Balança de Corrente - Relatório 8

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – UFCG
CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – CCT
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II – T 07
PROFESSOR: LINCOLN ARAÚJO
JULIANA DOS SANTOS ARAUJO – 120110998
ENGENHARIA DE MATERIAIS
BALANÇA DE CORRENTE
CAMPINA GRANDE – PB
23 DE MARÇO DE 2022
PREPARAÇÃO - BALANÇA DE CORRENTE
1. Um próton se desloca com velocidade v paralela a um fio longo e reto
percorrido por uma corrente i, no sentido da corrente.
a) Esse próton seria atraído ou repelido pelo fio? Explique.
Sabemos que um elétron movendo-se em um sentido, produz o mesmo efeito
que um próton movendo-se em sentido oposto. Assim, um próton se
deslocando no mesmo sentido de uma corrente elétrica “vê” o fio positivamente
carregado e será repelida do fio.
b) De outro modo, um elétron se desloca em sentido contrário ao próton.
Ele seria atraído ou repelido pelo fio? Explique.
Nesse caso, o elétron também será repelido, pois como a corrente elétrica
corresponde a taxa de variação da carga com o tempo, e o elétron tem carga
negativa indo em mesmo sentido do deslocamento dos elétrons da corrente,
então sofrerá uma força de repulsão.
2. No caso anterior, há um campo elétrico e um campo magnético gerado
pela corrente que circula no fio. Explique o surgimento desses campos.
A corrente elétrica, definida como o movimento ordenado entre as cargas
elétricas presentes em um condutor metálico, gera um campo elétrico dentro
desse condutor, fazendo com que seus elétrons livres desenvolvam um
movimento ordenado. Além disso, se fizermos fluir num fio condutor de
eletricidade uma corrente elétrica, criaremos em torno desse fio um campo
magnético. O campo magnético gerado por um condutor depende não só da
intensidade da corrente que o atravessa como também da forma do condutor –
se ele é retilíneo ou espiralado. O campo magnético gerado por um fio condutor
atua em todos os pontos ao seu redor.
3. Escreva a expressão da força resultante que atua no próton e no
elétron da questão 1 e explique cada termo.
4. No experimento de Balança de Corrente, tem-se uma espira retangular
inserida no campo magnético gerado pelos pólos de um ímã permanente,
dispostos de modo que o polo norte se localiza à esquerda e o polo sul à
direita. O lado inferior da espira é inserido entre os polos do imã.
Considerando que esse lado da espira é percorrido por uma corrente I,
surge uma força magnética F que puxa a espira para baixo.
a) Explique a origem dessa força.
b) O que você faria para inverter o sentido dessa força?
c) Calcule o módulo de F. Dados: B = 100 mT, I = 2 A e L = 50 mm
(Comprimento do lado inferior da espira).
5. Dois fios paralelos, longos e retos são percorridos por corrente i, iguais
e de mesmo sentido, separados por uma distância d. Obtenha a
expressão da força que atua de um fio sobre o outro. Eles se atraem ou se
repelem? Mostrem nos fios os pontos onde a força magnética F atua.
Calculando primeiramente a intensidade do campo magnético B1 na posição
do fio 2, temos que o campo produzido pela corrente i1 vale:
Em seguida, calculando o módulo da força magnética que atua sobre o fio 2
por meio da seguinte equação: F1 = B1.i2.L. Então, podemos ver que a força
magnética que atua no fio 2 é dada pela seguinte relação:
De tal modo, podemos dizer que o mesmo efeito ocorre para o campo
magnético gerado pelo fio 2. Assim, o campo magnético criado pela corrente i2,
na posição do fio 1, também produz uma força sobre a corrente i1. Se as
correntes estiverem no mesmo sentido, a força magnética entre os fios será de
atração. Caso as correntes possuam sentidos contrários, a força será de
repulsão entre os fios.
INTRODUÇÃO
Objetivos do experimento
Análise da força magnética de um campo magnético uniforme sobre um
segmento retilíneo de corrente.
Procedimento Experimental
O material utilizado foi:
● Balança;
● Blocos polares;
● Placas com espiras condutoras retangulares;
● Fonte;
● Amperímetro;
● Cabos;
● Teslômetro.
Para a realização desse experimento é necessário que se faça a montagem do
circuito abaixo:
Pendurou-se a espira escolhida no braço da balança e a equilibrou de modo
que a secção horizontal do condutor ficasse perpendicular às linhas de campo -
sendo a secção horizontal do condutor ajustada, no centro do campo uniforme.
Logo após, ajustou-se a balança e mediu-se a massa inicial das espiras. A
massa inicial m0 das espiras é determinada sem campo magnético. O campo
magnético é então inserido, e a massa m (aparentemente aumentada) é
medida, a Força Magnética é igual à Força obtida pela diferença entre as duas
leituras de massas (m – m0), que corresponde ao peso necessário para
equilibrar a força magnética provocada pela corrente I.
m0 = 38,12g Lfixo=100mm
Variou-se a corrente no condutor em intervalos de 0,5 A, utilizando o ajuste da
fonte de corrente, em seguida anotaram-se os valores obtidos na tabela 1.
TABELA 1:
Depois, com a corrente fixada em I = 2 A, substituíram-se os condutores de
corrente por outro e repetiram-se os procedimentos e os valores de m0(g) e
m(g) foram anotados. Repete-se para os outros condutores de corrente.
Anotaram-se os dados na tabela 2.
Usando o teslômetro efetuou-se a medida do campo magnético no centro da
abertura de 1 cm do ímã permanente. Observou-se que antes de efetuar a
medida o teslômetro devia ser “zerado” e colocado na posição de medição de
campo contínuo, o que é feito colocando-se a ponta de prova tangencial
distante do campo de atuação do ímã e ajustando o cursor de "zeramento".
Anotou-se o valor de B (mT): B = 85 mT.
CÁLCULOS DO EXPERIMENTO
O valor experimental de B, e os gráficos para F (força) em função de I
(corrente) e F (força) em função de L (comprimento) encontram-se em anexo.
Comparou-se o gráfico de FxI com o esperado (F = mg) e também o gráfico
FxL com o valor esperado que se encontra no anexo. Com o gráfico da tabela 1
obteve-se que
F = ∆M . g
P1(0,25;2,0) P2(4,25;36,6) tgθ = y2-y1/x2-x1 =
8,65 .10-3N/A L =100mm = 100.10-3 m tgθ = B.
8,65 .10-3= B x 100.10-3 ->B = 86,5 mT
Comparando o valor teórico que é B = 85 mT, temos:
Desvio Percentual = | valor teórico - valor medido |/valor teórico.100 = 0,1%
Utilizando a equação F = ILB, calculamos o valor do campo magnético B para
cada corrente da tabela 1.
Utilizando a equação F = ILB, calculamos o valor do campo magnético B para
cada comprimento da tabela 2.
CONCLUSÃO
O lado inferior da espira retangular contribui para a força magnética que atua
em toda a espira, pois nas duas seções verticais da espira os elétrons fluem
em direções opostas, e as duas forças se cancelam. A dispersão dos valores
determinados pela indução magnética é devido a influência da variação do
campo magnético pela extremidade não ser perfeitamente uniforme, mostrando
forças na parte horizontal da espira - onde os efeitos são maiores com espiras
curtas desde que as forças de Lorentz medidas sejam pequenas. Os valores
encontrados na primeira parte do experimento foram bem favoráveis com erros
pequenos e próximos do esperado. Porém na segunda parte observa-se que
os pontos do gráfico ficaram distantes da reta, provavelmente devido aos erros
práticos de se trabalhar com grandezas em escalas reduzidas (F em 10^-3N e
L em 10^-3m), e assim o erro percentual obtido na medida do campo
magnético foi maior.
ANEXOS
Gráfico I Referente a Tabela I:
Gráfico II Referente a Tabela II: