Preparação experimento 03 - Balança de corrente

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 
	
UFCG / CCT / UAF - DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II 
PROFESSOR:MARCOS GAMA 
ALUNO(A):GUSTAVO DOS SANTOS VILAR TURMA: 10
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.
b. De outro modo, um elétron se desloca em sentido contrário ao próton. Ele seria atraído ou repelido pelo fio? Explique.
a. O próton seria atraído pelo fio. Isso ocorre devido à interação entre a carga elétrica do próton e a corrente elétrica no fio. Quando há uma corrente elétrica em um condutor, cria-se um campo magnético ao redor do fio. Esse campo magnético interage com a carga elétrica em movimento (no caso, o próton) de acordo com a Lei de Ampère. O próton possui carga positiva, e o campo magnético gerado pela corrente no fio induz um movimento de cargas elétricas negativas (elétrons) no próton. Esse movimento relativo de cargas cria uma força que atrai o próton em direção ao fio.
b. O elétron também seria atraído pelo fio. Mesmo que o elétron tenha uma carga negativa, a interação com o campo magnético gerado pela corrente no fio continua a ser atrativa. De acordo com a Lei de Ampère, o campo magnético induz um movimento de cargas elétricas no elétron, gerando uma força atrativa em relação ao fio. Portanto, tanto o próton quanto o elétron seriam atraídos pelo fio quando se movem paralelamente a ele, no sentido da corrente.
2. No caso anterior, há um campo elétrico e um campo magnético gerado pela corrente que circula no fio. Explique o surgimento desses campos.
	No caso anterior, quando há uma corrente elétrica circulando em um fio reto e longo, dois campos físicos são gerados: um campo elétrico e um campo magnético.
O campo elétrico é gerado devido à presença das cargas elétricas em movimento. A corrente elétrica consiste no fluxo de cargas elétricas (elétrons) ao longo do fio. Essas cargas em movimento geram um campo elétrico ao seu redor. De acordo com a Lei de Gauss, a carga elétrica em movimento produz linhas de campo elétrico que se estendem radialmente a partir do fio.
	O campo magnético é gerado devido ao efeito combinado da corrente elétrica e das leis do eletromagnetismo. Quando a corrente elétrica passa pelo fio, cria-se um campo magnético ao seu redor. Esse fenômeno é descrito pela Lei de Ampère, que estabelece que a corrente elétrica em um condutor produz linhas de campo magnético que formam círculos concêntricos em torno do fio.
3. Escreva a expressão da força resultante que atua no próton e no elétron da questão 1 e explique cada termo.
	A expressão da força resultante que atua no próton e no elétron quando estão se deslocando paralelamente a um fio percorrido por uma corrente é dada pela Lei de Laplace, que relaciona a força magnética com a corrente e o campo magnético. A expressão é a seguinte:
						F = q(v x B)
	Onde:
		F é a força resultante aplicada na carga elétrica (próton ou elétron).
		q é a carga da partícula (carga do próton ou carga do elétron).
		v é a velocidade da partícula.
		B é o vetor do campo magnético.
4. No experimento de Balança de Corrente, tem-se uma espira retangular inserida no campo magnético gerado pelos polos de um imã 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 = 2,5 A e L = 100 mm (Comprimento do lado inferior da espira).
a. A origem dessa força magnética surge devido à interação entre a corrente elétrica que passa pelo 	fio da espira e o campo magnético gerado pelos polos do imã. De acordo com a Lei de Ampère 	e a Lei de Lorentz, quando uma corrente elétrica percorre um fio em um campo magnético, 	ocorre uma força magnética resultante sobre o fio. Essa força é perpendicular tanto à 	corrente quanto ao campo magnético e segue a regra da mão direita, onde o polegar da mão 	direita aponta na direção da corrente e os demais dedos representam a direção da força 	magnética.
b. Para inverter o sentido dessa força magnética, existem algumas opções:
		Inverter a direção da corrente elétrica que passa pelo fio da espira.
	Inverter a polaridade dos polos do imã (trocar o polo norte pelo polo sul e vice-versa).
	Inverter a orientação do fio da espira em relação ao campo magnético (girar a espira em 180 graus).
c. Para calcular o módulo da força magnética (F), podemos usar a seguinte fórmula:
						F = B * I * L
		Onde:
			B é a intensidade do campo magnético.
			I é a corrente elétrica que percorre o fio da espira.
			L é o comprimento do lado inferior da espira.
Substituindo os valores dados:
F = (0,1 T) * (2,5 A) * (0,1 m) F = 0,025 N
Portanto, o módulo da força magnética (F) é de 0,025 Newtons.
d. 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.
	Para obter a expressão da força que atua entre os dois fios paralelos percorridos por correntes iguais e de mesmo sentido, podemos utilizar a Lei de Ampère e a Lei de Biot-Savart. A força resultante entre os fios é dada por:
						F = (μ₀ * i₁ * i₂ * L) / (2π * d)
	Onde:
		F é a força resultante entre os fios.
		μ₀ é a permeabilidade magnética do vácuo (4π x 10^(-7) T*m/A).
		i₁ e i₂ são as correntes nos fios.
		L é o comprimento dos fios considerados no cálculo.
		d é a distância entre os fios.
Na expressão acima, podemos ver que a força resultante é proporcional ao produto das correntes nos fios (i₁ e i₂) e ao comprimento dos fios (L). A força é inversamente proporcional à distância entre os fios (d).
Quanto ao comportamento da força, a atração ou repulsão depende do sentido das correntes nos fios. Se as correntes estiverem no mesmo sentido, os fios se atraem. Se as correntes estiverem em sentidos opostos, os fios se repelem. Para determinar o sentido da força, podemos aplicar a regra da mão direita, onde o polegar representa a direção da corrente em um fio e os dedos envolvem o fio em questão, apontando para o sentido da força resultante.