Usuário(a):Leonardo Chyczy Keller/Testes

Introdução

A magnetostática consiste no estudo dos Campos Magnéticos constantes sem que haja variação no tempo. Ao fazer um paralelo com o campo eletrostático que é gerado por cargas estáticas, se as cargas estão se movimentando com velocidade constante, um campo magnético estático é consequentemente gerado. Um campo magnetostático é consequência do fluxo de corrente constante podendo ser constituinte de correntes de magnetização (imã permanente), correntes de feixes eletrônicos (válvulas eletrônicas) ou correntes de condução (fios condutores). O estudo da magnetostática é indispensável nas áreas tecnológicas, pois ele fundamenta o desenvolvimento de motores, transformadores, microfones, veículos de alta velocidade com levitação magnética, memórias de computador, televisores entre outras imensas aplicações. Dentro da área da magentostática há duas leis principais que a governam: a Lei de Biot-Savart que é caracterizada como um caso geral e a Lei de Ampére que se aplica facilmente a problemas envolvendo distribuição de corrente simétrica. A Lei de Biot-Savart define que a intensidade de um campo magnético quando se passa um elemento diferencial de corrente em uma seção muito pequena de condutor filamentar cujo raio da seção circular do fio condutor tende a zero, é dada pela proporcionalidade da corrente, o tamanho do comprimento diferencial e o seno do ângulo existente entre o filamento e a reta que conecta o filamento ao ponto P qualquer, no qual o campo é desejado. Vale ressaltar que assim como na lei de Faraday, a intensidade do campo magnético é inversamente proporcional ao quadrado da distância do ponto onde se deseja calcular.

Lei de Biot-Savart

A magnetostática consiste no estudo dos Campos Magnéticos constantes sem que haja variação no tempo. Ao fazer um paralelo com o campo eletrostático que é gerado por cargas estáticas, se as cargas estão se movimentando com velocidade constante, um campo magnético estático é consequentemente gerado. Um campo magnetostático é consequência do fluxo de corrente constante podendo ser constituinte de correntes de magnetização (imã permanente), correntes de feixes eletrônicos (válvulas eletrônicas) ou correntes de condução (fios condutores). O estudo da magnetostática é indispensável nas áreas tecnológicas, pois ele fundamenta o desenvolvimento de motores, transformadores, microfones, veículos de alta velocidade com levitação magnética, memórias de computador, televisores entre outras imensas aplicações. Dentro da área da magentostática há duas leis principais que a governam: a Lei de Biot-Savart que é caracterizada como um caso geral e a Lei de Ampére que se aplica facilmente a problemas envolvendo distribuição de corrente simétrica. A Lei de Biot-Savart define que a intensidade de um campo magnético quando se passa um elemento diferencial de corrente em uma seção muito pequena de condutor filamentar cujo raio da seção circular do fio condutor tende a zero, é dada pela proporcionalidade da corrente, o tamanho do comprimento diferencial e o seno do ângulo existente entre o filamento e a reta que conecta o filamento ao ponto P qualquer, no qual o campo é desejado. Vale ressaltar que assim como na lei de Faraday, a intensidade do campo magnético é inversamente proporcional ao quadrado da distância do ponto onde se deseja calcular.

$dH={\frac {IdL\times a_{r}}{4\pi \ R^{2}}}$

A direção da intensidade do campo respeita a regra da mão direita onde o polegar aponta o sentido da corrente e os outros quatro dedos o sentido do campo magnético que é sempre normal ao plano que contém o filamento diferencial e a linha que conecta o filamento ao ponto P.

Podemos ter diferentes configurações de cargas e isso implica em diferentes distribuições de corrente: corrente em uma linha, em uma superfície ou em um volume.

Lei Circuital de Ampère

Com a resolução de problemas simples em eletrostática a partir da Lei fundamental da eletrostática (Lei de Coulomb), quando os problemas apresentam um alto grau de simetria, para facilitar os cálculos, a Lei de Gauss apresenta essa simplificação. Para a resolução de problemas de campos magnéticos, tem-se a mesma relação para a simplificação dos cálculos, sendo assim a lei que faz esse papel é conhecida como Lei circuital de Ampère, sendo conhecida também como Lei de Ampère do trabalho, essa lei por ser derivada da lei de Biot-Savart. A lei de Ampère determina que a integral de linha de H ao longo de qualquer caminho fechado é exatamente igual à corrente contínua envolvida pelo caminho.

$\oint \mathbf {B} \cdot d\mathbf {l} =\int _{a}^{b}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {l} =BL$

A lei de Ampère pode ser utilizada para um fio reto longo para pontos externos ( determina o campo magnético a uma distância d de um fio longo), um fio reto e longo para pontos internos ( determina o campo magnético dentro de um fio, o raio do fio tem que ser maior ao raio que se deseja calcular), um solenoide, um toróide e para o campo fora de um solenoide. Para maiores detalhes referente a deduções de fórmulas para cada caso, vide (Lei de Ampère).

Magnetização

O termo magnetização refere-se ao fenômeno de resposta da matéria frente a campos magnéticos excitantes, na maioria dos casos frente a campos excitantes externos. Quando se imerge um pedaço de matéria qualquer em uma região onde há um campo magnético preexistente, a estrutura deste material responde ao campo no qual fora imerso mediante a produção de um campo magnético próprio, cuja intensidade e orientação dependem não apenas do campo externo excitante como também das propriedades do material que compõe o objeto em questão. Diz-se então que o material se encontra magnetizado. A magnetização do material mostra-se, nos casos mais simples - para materiais isotrópicos, homogêneos e não fortemente magnetizáveis. diretamente dependente do campo magnético excitante. Em tais casos a magnetização é nula quando o campo magnético indutor também é nulo, e cresce gradualmente, a favor (paramagnetismo) ou contra (diamagnetismo) - mas, contudo, paralela ao campo excitante a medida que a intensidade deste último aumenta. Entretanto, em casos mais específicos, o que depende diretamente da natureza e estrutura do material em questão, a magnetização pode relacionar-se com o campo magnético externo de formas bem mais complicadas, necessitando uso de tensores ou ferramentas matemáticas mais avançadas para descrevê-la, e em casos extremos, esta pode inclusive depender do histórico de exposição às influências magnéticas externas - fenômeno notoriamente visível em materiais que exibem memória e histerese magnéticas. Materiais que possuem histerese magnética podem encontrar-se magnetizados mesmo na ausência de campo excitante em um dado momento, e podem, em virtude de seu histórico, exibir magnetização nula mesmo quando imersos em campos excitantes não nulos.

Eletroimã

O Eletroímã é um dispositivo projetado para que quando uma corrente percorra um condutor acoplado à um núcleo ferromagnético produza um campo magnético estático muito parecido com os ímãs naturais. O fio elétrico acoplado tem formato espiralado. A corrente que passa pelo condutor espiralado produzirá, pela Lei de Biot-Savart, um campo magnético, que por sua vez gerará um fluxo magnético no núcleo. As características do campo formado dependerão da corrente que passará pelo condutor e das espiras utilizadas.

Concepção artística de um eletroímã.

Aplicações

Os eletroímãs possuem várias aplicações hoje em dia. Algumas delas estão listadas abaixo.

• Motores elétricos
• Disjuntores
• Faróis de carros
• Campainhas
• Discos rígidos

Vetor Potencial Magnético

Quando lidamos com campos magnetostáticos, as Equações de Maxwell nos mostram que $\nabla \cdot \mathbf {B} =0$ (não há monopolos magnéticos). Propriedades do cálculo vetorial e do operador Nabla, nos dão a seguinte relação: $\nabla \cdot (\nabla \times \mathbf {A} )=0.$ Para que sejam satisfeitas ambas as equações, temos que:

$B=\nabla \times \mathbf {A}$

A grandeza "A" é o potencial magnético vetorial ou vetor potencial magnético, que advém do cálculo vetorial e das Equações de Maxwell.

Representação do vetor potencial magnético A.

Fluxo Magnético

O fluxo magnético é uma medida do campo magnético total que atravessa uma área específica. É uma ferramenta útil para ajudar a descrever os efeitos da força magnética sobre um corpo que ocupa uma determinada área.

A medida do fluxo magnético está particularmente ligada à área que se deseja analisar. Pode-se escolher qualquer tamanho de área e orientá-la de qualquer maneira com relação ao campo magnético. O fluxo pode ser calculado pela integral sobre a superfície desejada do vetor campo magnético(B) pelo elemento diferencial de área(dA).

Caso analisado as linhas de campo de um campo magnético, então têm-se que todas as linhas de campo que atravessam uma determinada área contribuem com algum fluxo magnético.

A unidade no SI (Sistema Internacional) para o fluxo magnético é o Weber (nomeada em homenagem ao físico alemão Wilhelm Weber) e tem o símbolo Wb.

Imã Permanente

Os imãs são materiais que possuem uma polarização em seu composto, capaz de produzir um campo magnético. Os imãs podem ser encontrados de maneira natural, como é o exemplo da magnetita, ou podem ser fabricados.

Imãs podem ser fabricados através do processo de imantação, que pode ser por: indução. atrito ou corrente elétrica.

No processo de indução, o material fica exposto a um campo magnético de um imã permanente, afim de ser magnetizado. Na imantação por atrito, material é atritado a um ímã permanente, ele adquire propriedade magnética, e na imantação por corrente, um material ferromagnético é enrolado em um fio condutor e a corrente elétrica criará um campo magnético que magnetizará o material.

Os imãs permanentes possuem esse nome pois mantêm o seu magnetismo indefinidamente, após passarem pelo processo de imantação. Porém não significa que eles ficarão magnetizados para sempre. Eles podem ser desmagnetizados por vibrações, sujeira, corrosão ou até mesmo a interferência de campos magnéticos. A capacidade de um ímã para continuar com seus atributos de magnetismo sob várias condições é chamada de “permanência magnética”, e alguns tipos de ímãs permanentes têm uma maior capacidade de permanência do que outros.

Normalmente, os ímãs permanentes são fabricados com base em elementos químicos, como os elementos de terra rara: alnico (alumínio, níquel, cobalto), de cerâmica (estrôncio e ferrite de bário), e ligas de elementos raros, incluindo Sm-Co (cobalto-samário) e NdFeB (neodímio-ferro-boro).

Esses imãs são utilizados em muitas indústrias, principalmente para aplicações que necessitam do uso de uma força magnética constante, como por exemplo, na separação do metal, na fabricação automotiva, industrial, aeroespacial, entre outros.

Referências