MEDEA 13
Introdução
Os fenómenos elétricos e magnéticos são de facto difíceis de explicar e mais difíceis ainda de compreender. No entanto, mesmo que não os compreendamos, estamos rodeados por eles: eletrodomésticos, cabos de eletricidade, motores, o aparelho onde estás a ler isto, as bússolas e até mesmo a luz irradiada pelo sol têm por base os conceitos de magnetismo e campos elétricos, e a relação que estabelecem entre eles.
Campos Magnéticos
Todos nós já “brincamos” em algum momento da nossa vida com uma bússola. O funcionamento desta tem por base um ponteiro magnetizado, ou seja, que tem tendência a orientar-se conforme o campo magnético naquela região do espaço. Caso não haja interferências, o íman irá apontar para aquilo a que chamamos norte magnético da terra, isto porque, embora tenha um campo magnético de baixa intensidade, a terra funciona como um íman gigante, criando campos magnéticos.
O campo magnético é uma grandeza vetorial, simbolizada por B e cuja unidade S.I. é o Tesla, T.
Um campo magnético pode ser criado por:
- um íman
- ou por corrente elétrica
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Campo Magnético Criado Por Ímanes
Os ímanes criam à sua volta um campo magnético.
A distribuição da limalha de ferro à volta do íman chama-se espetro magnético.
A limalha de ferro alinha-se segundo a direção do campo magnético, como pequenas agulhas magnéticas.
* Experiência realizada em contexto de sala de aula
Características das Linhas de Campo Magnético
- Saem do pólo norte e dirigem-se para o pólo sul
- São fechadas
- Nunca se cruzam
- O vetor campo magnético, 𝑩 é tangente em cada ponto à linha que passa nesse ponto
- O vetor campo magnético num ponto tem o sentido da linha de campo que passa nesse ponto
- Quanto maior for a densidade das linhas de campo, mais intenso é o campo magnético.
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Campo Magnético Uniforme
Linhas de campo magnético paralelas e equidistantes traduzem um campo magnético uniforme, estas podem se formar:
- entre os polos de um íman em forma de C
- na zona central de um íman em forma U
Campo Magnético Criado Por Corrente Elétrica
Um campo magnético é criado por ímanes, mas pode também ser criado por correntes elétricas.
Foi Oersted após conduzir uma série de experiências que estabeleceu, pela primeira vez, uma ligação direta entre magnetismo e eletricidade.
* Experiência realizada em contexto de sala de aula
Neste caso, o desvio da bússola é explicado se estiver presente um campo magnético, levando o a concluiu que uma corrente elétrica produz um campo magnético.
Campo magnético criado por uma corrente elétrica:
- numa espira circular
- num fio filiforme
- e num solenoide
Fio Filiforme
Espira Circular
Solenoide
Dentro do Solenoide - Campo Magnético Uniforme
Campos Elétricos
O campo elétrico é uma grandeza vetorial, representada por E, cuja unidade S.I. é o V/m (volt por metro) ou o N/C (Newton por Coulomb).
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Um campo elétrico tem origem em cargas elétricas.
O campo elétrico é uma zona do espaço onde se manifestam forças de interação elétricas.
É uma grandeza vetorial, 𝑬 , que se manifesta através da força exercida sobre cargas elétricas.
Unidade SI: Vm-1 (volt/metro)
O campo elétrico (𝑬 ) criado por uma carga pontual em repouso num determinado ponto do espaço, é igual a força elétrica (𝑭 𝒆) por unidade de carga elétrica, que atua numa carga de prova (𝒒𝟎) pontual:
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O Campo Elétrico pode ser criado por:
- Uma Carga Pontual
- Várias Cargas
- Condensador Plano
Carga Pontual
O Campo Elétrico (𝑬 ) criado por uma partícula carregada Q:
- 𝑬 tem a direção da linha que une o ponto à carga Q.
- O sentido 𝑬 aponta para a carga se Q < 0 e em sentido contrário se Q > 0 ( + → - )
- A sua intensidade será tanto maior quanto maior for a carga criadora Q.
-A sua intensidade será tanto maior quanto menor for a distância do ponto à carga Q.
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Várias Cargas
Caso exista mais do que uma carga pontual a criar um campo elétrico, este será a sobreposição dos campos produzidos por cada uma das cargas e as linhas de campo podem tomar formas diversas.
Condensador Plano
As linhas de campo elétrico têm sentido da placa positiva para a placa negativa.
No interior das placas, as linhas de campo são paralelas e igualmente espaçadas, campo elétrico uniforme
Relação Entre Campos Elétricos e Magnéticos
Embora pareçam ser grandezas físicas sem qualquer relação, campos elétrico e campos magnéticos estabelecem uma relação estrita.
Foi precisamente esta a descoberta de Hans Oersted, na primeira metade do século XIX. Oersted verificou que um fio atravessado por uma corrente elétrica gera um campo magnético ao seu redor.
*Inserir Vídeo Experiência*
Anos mais tarde, Michael Faraday verificou exatamente o contrário: ao fazer variar o fluxo de campo magnético (produto da intensidade do campo magnético pela área da superfície que atravessa e pelo cosseno do ângulo que faz com a perpendicular da superfície), gera uma determinada força eletromotriz, ou seja, corrente elétrica.
*Inserir Vídeo Experiência*
Para complementar esta relação, existem ainda ondas eletromagnéticas, que consistem na oscilação duma carga elétrica que gera campos elétricos e magnéticos variáveis, perpendiculares entre si e à direção de propagação da onda.
Exemplos de ondas eletromagnéticas são a luz visível, as micro-ondas (utilizadas pelo eletrodoméstico com o mesmo nome), raios X (utilizados na medicina), etc.
Foi James Maxwell que, em 1865, descobriu 4 equações que descrevem os fenómenos de eletromagnetismo (as famosas 4 equações de Maxwell).
Produção e Transporte de Corrente Elétrica Alternada
A descoberta da indução eletromagnética por Faraday, permitiu a produção de eletricidade em grande escala nas centrais elétricas.
Nestas é produzida corrente elétrica alternada com base na indução eletromagnética.
A corrente elétrica que utilizamos diariamente nas habitações é corrente alternada, que é produzida em centrais de produção de energia elétrica com recurso a geradores de corrente alternada, que transformam energia mecânica em energia elétrica.
As centrais elétricas, qualquer que seja a fonte de energia que utilizam, têm duas partes essenciais:
- as turbinas
- e o gerador
As turbinas provocam o movimento necessário para haver indução eletromagnética.
O gerador é constituído por bobinas rodeadas de ímanes. O movimento relativo entre os ímanes e as bobinas origina nestas um fluxo variável de campo magnético, o que induz uma corrente elétrica.
Transformadores
Após o transporte de energia, a tensão é reduzida em sucessivas subestações e postos de transformação, até ser entregue nos locais de consumo com recurso a transformadores.
Nas subestações a corrente é transformada de alta tensão em média tensão. Seguidamente nos postos de transformação a média tensão é transformada em baixa tensão.
Um transformador é constituído por duas bobinas, geralmente designadas por enrolamentos (primário e secundário), com diferente número de espiras.
Postes de Alta Tensão
Posto de Transformação
Sub-Estação de Almeirim
Transformação de Alta Tensão (60kV) em Média Tensão (30kV)
Valores e Limites Recomendados OMS
A exposição a campos elétricos e magnéticos sempre se fez sentir no planeta terra, decorrente não só da atividade solar, mas também das descargas elétricas e relâmpagos ocorridas durante as tempestades.
Com o avanço tecnológico, porém, foram surgindo fontes artificiais campos magnéticos e elétricos, sendo as mais comuns as que resultam da utilização das linhas de transporte de energia, dos equipamentos domésticos, das estações de radiocomunicações, dos sistemas de transmissão de rádio, da luz visível e dos raios x.
Após consulta do site da OMS e das recomendações emanadas pela ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) constatamos que 100 μT será o valor de referência legal, admitido para a exposição a campos magnéticos. (Portaria 1421/2004)
