Maquinas Eletricas

INSTITUTO FEDERAL

JOINVILLE

CURSO ELETRO-ELETRÔNICA

Máquinas Elétricas

Prof. Luis S. B. Marques

Março de 2009

Capítulo 1

Fundamentos do eletromagnetismo

1.1 Introdução

O eletromagnetismo desempenha um papel importante no funcionamento de quase todos os eletrodomésticos com os quais estamos acostumados no dia a dia. A geladeira, a televisão, etc. A bússola, utilizada como instrumento de navegação, utiliza um imã permanente para indicar a direção do pólo norte magnético terrestre. Os imãs permanentes utilizam materiais que permanecem magnetizados por longos períodos de tempo, sem a necessidade de uma fonte externa de energia.

Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Oersted descobriu que o ponteiro de uma bússola muda sua orientação quando colocado nas proximidades de um fio percorrido por uma corrente. Esta foi uma primeira evidencia experimental da correlação entre a eletricidade e o magnetismo. Surgiu então o ramo da ciência conhecido atualmente por eletromagnetismo.

1.2 Campo magnético

Um imã permanente produz um campo magnético em todos os pontos do espaço ao seu redor. Na região do espaço em que existe um campo magnético, este pode ser representado por linhas de campo, semelhantes às linhas de campo elétrico. Estas linhas de campo saem do pólo norte magnético, percorrendo um caminho fechado, e entram no pólo sul magnético. Quanto maior a proximidade entre as linhas de força, maior a intensidade do campo magnético por elas representado. A intensidade de campo magnético é representada pela letra H, e sua unidade é o A∙esp/m.

Existem duas formas principais para se gerar um campo magnético:

-Imã permanente

-Eletroímã.

A figura 1.1 mostra um imã permanente e suas linhas de campo. As linhas de campo permitem a representação gráfica do campo magnético. Elas saem do pólo norte magnético e entram no pólo sul magnético, percorrendo um caminho fechado.

Figura 1.1 – Imã permanente.

O físico Dinamarquês Oersted constatou, em 1820, que uma agulha magnética colocada nas vizinhanças de um condutor percorrido por uma corrente, desvia e tende a dispor-se normalmente ao condutor. Portanto, uma corrente elétrica cria um campo magnético no espaço a ela circundante.

Se for colocado um material não-magnético nas proximidades de um imã permanente, a distribuição das linhas de campo magnético sofrerá uma alteração quase imperceptível. Porém, se um material ferromagnético, como ferro doce, for colocado nas proximidades do mesmo imã, as linhas de campo tenderão a passar pelo ferro, e não pelo ar. Uma aplicação prática é a blindagem magnética para proteger instrumentos sensíveis da ação de campos magnéticos. Outra aplicação é a utilização de núcleos de material ferromagnético em transformadores e motores, para melhor aproveitamento do fluxo magnético.

A regra da mão direita permite determinar o sentido do campo magnético criado por uma corrente que circula em um condutor. Segure o condutor com a mão direita, com o polegar estendido apontando no sentido da corrente. Seus dedos irão naturalmente se encurvar no sentido das linhas de campo. Se o condutor for dobrado para formar uma espira, as linhas de campo terão a mesma direção e sentido no centro da espira e o campo magnético ficará mais intenso nessa região. A figura 1.2 exemplifica a regra da mão direita.

Figura 1.2 – Regra da mão direita.

1.3 Densidade de fluxo ou indução magnética

A densidade de fluxo ou indução magnética B, é a relação entre o fluxo magnético e a área da secção transversal através da qual este fluxo magnético flui. A equação (1.1) apresenta uma forma de calcular a densidade de fluxo, quando se conhece o fluxo e a área da secção transversal e a equação (1.2) mostra a relação não linear entre densidade de fluxo e intensidade de campo magnético. A unidade de densidade de fluxo e o Tesla (T).

(1.1)

(1.2)

1.4 Força eletromagnética

Um campo magnético exerce uma força sobre os elétrons de condução em um fio. Essa força é transmitida integralmente ao fio propriamente dito, porque os elétrons de condução não podem escapar lateralmente dele. A equação (1.3) permite determinar o módulo da força eletromagnética, quando a indução magnética e o condutor são perpendiculares entre si. A situação é ilustrada através da figura 1.3.

(1.3)

Figura 1.3 – Força magnética sobre um fio.

A figura 1.4 mostra outra situação em que uma força existirá entre um condutor e um campo magnético sempre que o condutor for percorrido por uma corrente elétrica, tal que haja uma componente do comprimento ativo do condutor perpendicular ao campo.

Figura 1.4 – Condutor submetido à ação do campo magnético.

Utilizam-se os dedos da mão direita dispostos ortogonalmente entre si para determinar a direção e o sentido da força eletromagnética. O polegar aponta na direção da corrente, o indicador na direção do campo magnético, o dedo médio irá apontar a direção da força, desde que esses três dedos façam um ângulo de noventa graus entre si. A figura 1.5 ilustra a situação descrita.

Figura 1.5 – Determinação da direção da força eletromagnética.

1.5 Materiais ferromagnéticos

Define-se permeabilidade (µ) de um dado material como a habilidade deste material ser magnetizado ou a habilidade de conduzir linhas