Uma forma especial da existência da matéria - o campo magnético da Terra contribuiu para a origem e preservação da vida. Fragmentos deste campo, pedaços de minério, atraindo ferro, levaram eletricidade ao serviço da humanidade. Sem eletricidade, a sobrevivência seria impensável.
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O que são linhas de indução magnética
O campo magnético é determinado pela força em cada ponto em seu espaço. As curvas que unem pontos de campo com intensidades iguais em magnitude são chamadas de linhas de indução magnética. A intensidade do campo magnético em um determinado ponto é uma característica de potência, e para avaliá-la é utilizado o vetor campo magnético B. Sua direção em um determinado ponto da linha de indução magnética ocorre tangencialmente a ele.
Se um ponto no espaço é afetado por vários campos magnéticos, então a intensidade é determinada pela soma dos vetores de indução magnética de cada campo magnético atuante. Neste caso, a intensidade em um determinado ponto é somada em valor absoluto, e o vetor de indução magnética é definido como a soma dos vetores de todos os campos magnéticos.
Apesar do fato de que as linhas de indução magnética são invisíveis, elas têm certas propriedades:
- É geralmente aceito que as linhas do campo magnético saem do pólo (N) e retornam de (S).
- A direção do vetor de indução magnética é tangencial à linha.
- Apesar da forma complexa, as curvas não se cruzam e necessariamente se fecham.
- O campo magnético dentro do ímã é uniforme e a densidade da linha é máxima.
- Apenas uma linha de indução magnética passa pelo ponto de campo.
A direção das linhas de indução magnética dentro de um ímã permanente
Historicamente, em muitos lugares da Terra, a qualidade natural de algumas pedras para atrair produtos de ferro há muito é notada. Com o tempo, na China antiga, flechas esculpidas de certa forma em pedaços de minério de ferro (minério de ferro magnético) se transformaram em bússolas, mostrando a direção para os pólos norte e sul da Terra e permitindo que você navegasse pelo terreno.
Estudos deste fenômeno natural determinaram que uma propriedade magnética mais forte dura mais tempo em ligas de ferro. Ímãs naturais mais fracos são minérios contendo níquel ou cobalto. No processo de estudo da eletricidade, os cientistas aprenderam como obter produtos magnetizados artificialmente a partir de ligas contendo ferro, níquel ou cobalto.Para fazer isso, eles foram introduzidos em um campo magnético criado por corrente elétrica contínua e, se necessário, desmagnetizados por corrente alternada.
Os produtos magnetizados em condições naturais ou obtidos artificialmente possuem dois pólos diferentes - os locais onde o magnetismo está mais concentrado. Os ímãs interagem uns com os outros por meio de um campo magnético, de modo que pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem. Isso gera torques para sua orientação no espaço de campos mais fortes, como o campo da Terra.
Uma representação visual da interação de elementos fracamente magnetizados e um ímã forte dá a experiência clássica com limalhas de aço espalhadas em papelão e um ímã plano embaixo. Especialmente se a serragem for oblonga, é claramente visto como eles se alinham ao longo das linhas do campo magnético. Ao mudar a posição do ímã sob o papelão, observa-se uma mudança na configuração de sua imagem. O uso de bússolas neste experimento aumenta ainda mais o efeito de entender a estrutura do campo magnético.
Uma das qualidades das linhas magnéticas de força, descobertas por M. Faraday, sugere que elas são fechadas e contínuas. As linhas que saem do pólo norte de um ímã permanente entram no pólo sul. No entanto, dentro do ímã eles não abrem e entram do pólo sul para o norte. O número de linhas dentro do produto é máximo, o campo magnético é uniforme e a indução pode enfraquecer quando desmagnetizada.
Determinando a direção do vetor de indução magnética usando a regra do gimlet
No início do século 19, os cientistas descobriram que um campo magnético é criado em torno de um condutor com corrente fluindo através dele. As linhas de força resultantes se comportam de acordo com as mesmas regras de um ímã natural.Além disso, a interação do campo elétrico de um condutor com a corrente e o campo magnético serviu de base para a dinâmica eletromagnética.
Compreender a orientação no espaço de forças em campos de interação nos permite calcular os vetores axiais:
- indução magnética;
- A magnitude e direção da corrente de indução;
- Velocidade angular.
Tal entendimento foi formulado na regra da verruma.
Combinando o movimento de translação da verruma direita com a direção da corrente no condutor, obtemos a direção das linhas do campo magnético, que é indicada pela rotação da alça.
Não sendo uma lei da física, a regra do gimlet na engenharia elétrica é usada para determinar não apenas a direção das linhas do campo magnético dependendo do vetor de corrente no condutor, mas também vice-versa, determinando a direção da corrente nos fios do solenóide devido à rotação das linhas de indução magnética.
A compreensão dessa relação permitiu a Ampère fundamentar a lei dos campos rotativos, o que levou à criação de motores elétricos de diversos princípios. Todos os equipamentos retráteis que utilizam indutores seguem a regra do gimlet.
Regra da mão direita
Determinar a direção de uma corrente que se move em um campo magnético de um condutor (um lado de um circuito fechado de condutores) demonstra claramente a regra da mão direita.
Diz que a palma direita, virada para o pólo N (linhas de campo entram na palma), e o polegar desviado 90 graus mostra a direção do movimento do condutor, então em um circuito fechado (bobina) o campo magnético induz uma corrente elétrica , o vetor de movimento para o qual apontam quatro dedos.
Esta regra demonstra como os geradores DC apareceram originalmente. Uma certa força da natureza (água, vento) girava um circuito fechado de condutores em um campo magnético, gerando eletricidade. Então os motores, tendo recebido uma corrente elétrica em um campo magnético constante, a converteram em um movimento mecânico.
A regra da mão direita também é válida para indutores. O movimento do núcleo magnético dentro deles leva ao aparecimento de correntes de indução.
Se os quatro dedos da mão direita estiverem alinhados com a direção da corrente nas voltas da bobina, o polegar desviado em 90 graus apontará para o pólo norte.
As regras da verruma e da mão direita demonstram com sucesso a interação de campos elétricos e magnéticos. Eles tornam possível entender o funcionamento de vários dispositivos em engenharia elétrica para quase todos, não apenas para cientistas.
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