Correntes elétricas

As correntes elétricas são fenómenos físicos criados pelo movimento do ião ou eletrão. Corrente elétrica direta é o mesmo que corrente contínua e, tal como o seu nome indica, tem uma magnetização direta. A corrente elétrica é determinada pela lei de Ohm.

I = V/R

V = Voltagem

R = Resistência

A unidade de medida da corrente elétrica é o ampere (A).

Tipos de correntes elétricas

Existen varios tipos de corrientes como: corriente trifásica, sinusoidal, cuasiestacionaria, monofásica y de Foucault.

No entanto, os tipos de correntes elétricas principais são a corrente elétrica contínua e a corrente elétrica alternada.

A corrente elétrica alternada é um tipo de corrente na qual a corrente circula pelas linhas elétricas e eletricidade em percursos não permanentes e estáveis, mas sim de forma cíclica nos dois sentidos. A corrente elétrica com três fases alternadas é conhecida como corrente trifásica. A corrente trifásica contém 3 correntes que têm o mesmo valor, amplitude e frequência.

A corrente elétrica contínua é um tipo de corrente na qual o movimento é feito apenas numa direção. Além disso, tem uma polaridade constante.

Características de uma corrente elétrica

• Depende do potencial elétrico e da resistência que tenha o condutor.

• A corrente elétrica é medida com um galvanómetro, isto é, um instrumento que calibra em amperes.

• O sentido real da corrente elétrica depende do tipo de polo que esta tiver. Tradicionalmente, a corrente contínua segue os iões positivos. Os metais têm uma polaridade negativa, isto significa que se simplifica a entrada de eletrões no material.

A corrente elétrica dos materiais

Numa corrente elétrica encontramos materiais condutores, como o metal e o ferro. Além disso, também podemos encontrar materiais isolantes, como a borracha ou o plástico. Tal como os seus nomes indicam, uma permite a condução de corrente elétrica, mas a outra não. Pelo outro lado, podemos encontrar semicondutores, podendo estes serem escolhidos entre condutores e isolantes.

Que relação há entre a corrente elétrica e a resistência?

Uma área de secção grande, o comprimento do conector e o tipo de matéria determinarão a resistência em função da relação/proporção com o material.

Aplicação da corrente elétrica

A corrente elétrica tem 4 efeitos:

• Efeito térmico: forno

• Efeito luminoso: lâmpadas fluorescentes. Os eletrões que circulam através da corrente elétrica produzem luz, daí a origem das lâmpadas.

• Efeito magnético: motores elétricos

• Efeito químico: eletrólise da água

A fonte do campo magnético é criada pela energia magnética. Há três fontes para criar um campo magnético:

• Íman permanente: o átomo do íman tem eletrões que giram à volta do núcleo, criando um campo magnético.

• Condutor de corrente: neste caso há um cabo pelo qual circula a corrente, criando assim um campo magnético.

• Eletroíman: esta fonte cria o campo magnético quando a corrente passa pelo arame.

Tipos de campos magnéticos:

Existem dois tipos de campos magnéticos:

• Um campo magnético estático = produze cargas elétricas fixas no espaço. O campo magnético estático utiliza a corrente contínua.

• Um campo magnético variável no tempo = são os empregados na corrente alternada, estando associado a mudanças temporais no fluxo de um campo magnético.

A fonte do campo magnético é obtida mediante leis. No caso de ser criada por um elemento de corrente, recorre-se à lei de Biot-Savart. A lei de Biot-Savart estabelece a relação entre os campos magnéticos e as correntes que as criam. Pelo outro lado, no caso de estarmos perante um solenoide, empregamos a lei de Ampère. A lei de Ampère permite-nos conhecer os campos magnéticos graças às correntes elétricas.

Campos elétricos vs campos magnéticos

Quando a carga elétrica está em movimento, esta cria dois tipos de campos: o campo elétrico e o campo magnético. Apesar de estes dois campos terem características comuns, como a diminuição da intensidade à medida que se afasta da fonte elétrica, também podemos encontrar várias diferenças como:

1. Enquanto que a fonte do campo elétrico é a tensão elétrica, nos campos magnéticos é a corrente elétrica.


2. A intensidade de um campo elétrico é medida em volt por metro; mas, nos campos magnéticos são medidos em amperes.


3. No caso de os campos elétricos, mesmo que a fonte elétrica esteja desligada, o campo elétrico continuará a funcionar; nos campos magnéticos, pelo contrário, estes não poderão funcionar sem a fonte magnética ligada.

Desde o ponto de vista do campo eletromagnético, podemos encontrar:

1. Fontes de campos eletromagnéticos naturais: os campos elétricos criados devem-se à provisão de Argar nas zonas que provêm da atmosfera devido aos efeitos naturais, como a tempestade.


2. Fontes de campos eletromagnéticos artificiais: estas fontes criadas pelo Homem destinam-se a aplicações, como os raios X.

Como podemos determinar a intensidade do campo magnético de um íman?

Um campo magnético é um espaço de força criado à volta do íman como consequência das suas cargas elétricas.

Os campos magnéticos podem ser agrupados por classes, dependendo da sua fonte de criação:

• Campos magnéticos de íman: este tipo de campo magnético é criado de forma natural como consequência do spin, isto é, do movimento dos eletrões que se encontram à volta do núcleo atómico e do eixo.

• Campos magnéticos de corrente: este tipo de criação de campo magnético parte das cargas produzidas pela atividade da corrente elétrica. Este tipo de campo magnético é típico dos eletroímanes.

Os campos magnéticos podem ser representados por duas formas:

Campo vetorial: este tipo de representação do campo magnético está formado por vários vetores que se encontram dentro de um quadrado. No campo vetorial, cada vetor está orientado no mesmo sentido, sendo este indicado por uma bússola.

Linhas de campo: este tipo de representação do campo magnético não requer nenhum quadrado. Além disso, as linhas dos vetores estão unidas a linhas finas.

O que é a intensidade do campo magnético?

A intensidade do campo magnético refere-se à magnitude das forças magnéticas, que incluem dois fatores:

• Excitação magnética, também conhecida como campo H: é a força do campo magnético que estabelece a relação do campo magnético com as fontes elétricas correspondentes.

• Indução magnética, também denominada de campo B: é a força do campo magnético que se centra no campo, dependendo dos efeitos das cargas elétricas.

Para medir a intensidade do campo magnético é necessário um magnetómetro, isto é, um instrumento mediante o qual poderemos medir a força e o sentido do campo magnético.

A intensidade do campo magnético (H) numa bobina precisa da força magnetomotriz (N·I). É possível determiná-la mediante a lei de Faraday com a seguinte fórmula:

H = (N·I)/l

N = número de voltas a uma hélice

I = intensidade da corrente do campo

l= comprimento da bobina

À medida que as linhas magnéticas de campo se forem separando, precisar-se-á de uma bobina com um comprimento maior, obtendo uma intensidade do campo magnético mais fraca. Para conseguir uma força magnetomotriz constante, a intensidade do campo magnético deve ser inversamente proporcional ao comprimento médio das linhas que se encontram no campo magnético.

Magnetostática

A magnetostática surge da justaposição dos termos magneto e estática. A primeira vez que foi mencionada foi no final do século XIX por Arthur Gordon.

A magnetostática é o ramo da física que estuda os campos magnéticos que se mantêm fixos com o tempo. A magnetostática inclui desde os ímanes até aos eletroímanes.

Podemos encontrar diferentes tipos de magnetostática:

• Bobina impulsada por corrente ou voltagem

• Rota atual e segmentos de bobina

• Íman permanente

• Campo de fonte magnética

• Campo de fonte estacionária

A energia magnetostática é a energia acumulada no campo estático. Porém, isto não significa que a magnetização seja estática, mas sim que não se altera tão facilmente.

A energia magnetostática é criada através da formação de domínios. A energia por esta unidade de volume E_m é:

-µ₀ = a permeabilidade no vazio (4π10-⁷ H/m)

O vetor de m = momento por unidade que tem o volume de esse domínio que se encontra sob o campo H.

O vetor de H = campo magnético do domínio

Esta energia magnetostática tem a capacidade de reduzir até zero devido à estrutura proveniente dos domínios que não permite fluxo magnético externo.

A magnetostática, ao contrário da eletrostática, estuda os campos magnéticos nos quais a corrente é constante.

Uma das aplicações mais importantes da magnetostática é o motor elétrico. Este pode ser encontrado em vários eletrodomésticos, bem como em em transformadores, campainhas...

Como são medidos os campos magnéticos?

A medição dos campos magnetostáticos é efetuada mediante:

• A balança de Gouy: é um instrumento que nos permite medir a suscetibilidade magnética de uma amostra específica. Esta balança mede o peso quando é atraído pela zona do campo magnético dos polos, e outro quando é repelido, para desta forma poder compará-los.

• Magnetómetros: é um instrumento que nos ajuda a medir quer a direção quer a força de um campo magnético.

As equações magnetostáticas permitem-nos conhecer o seu comportamento. É por este motivo pelo qual podemos encontrar as seguintes leis magnetostáticas:

A magnetização dos ímanes de neodímio de forma quadrada está feita de forma diametral.

A aplicação mais comum que a magnetostática tem, e que podemos ver com mais frequência, é no micromagnetismo sob a forma de dispositivo de gravação magnética.

O ferromagnetismo

O ferromagnetismo é uma propriedade que possuem alguns materiais os quais são atraídos por um campo magnético. Um material ferromagnético é um material que contém ferromagnetismo, tornando-o suscetível de ser atraído por ímanes. Os elementos ferromagnéticos caracterizam-se pela sua magnetização com a ajuda de campos magnéticos e por se manterem magnetizados mesmo quando o campo é anulado.

De igual modo, os minerais ferromagnéticos são atraídos por um íman. Estes minerais podem ser imantados e serem convertidos num íman (natural ou artificial). Estes podem ser magnetizados rapidamente e conservar a imantação durante um período de tempo longo. Além disso, uma das vantagens que possui é a facilidade de alterar os dipolos.

1907, Wess adquiriu esse conhecimento quando se examinaram os momentos magnéticos dos átomos. De acordo com a teoria do francês Pierre-Ernest Weiss, um sólido ferromagnético consta de uma grande quantidade de pequenas regiões, ou domínios, em cada um dos quais todos os momentos magnéticos ou iónicos são alinhados. Numa direção de magnetização uniforme dentro de um domínio.

Como funciona o ferromagnetismo?

O ferromagnetismo funciona quando este tipo de material é apresentado a um campo magnético intenso. Consequentemente, com isto consegue-se um alinhamento no mesmo sentido que o núcleo do ferromagnetismo.

Os materiais que possuem estas características são o ferro, o cobalto e o níquel. Dentro destes três, aquele que mais peso tem é o ferro, pois responde tanto ao campo magnético que está a ser aplicado como à sua configuração interna.

O ferromagnetismo tem uma permeabilidade magnética relativa superior a 1. A permeabilidade relativa pode ser determinada com a seguinte fórmula:

μ = coeficiente de permeabilidade absoluta de um meio determinado

μ0 = permeabilidade do vazio

Os materiais têm uma temperatura de funcionamento limite que, se for excedida, conduz à perda de propriedades ferromagnéticas. A temperatura destes elementos magnéticos denomina-se de temperatura de Curie.

Que usos e aplicações tem o ferromagnetismo?

Atualmente, a aplicação de materiais compostos com partículas ferromagnéticas abrange:

• Eletrodomésticos: encontram-se nos eletrodomésticos destinados à cozinha, quer sejam em placas de indução quer sejam em sertãs.

• Campo medicinal: emprega-se para fabricar pace-makers, implantes e desfibrilhadores.

• Campo tecnológico: encontrámo-los nos auriculares para os telemóveis que empregam eletroímanes.

• Campo industrial: são empregados nos motores elétricos e em transformadores.