Aprofundar nossa discussão sobre a teoria elétrica do áudio do carro nos leva a uma discussão de como o fluxo de eletricidade através de um condutor cria campos magnéticos ao redor do condutor. Compreender a relação entre o fluxo de corrente e o magnetismo é crucial para entender como um alto-falante funciona.
História do Eletromagnetismo
A primeira correlação documentada entre eletricidade e magnetismo veio de Gian Domenico Romagnosi, um jurista italiano do século XIX que notou que um agulha magnetizada movida na presença de uma pilha voltaica (o predecessor de uma bateria). Hans Christian Ørsted observou uma ocorrência semelhante em abril de 1820. Ele estava preparando materiais para uma palestra noturna e notou que uma agulha de bússola mudava de direção quando ele conectava uma bateria a um circuito. Nem Romagnosi nem Ørsted puderam explicar o fenômeno, mas sabiam que havia uma relação definida.
Em 1873, James Clark Maxwell lançou uma publicação intitulada
Um Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo , o que explica a presença de quatro efeitos:
- Cargas elétricas se atraem ou se repelem com uma força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas:cargas diferentes se atraem, cargas iguais se repelem.
- Os pólos magnéticos (ou estados de polarização em pontos individuais) se atraem ou se repelem de maneira semelhante às cargas positivas e negativas e sempre existem como pares:todo pólo norte está ligado a um pólo sul.
- Uma corrente elétrica dentro de um fio cria um campo magnético circunferencial correspondente fora do fio. Sua direção (no sentido horário ou anti-horário) depende da direção da corrente no fio.
- Uma corrente é induzida em uma espira de fio quando ela se aproxima ou se afasta de um campo magnético, ou um imã é movido para perto ou se afasta dele; a direção da corrente depende da direção do movimento.
O que causa um campo magnético quando a eletricidade flui?
Eletricidade é o movimento de elétrons para dentro e para fora de um condutor. Um elétron entra na extremidade de um condutor, colide com outro elétron e assim por diante até que um elétron diferente deixe a outra extremidade do condutor e entre na carga.
Como há efetivamente mais elétrons no condutor quando a corrente está fluindo, o equilíbrio de elétrons carregados negativamente para íons carregados positivamente é perturbado e, portanto, causa um desequilíbrio no campo magnético ao redor do condutor.
Poderíamos dedicar milhares de palavras para explicar como os átomos funcionam. Mas, resumindo, o núcleo de um átomo tem um núcleo de prótons carregados positivamente com um monte de elétrons carregados negativamente circulando esse núcleo. Quando não há fluxo de corrente, um átomo não tem um campo magnético porque a quantidade e o caminho dos elétrons ao redor dos prótons são equilibrados. Quando empurramos um elétron de um átomo para outro, os átomos ficam desequilibrados e, assim, produzem um campo magnético líquido.
Uma explicação em escala maior
Quando a eletricidade flui do terminal positivo de uma bateria para o negativo, um campo magnético é criado ao redor do condutor. Se você observar a imagem abaixo, verá a direção do campo magnético em relação ao fluxo de energia.
Nas escolas, isso é muitas vezes referido como a regra da mão direita. Se você envolver sua mão direita em torno de um condutor com o polegar estendido para cima na direção do fluxo de corrente (colocando positivo abaixo de sua mão e negativo acima), seus dedos apontam na direção do campo magnético.
Tenha em mente que para sinais de áudio, a polaridade da corrente muda de positiva para negativa da mesma forma que as vibrações produzidas por alguém falando ou tocando um instrumento pressurizam e rarefazem o ar para produzir som.
Como o magnetismo faz um alto-falante funcionar
Os alto-falantes convencionais de bobina móvel usam uma bobina de fio (chamada bobina de voz) e um ímã fixo. A eletricidade do amplificador flui através da bobina de voz e cria um campo magnético. A polaridade do campo magnético puxa a voz para dentro ou a empurra para fora em uma quantidade proporcional à força do campo magnético.
O diagrama abaixo mostra a força exercida na bobina de voz com a corrente fluindo através da metade positiva da forma de onda de áudio.
Este diagrama mostra a força exercida na bobina de voz com a corrente fluindo através da metade negativa da forma de onda de áudio.
À medida que a polaridade da corrente se inverte, o mesmo acontece com a força exercida na bobina de voz, que é presa ao cone do alto-falante através do formador da bobina de voz.
O magnetismo nem sempre é benéfico
Em relação aos alto-falantes, dependemos e precisamos de campos magnéticos para que funcionem. Com isso dito, o magnetismo nem sempre funciona a nosso favor.
Se houver uma grande quantidade de corrente fluindo através de um condutor, haverá um forte campo magnético ao redor desse condutor. Se colocarmos outro condutor nesse campo magnético, uma tensão será produzida no segundo pedaço de fio.
Em nossos veículos, muitos dispositivos como ventiladores, sensores, alternador, módulos de controle de iluminação e computadores criam campos magnéticos contendo ruído de alta frequência. Quando uma interconexão mal blindada passa por um desses campos, ela pode captar esse ruído e produzir uma tensão no condutor. This phenomenon is why it’s important for your installer to run the interconnect cables and often the speaker wires in your car away from sources of electrical noise.
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In our next article, we are going to talk about inductance and capacitance and how those characteristics affect high-frequency electrical signals.
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