Com Base nos experimentos realizados na última aula em laboratório, responda as seguintes perguntas:
Explique a diferença observada na barra ferromagnética no segundo experimento. Observamos que quando o circuito era magnetizado com tensão contínua a barra não esquentava e quando o circuito foi magnetizado com tensão alternada a barra ferromagnética apresentou um aquecimento,
Explique a diferença observada na barra ferromagnética no segundo experimento. Observamos que quando o circuito era magnetizado com tensão contínua a barra não esquentava e quando o circuito foi magnetizado com tensão alternada a barra ferromagnética apresentou um aquecimento,
Passo 1
Beleza, então o que o enunciado pede?
A gente fez dois experimentos num laboratório com uma barra de material ferromagnético. No primeiro, aplicou tensão contínua (DC) e a barra não esquentou. No segundo, aplicou tensão alternada (AC) e a barra esquentou. A questão tá em Magnetismo (propriedades dos materiais ferromagnéticos) e a gente vai usar conceitos de:
A gente fez dois experimentos num laboratório com uma barra de material ferromagnético. No primeiro, aplicou tensão contínua (DC) e a barra não esquentou. No segundo, aplicou tensão alternada (AC) e a barra esquentou. A questão tá em Magnetismo (propriedades dos materiais ferromagnéticos) e a gente vai usar conceitos de:
- Histerese magnética
- Perdas por correntes parasitas (eddy currents)
- Lei de Faraday e de Lenz
Passo 2
Vamos falar rapidamente do que é ferromagnetismo e magnetização:
Um material ferromagnético tem “domínios” magnéticos internos. Quando você aplica um campo magnético (H), esses domínios se alinham com o campo, gerando uma magnetização (B). Se esse campo for constante (DC), os domínios alinham e permanecem quase estáticos.
Um material ferromagnético tem “domínios” magnéticos internos. Quando você aplica um campo magnético (H), esses domínios se alinham com o campo, gerando uma magnetização (B). Se esse campo for constante (DC), os domínios alinham e permanecem quase estáticos.
Passo 3
Teoria da histerese magnética:
- Se a gente variar o campo magnético de forma cíclica (como na tensão alternada), B não volta pelo mesmo caminho quando H diminui. Isso gera um “loop de histerese” no gráfico B×H.
- A área desse loop é energia dissipada por ciclo, virando calor.
Matematicamente, a perda por histerese por segundo vale:
onde
é a frequência da AC. Quanto maior a frequência, mais ciclos por segundo e mais calor.
Passo 4
Perdas por correntes parasitas (eddy currents):
- Quando o campo magnético varia, ele induz tensões dentro da própria barra (Lei de Faraday).
- Essas tensões geram correntes circulantes no interior do metal, que, por causa da resistência do material, também dissipot calor.
Uma fórmula de ordem de grandeza dessas perdas é:
onde
é a espessura da peça,
é o valor máximo do fluxo magnético e
a frequência.
Passo 5
Comparando DC vs AC:
- Com tensão contínua (DC), o campo magnético é constante depois da magnetização inicial. Não há variação de H nem de B, então:
- Não há loop de histerese cíclico (perdas por ciclo são quase zero).
- Não há variação de fluxo ⇒ não surgem correntes parasitas.
- Com tensão alternada (AC), o campo fica mudando de direção e intensidade várias vezes por segundo. Aí temos histerese a cada ciclo e correntes parasitas – tudo isso vira calor.
Resposta
A barra não esquenta com DC porque, depois de magnetizada, o campo é estático e não gera nem perdas por histerese nem correntes parasitas. Já com AC o campo varia continuamente, provocando perdas por histerese (
) e por correntes parasitas (
), o que faz a barra aquecer.