Relatório de Física Experimental - Campo magnético

Ação do Campo Magnético sobre a Corrente Elétrica & Corrente Induzida por Variação de Fluxo Magnético

Bianca Theodoro Julie Correia Lucas Almeida Pedro Túlio Rafael Silveira

Física Experimental II (G2) 29 de outubro de 2015 Bancada 1

1. INTRODUÇÃO A lei de Faraday estabelece que esta força eletromotriz induzida é decorrente da variação temporal do fluxo do campo magnético através da superfície S limitada pela curva C. Essencialmente esta lei estabelece que onde há um campo magnético variável no tempo há também um campo elétrico diferente em sua essência do campo eletrostático produzido por cargas elétricas em repouso. O sinal negativo que aparece na lei de Faraday se deve a Lenz o qual atentou para o fato de que a corrente induzida deve atuar no sentido de anular a variação temporal do fluxo magnético e consequentemente a fem induzida. Se isto não ocorresse bastaria iniciar o processo que o mesmo se autosustentaria violando desta feita o princípio de conservação da energia. No caso particular de um arranjo constituído por um solenoide de N espiras e um imã cilíndrico o fluxo magnético através do solenoide é igual à soma dos N fluxos através de cada uma das espiras e como tal pode ser escrito na forma Φs = NΦ0 onde Φ0 é o fluxo através de uma espira do solenoide. Assim podemos escrever

ε = − N*dΦ0/dt

Diagrama esquemático das linhas de campo magnético de um imã permanente em movimento interagindo com uma espira condutora. A corrente induzida na espira gera um campo magnético, o qual se subtrai do campo do imã, a fim de anular a variação temporal do fluxo magnético em decorrência da aproximação do mesmo.

O campo no interior do mesmo pode ser obtido facilmente aplicandose a lei de Ampère. Se considera que o mesmo seja muito longo e que as espiras se encontrem compactadas de tal forma que o espaçamento entre as mesmas é desprezível. O resultado obtido utilizando-se a lei de Ampère é válido para um solenoide onde o raio do mesmo é muito menor que o comprimento estando o ponto em questão distante das bordas. Observarse do esquema apresentado na figura que o campo magnético é bastante uniforme na região central do solenoide (plano perpendicular ao eixo de simetria equidistante das bordas).

Diagrama esquemático das linhas de campo magnético de um solenoide transportando uma corrente elétrica i.

2. MATERIAL UTILIZADO 1ª Prática  1 Conjunto para experimento de força magnética  1 Pêndulo de metal  1 Imã em forma de U  1 Motor elétrico elementar  2 Cabos de ligação

2ª Prática  1 Miliamperímetro  1 Imã com cabo  2 Cabos de ligação  1 Bobina de 200/400/600 espiras

3.PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 1ª Prática Parte I – Força Magnética e a Regra da Mão Direita Espalmada

Montamos o equipamento conforme mostra a figura a cima, com o polo norte do imã para cima e identificamos o sentido do campo que é para baixo. Após isso, identificamos o sentido convencional da corrente que circula do polo positivo para o negativo. Aplicamos a regra da mão direita espalmada para identificar a direção e o sentido da força magnética e verificamos que a força magnética tem orientação da esquerda para direita. Ao ligar a fonte DC observamos que o experimento confirma a regra da mão direita. Após inverter o sentido da corrente observamos que o sentido da força magnética foi exatamente o oposto (direita p/ esquerda). Quando giramos o imã em forma de U para inverter o sentido do campo magnético observamos que o campo magnético e a força magnética inverte o sentido.

Parte II – Funcionamento do Motor Elétrico

Após terminada a primeira parte, removemos o pêndulo e colocamos dois suportes circulares entre os polos do imã e a bobina do motor elementar como mostra a figura a cima. Aplicamos a regra da mão direita espalmada e determinamos que a direção da força elétrica é para cima e a direção da força magnética é da esquerda para direita. Observamos também que o rotor gira no sentido antihorário, como foi previsto com o teste da mão direita.

2ª Prática Corrente Induzida por Variação de Fluxo Magnético

Conectamos o galvanômetro à bobina nos bornes para usar 200 espiras e identificamos o polo (N e S) na extremidade do imã provido de cabo. Movimentamos o imã introduzindo-o no interior da bobina e observamos que o galvanômetro varia, transmitindo uma corrente que pode ser visualizada com miliamperímetro. Quando o imã atravessa a bobina cria-se um fluxo magnético que tende a opor o campo magnético do imã. Quando estabilizamos o imã no interior da bobina o ponteiro do galvanômetro se estabiliza em 0. Quando movimentamos o imã tirando de dentro da bobina observamos que o galvanômetro mede valores negativos. Utilizamos uma bússola para identificar a polaridade do imã indutor, parte superior está no norte e inferior está no sul. Aplicando a lei de Lenz identificamos o sentido da corrente induzida na bobina quando aproximamos do polo norte do imã verificamos que o sentido da corrente corresponde com o sentido dos cabos de alimentação, saí do vermelho (positivo) e vai para o preto (negativo).

A polaridade do campo magnético originado pela corrente induzida na parte externa da bobina é alterada, pois depende do sentido da indução magnética. Não há corrente induzida quando imã está em repouso porque não existe variação do campo magnético e a corrente só aparece quando existe variação do campo. Quando repetimos os procedimentos com as bobinas de 400 e 600 espiras verificamos que a deflexão do ponteiro do galvanômetro se altera porque quanto mais bobinas possuímos maior será a corrente induzida. 200 bobinas -> corrente de 0,4A 400 bobinas -> corrente de 0,6A 600 bobinas -> corrente de 1,0A

4. CONCLUSÃO Vimos nos experimentos aplicações das leis de Faraday e Lenz. Que induz que o circuito através do qual o fluxo varia com o tempo, é induzida uma fem. Essa variação pode ser obtida de duas maneiras. Por meio de deslocamento de um condutor ou por meio da variação da intensidade ou da direção da indução através de um circuito fixo. No caso da lei de Lenz ela difere um pouco com as diferentes ‘’ causas’’ da fem. Ela estabelece que:’’ O sentido de uma fem. induzida e tal que ela se opõe a causa que produz’’. Entendemos que a fem. se opõe a variação do fluxo e não ao próprio fluxo.