AS ALGUMAS NOÇÕES SOBRE ELECTROMAGNETISMO

CAPÍTULO 1

ALGUMAS NOÇÕES SOBRE ELECTROMAGNETISMO

Para que seja possível compreender os fenómenos que têm lugar na conversão electromecânica de energia, particularmente no interior das máquinas eléctricas, é necessário relembrar, em primeiro lugar, alguns conceitos que já foram estudados na disciplina de electromagnetismo, nomeadamente, materiais magnéticos, curvas de magnetização, histerese, energia magnética armazenada, forças no seio do campo magnético, circuitos magnéticos, coeficientes de auto- indução e indução mútua, indução electromagnética, etc. Neste capítulo serão, portanto, relembrados todos estes conceitos de modo a obter os conhecimentos necessários para, posteriormente, se poder analisar e compreender o funcionamento das máquinas eléctricas.

1. – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS MAGNÉTICOS

A importância dos materiais magnéticos nas máquinas eléctricas é muito significativa. Através da sua utilização criteriosa é possível obterem-se valores relativamente elevados para as densidades de fluxo a partir de valores relativamente baixos de força magnetomotriz (f.m.m.) Uma vez que as forças magnéticas e as densidades de energia aumentam com o aumento das densidades de fluxo, é fácil verificar a importância dos materiais no desempenho dos conversores electromecânicos de energia.

Em electromagnetismo, uma pequena corrente circular é usualmente considerada equivalente a um dipolo magnético, quer do ponto de vista do campo magnético produzido, quer das acções que sofrem quando colocadas num campo magnético exterior. Como se sabe, um átomo consiste dum núcleo positivo rodeado por electrões que, além de rodarem sobre os seus próprios eixos (spin), orbitam em torno do núcleo. Um electrão, ao descrever a sua órbita, é semelhante a uma pequena corrente circular e pode, portanto, ser considerado um dipolo magnético com um determinado momento. As propriedades magnéticas dum material dependem da contribuição dos vários momentos magnéticos nele existentes.

De modo a ter-se uma ideia das pequenas corrente circulares existentes num material sujeito a um campo magnético externo, atente-se na figura 1.1. Note-se que estas pequenas correntes

circulares originam uma corrente uniforme que circula na periferia da amostra de material, conforme mostra a figura. É óbvio que esta corrente flui na mesma direcção e sentido que a corrente que produz o campo magnetizante exterior.

Correntes circulares[pic 1][pic 2]

B

B

Correntes periféricas        B

Figura 1.1 – Vara magnetizada no seio dum campo magnético.

Assim, pode-se considerar um material magnético como sendo constituído por um determinado número de dipolos magnéticos distribuídos aleatoriamente no seu interior.

Se uma amostra de material magnético for colocada sob a acção dum campo magnético, o efeito do campo sobre os dipolos magnéticos faz-se sentir através do aparecimento dum binário que tende a alinhá-los na direcção e sentido do campo exterior aplicado, obtendo-se um momento magnético resultante de todos os dipolos magnéticos, conforme se pode verificar na figura 1.2.

B B[pic 3][pic 4]

B

1. b)

Figura 1.2 – Amostra de material mostrando os dipolos magnéticos:

1. – Antes de ser colocada no campo magnético.
2. – Depois de ter sido colocada no campo magnético.

Ao momento resultante por unidade de volume de material chama-se magnetização intrínseca ou polarização magnética, M, do material. A magnetização intrínseca (somente devida à amostra de material) significa que foi estabelecido um campo magnético originado pelos momentos dos dipolos magnéticos alinhados no interior da amostra. Por outras palavras, assim como a intensidade do campo magnético H produz uma densidade de fluxo magnético, também a magnetização M origina uma densidade de fluxo. Portanto, ao campo magnético exterior aplicado ao material vai adicionar-se um outro campo magnético relativo à magnetização intrínseca ao material.

Quando um solenóide é atravessado pela corrente i cria um campo magnético H e portanto uma densidade de fluxo  B′ = μ0H , como indica a figura 1.3.

B′[pic 5][pic 6][pic 7]

i

[pic 8][pic 9][pic 10]

Figura 1.3 – Polarização magnética.

Quando se insere no interior do solenóide uma amostra de material ferromagnético, os dipolos magnéticos tendem a alinhar-se com o campo magnético H que lhe é aplicado, dando como resultante uma magnetização ou polarização M só devida à amostra. Logo, a densidade de fluxo resultante no interior da amostra é

B = B′ + μ0M = μ0 (H + M)

(1.1)

A magnetização intrínseca ao material ou polarização M é proporcional à intensidade do campo

H, isto é,

M = χH

(1.2)

através duma constante χ, característica de cada substância, designada por susceptibilidade magnética. A equação (1.1) toma agora a forma

B = μ0 (H + χH) = μ0 (1+ χ)H = μH

(1.3)

e ao valor μ = μ0 (1+ χ)[pic 11]

---

chama-se permeabilidade magnética absoluta do material. À relação

μ = 1 + χ = μ r        μ 0

(1.4)

chama-se permeabilidade relativa do material.

Todos os materiais apresentam efeitos magnéticos. Em muitas substâncias os efeitos são tão fracos que os materiais são muitas das vezes considerados não-magnéticos. Porém, só o vácuo é um meio realmente não-magnético. Os materiais são classificados de acordo com a sua permeabilidade relativa que está relacionada com a sua estrutura atómica interna. Assim, em geral, os materiais podem ser classificados de acordo com o seu comportamento magnético do seguinte modo: