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ANO DO VESTIBULARQUESTÕES DE
ELETROMAGNETISMO/MAGNETISMO
2014 4/1
2013 4/1
2012 2/1
2011 2/1
2010 3/1
• Até 1820, eletricidade e magnetismo eram duas áreassem qualquer relação entre si.
• Nosso objetivo é entender o magnetismo e osfenômenos magnéticos, a relação entre o magnetismo ea eletricidade, que deu origem ao eletromagnetismo,bem como ondas eletromagnéticas.
Oersted, 1820Faraday, 1831
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As primeiras observações de fenômenos magnéticos foram realizadas pelos gregos na cidade de Magnésia, parte da
atual Turquia, já em 550 AC.
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Verificou-se que um certo tipo de pedra atraía pedaços de ferro. Essa pedra é conhecida, atualmente, por ímã
natural.
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Ímãs, também chamados magnetos, são corpos capazes de atrair pedaços de ferro e algumas de suas ligas.
Rigorosamente falando, são objetos que provocam um campo magnético à sua volta.
Os ímãs, nos seus diversos formatos, podem ser classificados em naturais ou artificiais.
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Ímãs naturais são minerais com propriedades magnéticas,como a magnetita, que é formada por 69% de FeO (óxidode ferro II ou óxido ferroso) e 31% de Fe2O3 (óxido de ferroIII ou óxido férrico), e cuja fórmula química é Fe3O4.Apresenta forma isométrica, geralmente octaédrica.
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2FeO + 2Fe2O3 = 2Fe3O4
• Alnico (1930): Fe, Al, Ni, Co. Funcionam a altastemperaturas (500°C a 550°C) e são resistentes àcorrosão. Um ímã de Alnico é capaz de levantar mais de1000 vezes seu próprio peso.
• Ferrite (1950): Resistente à corrosão, sais lubrificantes egases. Usado em alto-falantes.
• Samário–cobalto (1960): Caro e frágil. É funcional atemperaturas de até 250°C. Utilizado em micromotores.
• Neodímio–ferro–boro (1980): São os mais modernospois possuem as melhores propriedades magnéticas.São utilizados em alto-falantes, equipamentos elétricose brindes.
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Ímãs artificiais são corpos que adquiriram propriedades magnéticas após submetidos a um intenso campo
magnético. Isso pode acontecer por atrito ou contatocom um ímã natural, ou pela ação de correntes elétricas.
TIPOS DE IMÃS
NATURAL
MAGNETITA
ARTIFICIAL
CONTATO ATRITOCORRENTEELÉTRICA
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Quando os elétrons livres de um átomo se movimentam, eles criam uma pequena corrente elétrica, dando origem a
um campo magnético. Podemos dizer que cada átomo equivale a um pequeno ímã, chamado ímã elementar.
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Os ímãs elementares de um objeto de metal não magnetizado estão orientados aleatoriamente, e os
campos por eles criados acabam anulando-se, resultando em um material sem efeitos magnéticos.
Ímãs elementares desorientados
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Ao colocarmos o objeto metálico dentro de um campo magnético, haverá orientação dos seus imãs elementares e ele passa a apresentar efeitos magnéticos. Dizemos que o
objeto está imantado ou magnetizado.
Ímãs elementares orientados
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Ao encostarmos um corpo magnetizado em uma barra de ferro, há imantação por contato e a barra passa a ter
propriedades magnéticas.
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Ao atritarmos um corpo magnetizado com uma barra de ferro, há imantação por atrito e a barra permanecerá
magnetizada por algum tempo.
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Na imantação por corrente elétrica cria-se campo magnético através de uma corrente
elétrica. Normalmente há uma bobina oca, e coloca-se o objeto a ser magnetizado no
interior dessa bobina.
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O dispositivo que utiliza corrente elétrica para criar campo magnético é chamado de eletroímã. Sua imantação pode ser aumentada ou diminuída facilmente, basta aumentar
ou diminuir a intensidade da corrente elétrica.
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A polaridade de um eletroímã pode ser facilmente invertida, basta inverter o sentido da corrente elétrica.
N S S N
i i
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Para melhor entender a polaridade dos ímãs, vamos conceituar polos magnéticos e suas propriedades.
Pedaços de ferro são atraídos com maior intensidade por duas certas partes do ímã, chamadas de polos
magnéticos do ímã. Um deles é chamado de polo norte magnético e outro chamado de polo sul magnético.
O ímã em forma de barra possui seus polos situados nas extremidades.
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Ímãs suspensos tendem a se orientar ao longo da mesma direção. Por definição, polo norte magnético de um ímã é a extremidade que aponta para o norte geográfico da
Terra e polo sul magnético é a que aponta para o sul geográfico da Terra.
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Verifica-se que polos de mesmo nome se repelem e polos de nomes contrários se atraem.
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É impossível separar os polos de um ímã. Ao partir um ímã, há criação de novos polos. Em outras palavras, não
existem monopolos magnéticos na natureza.
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Quando duas cargas estão em movimento, além da força
eletrostática manifesta-se uma outra força, chamada força
magnética.
Todos os fenômenos magnéticos são explicados através dessa
força entre cargas em movimento.
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Vamos definir o campo magnético como a região do espaço em torno uma carga em movimento.
O campo criado atuará sobre outra carga em movimento,
produzindo a força magnética.Os elétrons em movimento ao redor do núcleo de um átomo
produzem um campo magnético, que dá origem ao
ímã elementar.
O campo magnético é detectado pela força que exerce sobre outros materiais magnéticos e cargas elétricas em
movimento.
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Observa-se que limalhas de ferro se dispõem ao longo de linhas quando presentes em um campo magnético,
chamadas linhas de indução magnética.
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• As linhas de indução são sempre fechadas, ou seja, começam num ponto e voltam a esse mesmo ponto.
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Isso não acontece no caso elétrico. As linhas divergem da carga positiva e convergem para a negativa.
• As linhas de indução magnética saem e entram perpendicularmente à superfície dos polos.
• A concentração de linhas é maior nos polos, e quanto maior a concentração de linhas maior é a intensidade do campo magnético.
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Campo magnético intenso
Campo magnético menos intenso
Solução:
b) O norte geográfico atrai o polonorte da bússola, e portanto A é opolo norte e B é o polo sul.
a) O Sol nasce no leste. Então P éleste e Q é oeste, e portanto Mindica o norte geográfico.
Sabendo-se que o Sol mostrado na figuraabaixo está nascendo, responda:a) Dos pontos M, P, Q e R, qual deles indica
o sentido do norte geográfico da Terra?b) Observe os pontos A e B indicados na
bússola e diga qual deles é o polo nortemagnético e qual é o polo sul magnéticoda agulha magnética.
Solução:
3) Aproximar a extremidade da barra 1 no ponto médio da barra 2. Sehouver forte atração, a barra 1 é o ímã. Caso haja atração fraca (ou nula) outendência à atração pelas extremidades da barra 2, então a barra 2 é o ímã(no caso, aproximamos o ferro não imantado da linha neutra do ímã).
1) Aproximar limalhas de ferro. A barra que atrair as limalhas é o ímã.
2) Pendurar as barras, em pelo menos duas direções diferentes, de modoque possam girar livremente. A barra que se orientar (na direção norte-sul)é o ímã.
Suponha que uma pessoa tenha em mãos duas barrasde ferro idênticas, sendo umas delas um ímã e a outraum pedaço de ferro não imantado. Entretanto, a pessoanão sabe qual das duas barras é o ímã. Descreva duasmaneiras pelas quais ela poderá esclarecer sua dúvida.
Solução:
Se A é sul e A repele B, então B é um polo sul.
Se D é norte e C repele D, então C também é norte.
Se C é norte e A atrai C, então A é sul.
Suponha que você possua alguns ímãs nos quaisassinalou quatro polos magnéticos com as letras A, B,C e D. Você verifica que o polo A repele o polo B, que opolo A atrai o polo C e que o polo C repele o polo D.Sabendo que D é um polo norte magnético, você podeconcluir que B é um polo norte ou um sul magnético?
Solução:
b) O valor de x é maior que zero se for colocada uma carga positiva pois aslinhas de força elétrica divergem da carga positiva (saem da superfície).Analogamente, x é negativo se for colocada uma carga negativa pois aslinhas convergem (entram na superfície).
a) As linhas de força magnética são fechadas, e portanto todas as linhasque saem da superfície entram nela novamente, e o valor de x é zero paraqualquer superfície fechada. Nada se poderia afirmar se a superfície nãofosse fechada.
Suponha que um ímã é colocado dentro de uma superfície fechada. Seja x o número delinhas de força que saem da superfície menos o número de linhas que entram nasuperfície.a) Qual o valor de x se a superfície for esférica? E se a superfície for cúbica?b) O que se pode afirmar sobre o valor de x se for colocada dentro da superfície fechada
uma carga positiva? E uma carga negativa?A quantidade x está relacionada com o fluxo do campo (elétrico ou magnético) atravésda superfície, que será estudado em breve.
