MAGNETISMO

O magnetismo é a parte da Física que estuda os materiais magnéticos. Vamos estudar a origem da palavra magnetismo, um pouco da história do magnetismo e falar sobre o magnetismo terrestre.

A palavra magnetismo tem origem na Grécia antiga. Em uma cidade chamada Magnésia foi observado um minério com a propriedade de atrair objetos de ferro. A este minério foi dado o nome de magnetita.

Assim como a eletricidade, o magnetismo foi enunciado pela primeira vez no século VI a.C. por Tales de Mileto. Para Tales, a magnetita podia comunicar sua vida ao ferro, já que está, como o âmbar, possuía uma alma. Após isso, só tivemos grandes mudanças com Pierre de Maricourt que fez experiências para estudar o magnetismo em 1269. Com estas experiências ele descobriu que:

1) aproximando dois imãs pelos seus pólos de mesmo nome, eles se repelem.

2) aproximando dois imãs pelos seus pólos opostos, eles se atraem.

3) um imã partido mantém a polaridade do imã que o originou.

4) da divisão de um imã surge outros dois, ou mais imãs, por menor que eles sejam.

Em 1600, William Gilbert publicou “De magnete”.Neste trabalho Gilbert explicou as propriedades do imã e do magnetismo. Também explicou o campo magnético terrestre, dizendo que a Terra era um grande imã e que seus pólos magnéticos se aproximavam aos pólos de seu eixo de rotação.

A baixo uma ilustração do amigo Tainan Rocha sobre o tema.

É importante saber que, da mesma maneira que existe um campo elétrico ao redor de um corpo carregado eletricamente, existe um campo magnético na região onde se encontra um imã. Já que nosso planeta apresenta um comportamento magnético, como se fosse um imã, ao redor dele existe um campo magnético. É este campo magnético que atua sobre a agulha magnética da bússola.

Sabemos hoje que o pólo norte magnético da Terra está próximo do pólo sul geográfico e, assim sendo, o pólo sul magnético está próximo ao pólo norte geográfico. Portanto, o pólo norte magnético da bússola aponta para o sul magnético terrestre e norte geográfico da terrestre. Por sua vez, o pólo sul magnético da bússola aponta para o norte magnético terrestre e sul geográfico terrestre.

Vários foram os cientistas que colaboraram para avanço nas teorias do magnetismo, entre eles podemos destacar Hans

Christian Orsted e Michal Faraday. Mas, a grande transformação do magnetismo foi realizada pelo matemático James Clerk

Maxwell que, com suas equações, conseguiu unificar a eletricidade e o magnetismo dando origem ao eletromagnetismo.

Indução eletromagnética

Neste texto entenderemos o conceito de indução eletromagnética e veremos mais uma parte da evolução do eletromagnetismo.

Vimos no texto sobre magnetismo que vários cientistas colaboram com trabalhos nesta área. Em 1820 o físico dinamarquês

Hans Oersted (1777-1851) descobriu que a agulha magnética de uma bússola era defletida por uma corrente elétrica. Outros experimentos mostraram que a corrente elétrica poderia gerar um campo magnético.

Até esta época a maneira conhecida de gerar corrente elétrica era através das pilhas voltaicas. A idéia de gerar energia elétrica através do magnetismo levou vários físicos a estudarem a possibilidade de inverter os efeitos obtidos nas experiências de Oerster.

Michael Faraday (1791 – 1867) acreditava que a eletricidade, o magnetismo e a gravidade poderiam ser fenômenos descritos em uma única teoria. Após vários estudos, em 1831, Faraday provou que a eletricidade e o magnetismo estavam ligados.

Enrolando dois fios em lados opostos de um anel metálico, com um dos fios ligado a uma bateria e outro a um medidor de corrente, Faraday demonstrou que a variação de um campo magnético gera corrente elétrica. O desenho abaixo mostra o esquema da experiência de Faraday.

O fenômeno observado nesta experiência é chamado de indução eletromagnética e serviu como base para a teoria eletromagnética que foi desenvolvida posteriormente. Esta descoberta revolucionou a indústria e mudou o mundo. Até hoje utilizamos este conhecimento para gerar energia elétrica em usinas hidroelétricas e em vários aparelhos que contém um dínamo.

O dínamo é constituído por um imã fixo em um eixo móvel, ao redor deste eixo existe uma bobina (fio condutor enrolado, constituindo um conjunto de espiras). Não existe contato físico entre o imã e a bobina. O imã gira com a bobina ao seu redor. Este movimento gera a variação do campo magnético do imã, surgindo então, uma corrente elétrica no conjunto de espiras da bobina.

O Transformador

É um aparelho destinado a transformar a energia elétrica. Pode ser para cima (mais) ou para baixo (menos), em relação a energia de entrada.

A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas e motores, proporcionando muitas comodidades. Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e postes, toda a rede de distribuição depende dos transformadores, que elevam a tensão, ora a rebaixam.

Nesse sobe e desce, eles resolvem não só um problema econômico, reduzindo os custos da transmissão à distância de energia, como melhoram a eficiência do processo.

Antes de mais nada, os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão e distribuição com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento.

Esse valor depende das características do próprio gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de construção e, sobretudo, de segurança, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 V ou 220V).

Existe uma outra classe de transformadores, igualmente indispensáveis, de potência baixa, eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos encontrados normalmente em casa, tais como, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor.

Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tensão da rede doméstica, de forma a alimentar convenientemente os vários circuitos elétricos que compõem aqueles aparelhos.

A figura 1 descreve de uma forma simples o funcionamento da distribuição de energia desde a sua geração até o consumidor, onde inicialmente a energia é gerada pelo gerador, passando a energia para um transformador de potência, que eleva a tensão para posteriormente ser levado até os transformadores de distribuição através das linhas de transmissão.

Após chegar aos transformadores de distribuição os quais estes normalmente situados nas cidades, à tensão é rebaixadas, no nível dos equipamentos eletrodomésticos, ou que utilizem energia elétrica.

Forma simplificada da distribuição de energia e atuação dos transformadores elétricos. 

Princípio de funcionamento do transformador O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético. Os transformadores, na sua forma mais simples (figura 2), consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Quando uma corrente alternada é aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico).

Figura 2: Principio de funcionamento do transformador elétrico

Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.

A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp/Vs=Np/Ns , e as correntes por Np/Ns=Is/Ip. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com 100 ( cem ) espiras no primário e cinquenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 Ampare, sob 110 Volts, fornece no secundário, uma corrente de 2 Ampares sob 55 Volts.

Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 100% da energia aplicada no primário. As perdas - transformação de energia elétrica em calor - são devidas principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas no cobre.

1. Perdas no cobre. Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas.

2. Perdas por histerese. Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador.

3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro.

Todo esse calor gerado pelas perdas, é refrigerado pelo óleo dielétrico o qual todo o núcleo do transformador é submerso, sendo assim esse óleo aliado ao aquecimento, acaba gerando uma corrente de convecção dentro do transformador. Onde o óleo mais que acaba esquentando fica menos denso e sobe. Após passar pelos radiadores ele resfria, aumentando sua densidade, e assim se mantém a refrigeração do transformador, a figura abaixo mostra o esquema da refrigeração natural.

ESPECIFICAÇÃO DO TRANSFORMADOR.

Tipo de transformador: monofásico, bifásico, trifásico.

Tensão Nominal: primário e no secundário. Exemplo 110V,220V,380V, 440V, 13.800 V, 88.000 V, 138.000 V.

Potência Nominal : 2 KVA, 112,5 KVA,150 KVA, 225 KVA, 500 KVA.

Corrente Nominal: A, KA.

Frequência Nominal: 50 Hz, 60 Hz, etc.

Refrigeração: óleo mineral, ou a seco.

Rede de Transmissão

O fato de um transformador poder modificar a DDP de uma corrente alternada encontra aplicações importantes. Uma das principais aplicações é o transporte da energia elétrica através de enormes distâncias, a partir de usinas geradoras até os centros urbanos.

Para compreendermos melhor essa aplicação, devemos considerar que a potência inicial, lançada pelo gerador, é igual a potência final, que chega ao consumidor, através de uma linha de fios condutores. Como a resistência do fio deve ser a menor possível, a área do fio deve ser grande, já que o comprimento não pode ser modificado.

Para conseguir uma área grande existe algumas inconveniências, por exemplo:

· o elevado custo do material, pois quanto menor a resistividade mais caro será o fio;

· com uma área maior exigiria fios mais grossos e, em consequência, grande peso por linha.

Procura-se, então, diminuir o valor da corrente i, mas, para que a potência lançada ( P = U . i ) não diminua, a DDP U deve ser bastante elevada.

Isso é exatamente o que se faz nas linhas de transmissão, ou seja, utilizam-se altas DDPs para transmitir energia elétrica. Na prática, isso só é possível com a corrente alternada e com o uso de transformadores.

O alternador da usina fornece energia elétrica, sob DDP eficaz, relativamente baixa (cerca de 10.000 V). Um transformador, de razão 1/30, eleva a DDP para 300.000 V, possibilitando o transporte de energia elétrica a centenas de quilômetros de distância, com dissipações não excessivas.

Transformador de Elevação Esse transformador tem mais voltas na bobina secundária do que na primária e, assim, aumenta a voltagem. É usado para elevar a voltagem e diminuir a corrente gerada em usinas que será transmitida pelas linhas de força. A eletricidade de alta voltagem perde menos energia e produz menos calor nessa viagem.

Em uma subestação, um transformador, de razão 20, abaixa a DDP eficaz para 15.000 V, valor utilizado para fins industriais.

A seguir, já na cidade, outra subestação, com transformador de razão aproximadamente 4, abaixa a DDP para 3.800 V, valor utilizado para fins comerciais.

Finalmente, outro transformador, de razão aproximadamente 16, reduz essa DDP a 230 V, para uso residencial.

Obtém´se ainda uma DDP de 115 V com a utilização de uma derivação no secundário do transformador.

Transformador de Redução A bobina secundária do transformador de redução tem um número menor de voltas no fio do que a primária e, assim, diminui a voltagem da corrente. Ele é usado para baixar a voltagem a níveis seguros para que a eletricidade seja usada sem riscos.

TESTE DE BOBINA E TRANSFORMADOR.FLV	O QUE É ELETROMAGNETISMO.FLV
	FUNCIONAMIENTO DEL RELÉ.FLV