. A corrente através do loop sai do lado esquerdo e retorna do lado direito. Isso faz com que o campo magnético em torno de cada condutor dentro do circuito esteja na mesma direção.
Concentrando as Linhas de Campo
No entanto, como os condutores não podem se mover, os dois campos magnéticos se ajudam mutuamente. Dessa forma, é gerado um pólo norte e um pólo sul ao longo dessa linha de interação. Isso resulta no campo magnético sendo mais forte no meio entre os dois condutores. A intensidade do campo magnético ao redor do condutor é proporcional à distância do condutor e à quantidade de corrente que passa por ele. Todavia, o campo magnético gerado é muito fraco, mesmo com uma alta corrente passando através dele. No entanto, com várias espiras enroladas juntas ao longo do mesmo eixo, o campo magnético resultante será concentrado. Consequentemente mais forte do que o de apenas um único laço. Isso produz uma bobina eletromagnética mais comumente chamada de solenóide.
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