Uma forma especial de existência da matéria, o campo magnético da Terra tem contribuído para o nascimento e preservação da vida. Fragmentos deste campo, pedaços de minério que atraem ferro, levaram a electricidade ao serviço da humanidade. Sem electricidade, a sobrevivência seria impensável.
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O que são linhas magnéticas de indução
O campo magnético é definido pela intensidade em cada ponto do seu espaço. As curvas que unem pontos de campo de igual modulo voltagem são chamadas linhas de indução magnética. A intensidade do campo magnético num ponto específico é uma característica da força, e o vector do campo magnético B é utilizado para a estimar. A sua direcção num ponto específico da linha de indução magnética é tangente a ela.
Se um ponto no espaço é afectado por vários campos magnéticos, a força é determinada pela soma dos vectores magnéticos de indução de cada campo magnético em acção. Neste caso, a intensidade num determinado ponto é somada modulo, e o vector de indução magnética é definido como a soma dos vectores de todos os campos magnéticos.
Embora as linhas magnéticas de indução sejam invisíveis, têm certas propriedades:
- Assume-se que as linhas do campo magnético de força saem no pólo (N) e regressam de (S).
- A direcção do vector de indução magnética é tangente à linha.
- Apesar da forma complexa, as curvas não se intersectam e estão necessariamente em curto-circuito.
- O campo magnético no interior do íman é homogéneo e a densidade da linha é máxima.
- Apenas uma linha de indução magnética passa por um ponto no campo.
Direcção das linhas magnéticas de indução dentro de um íman permanente
Historicamente, a propriedade natural de certas pedras para atrair o ferro tem sido observada há muito tempo em muitos lugares na Terra. Com o tempo, na China antiga, setas esculpidas de certa forma a partir de pedaços de minério de ferro (pedra de ferro magnética) transformaram-se em bússolas, mostrando a direcção para os pólos norte e sul da Terra e permitindo a orientação no solo.
As investigações sobre este fenómeno natural mostraram que as ligas de ferro têm uma propriedade magnética mais forte durante mais tempo. Ímanes naturais mais fracos são minérios que contêm níquel ou cobalto. Enquanto estudavam a electricidade, os cientistas aprenderam a fazer artigos artificialmente magnetizados a partir de ligas contendo ferro, níquel ou cobalto. Para tal, foram colocados num campo magnético produzido por uma corrente eléctrica directa e, se necessário, desmagnetizados por uma corrente alternada.
Os produtos magnetizados na natureza ou produzidos artificialmente têm dois pólos diferentes - os locais onde o magnetismo é mais concentrado. Os ímanes interagem entre si por meio de um campo magnético, de modo que os pólos com o mesmo nome se repelem e os pólos com nomes diferentes se atraem. Isto forma momentos de rotação para a sua orientação no espaço de campos mais fortes, por exemplo, o campo da Terra.
Uma representação visual da interacção de elementos magnetizados fracos e um íman forte é dada pela experiência clássica com limalhas de aço espalhadas em cartão e um íman plano por baixo. Especialmente se a serradura for oblonga, pode-se ver claramente como ela se alinha ao longo das linhas de força do campo magnético. Ao alterar a posição do íman debaixo do cartão, observa-se uma alteração na configuração da sua imagem. A utilização de bússolas nesta experiência aumenta ainda mais o efeito de compreensão da estrutura do campo magnético.
Uma das qualidades das linhas de campo magnético descobertas por M. Faraday sugere que eles são fechados e contínuos. As linhas que saem do pólo norte de um íman permanente entram no pólo sul. No entanto, dentro do íman não estão abertos e entram do pólo sul para o pólo norte. O número de linhas no interior do produto é maximizado, o campo magnético é homogéneo e a indução pode tornar-se mais fraca quando desmagnetizado.
Determinação da direcção do vector de indução magnética utilizando a regra da broca
No início do século XIX, os cientistas descobriram que um campo magnético é criado em torno de um condutor com uma corrente a fluir através dele. As linhas de força resultantes comportam-se da mesma forma que um íman natural. Além disso, a interacção entre o campo eléctrico de um condutor com uma corrente e o campo magnético forneceu a base para a dinâmica electromagnética.
A compreensão da orientação no espaço das forças nos campos em interacção permite o cálculo dos vectores axiais:
- Indução magnética;
- Magnitudes e direcções da corrente de indução;
- Velocidade angular.
Este entendimento foi formulado na regra do bórax.
Combinando o movimento de translação da borawlik direita com a direcção da corrente no condutor, obtemos a direcção das linhas do campo magnético como indicado pela rotação da manivela.
Não sendo uma lei da física, a regra do escultor na engenharia eléctrica é utilizada para determinar não só a direcção das linhas de campo magnético dependendo do vector de corrente no condutor, mas pelo contrário, para determinar a direcção da corrente nos fios solenóides devido à rotação das linhas de indução magnética.
A compreensão desta relação permitiu à Ampere justificar a lei dos campos rotativos, o que levou ao desenvolvimento de motores eléctricos de vários princípios. Todos os aparelhos indutivos que empregam bobinas indutivas seguem a regra do bórax.
Regra da mão direita
A determinação da direcção de uma corrente em movimento no campo magnético de um condutor (um lado de uma bobina fechada de condutores) é claramente demonstrada pela regra da direita.
Diz que com a palma direita virada para o pólo N (linhas de alimentação entram na palma) e o polegar deflectido em 90 graus mostrando a direcção do condutor, depois num laço fechado (bobina) o campo magnético induz uma corrente eléctrica, cujo vector de movimento é indicado pelos quatro dedos.
Esta regra demonstra como surgiram originalmente os geradores de corrente contínua. Alguma força da natureza (água, vento) fez rodar um circuito fechado de condutores num campo magnético gerando electricidade. Depois os motores, tendo recebido corrente eléctrica num campo magnético constante, converteram-na em movimento mecânico.
A regra da direita é também verdadeira no caso das bobinas indutoras. O movimento de um núcleo magnético no seu interior produz correntes de indução.
Se os quatro dedos da mão direita estiverem alinhados com a direcção da corrente nas bobinas de uma bobina, então o polegar desviado 90 graus apontará para o pólo norte.
As regras do bórax e a regra da direita demonstram com sucesso a interacção dos campos eléctricos e magnéticos. Tornam a compreensão do funcionamento de vários dispositivos na engenharia eléctrica acessível a quase todos, e não apenas aos cientistas.
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