aula 9

Prévia do material em texto

<p>Campainhas e telefones</p><p>Física</p><p>3o bimestre – Aula 09</p><p>Ensino Médio</p><p>● Eletromagnetismo. ● Analisar o campo magnético em</p><p>algumas configurações particulares</p><p>e, por fim, aplicá-los na</p><p>compreensão de um eletroímã;</p><p>● Compreender as características do</p><p>campo magnético gerado por uma</p><p>espira, por uma bobina e por um</p><p>solenoide.</p><p>As imagens a seguir mostram um eletroímã caseiro com duas configurações diferentes:</p><p>uma com o fio condutor enrolado no prego e outra substituindo o prego por plástico. Qual</p><p>delas gera um campo magnético mais intenso? Justifique sua resposta com base nos seus</p><p>conhecimentos sobre eletromagnetismo.</p><p>Comparando eletroímãs: prego vs. plástico</p><p>Se curvarmos um fio condutor de</p><p>maneira a formar um círculo, obteremos</p><p>uma espira circular. Motores elétricos,</p><p>transformadores e indutores fazem uso</p><p>das chamadas bobinas chatas, que são</p><p>diversas espiras circulares justapostas.</p><p>Campo magnético em espiras circulares</p><p>Arranjo de um experimento utilizando espiras</p><p>CONTINUA</p><p>Considere uma espira circular com um raio R, percorrida por uma corrente elétrica de</p><p>intensidade i. O vetor indução magnética, no centro da espira, tem as seguintes</p><p>características:</p><p>Direção: normal ao plano da espira.</p><p>Sentido: dado pela regra da mão direita.</p><p>Intensidade: dada por: 𝑩 =</p><p>𝝁∙𝒊</p><p>𝟐𝑹</p><p>𝝁 = permeabilidade magnética.</p><p>𝒊 = intensidade de corrente elétrica.</p><p>𝑹 = Raio da espira circular</p><p>Campo magnético em espiras circulares</p><p>Espira circular de raio R, percorrida por uma corrente elétrica i</p><p>1. Uma espira circular de raio 2𝜋 cm é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i</p><p>= 4 A, no sentido anti-horário. Determine a direção, o sentido e a intensidade do vetor</p><p>indução magnética 𝑩 no centro da espira.</p><p>Dado: 𝜇 = 4𝜋 ∙ 10-7 (T∙m)/A.</p><p>Exercício proposto</p><p>1. Uma espira circular de raio 2𝜋 cm é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i</p><p>= 4 A, no sentido anti-horário. Determine a direção, o sentido e a intensidade do vetor</p><p>indução magnética 𝑩 no centro da espira.</p><p>De acordo com a regra da mão direita, o vetor indução magnética está “saindo” do</p><p>centro da espira. Sua intensidade é dada por: B =</p><p>𝛍∙𝐢</p><p>𝟐𝐑</p><p>.</p><p>Sendo 𝛍 = 𝟒𝛑 ∙ 10-7 𝐓∙𝐦</p><p>𝐀</p><p>, i = 4,0 A e R = 2𝛑 cm. Daí vem:</p><p>B =</p><p>𝟒𝛑∙𝟏𝟎−𝟕∙ 𝟒</p><p>𝟐∙𝟐𝛑∙𝟏𝟎−𝟐</p><p>B = 4,0.10-5 T</p><p>Correção</p><p>Como vimos anteriormente, externamente a um ímã, as linhas de indução orientam-se do</p><p>polo norte para o polo sul. O mesmo acontece em uma espira percorrida por uma corrente</p><p>elétrica, na qual uma face é polo norte e outra é polo sul.</p><p>Polos magnéticos da espira</p><p>Polos magnéticos em espiras circulares percorridas por corrente elétrica.</p><p>CONTINUA</p><p>Polos magnéticos da espira</p><p>Face norte: corrente circulando no</p><p>sentido anti-horário, o vetor indução</p><p>magnética está “saindo” do centro</p><p>da espira.</p><p>Face sul: corrente circulando no sentido</p><p>horário, o vetor indução magnética está</p><p>“entrando” do centro da espira.</p><p>Um enrolamento condutor cilíndrico constituído de n espiras, em que a espessura de</p><p>cada espira é bem menor do que o diâmetro, denomina-se bobina chata. O vetor indução</p><p>magnética, no centro da espira, tem intensidade dada por:</p><p>𝑩 =</p><p>𝒏 ∙ 𝝁 ∙ 𝒊</p><p>𝟐𝑹</p><p>Campo magnético em bobinas</p><p>A direção e o sentido do campo magnético em</p><p>bobinas é análogo ao de uma espira</p><p>Figura ilustrativa de uma bobina chata</p><p>2. Em uma bobina chata com raio de 20 cm circula uma corrente de 8 A. Sabendo que o</p><p>campo magnético produzido é de 2,51 ∙ 10-3 T, determine o número de espiras da bobina.</p><p>Dado: 𝜇 = 4𝜋 ∙ 10-7 𝑇 ∙𝑚/𝐴 e 𝜋 = 3,14</p><p>Exercício proposto</p><p>2. Em uma bobina chata com raio de 20 cm circula uma corrente de 8 A. Sabendo que o campo</p><p>magnético produzido é de 2,51 ∙ 10-3 T, determine o número de espiras da bobina.</p><p>Sendo 𝝁 = 𝟒𝝅 ∙10-7 𝑻.𝒎</p><p>𝑨</p><p>, B = 2,51∙ 10-3 T, i = 8,0 A, 𝝅 = 3,14 e R = 20 cm. Utilizamos a relação:</p><p>𝑩 =</p><p>𝒏 ∙ 𝝁 ∙ 𝒊</p><p>𝟐𝑹</p><p>Substituindo os valores:</p><p>𝟐, 𝟓𝟏 ∙ 𝟏𝟎−𝟑=</p><p>𝒏 ∙ 𝟒𝝅 ∙ 𝟏𝟎−𝟕 ∙ 𝟖</p><p>𝟐 ∙ 𝟐𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟐</p><p>Isolando a variável n, obtemos: n = 100 espiras</p><p>Correção</p><p>Os solenoides são bobinas cujas espiras circulares são espaçadas uniformemente. O campo</p><p>magnético (B) gerado no interior de um solenoide é uniforme. Ele dependerá do número de</p><p>espiras (n) e do comprimento (L) do solenoide. Sua intensidade é dada por:</p><p>𝑩 =</p><p>𝒏 ∙ 𝝁 ∙ 𝒊</p><p>𝑳</p><p>Campo magnético em solenoides</p><p>A direção de 𝐁 ⃗ é determinada ao longo do</p><p>eixo do solenoide.</p><p>O sentido de 𝐁 ⃗ é determinado pela regra da</p><p>mão direita.</p><p>Figura ilustrativa de um solenoide</p><p>3. Um solenoide retilíneo de 100 cm contém 2000 espiras. Se esse equipamento for</p><p>percorrido por uma corrente de 5 A, qual será o valor do campo magnético produzido por</p><p>ele?</p><p>Dados:</p><p>𝜇 = 4𝜋 ∙ 10-7 𝑇∙𝑚/𝐴</p><p>𝜋 = 3,14</p><p>Exercício proposto</p><p>3. Um solenoide retilíneo de 100 cm contém 2000 espiras. Se esse equipamento for</p><p>percorrido por uma corrente de 5 A, qual será o valor do campo magnético produzido por</p><p>ele?</p><p>Sendo 𝝁 = 𝟒𝝅 ∙10-7 𝑻∙𝒎</p><p>𝑨</p><p>, L = 100 cm, n = 2000, 𝝅 = 3,14 e i = 5,0 A. Utilizamos a relação:</p><p>𝑩 =</p><p>𝒏 ∙ 𝝁 ∙ 𝒊</p><p>𝑳</p><p>Substituindo os valores:</p><p>𝑩 =</p><p>𝟐𝟎𝟎𝟎 ∙ 𝟒𝝅 ∙ 𝟏𝟎−𝟕 ∙ 𝟓</p><p>𝟏𝟎𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟐</p><p>𝑩 = 𝟏𝟐, 𝟓𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝑻</p><p>Correção</p><p>Prática experimental</p><p>Construção de eletroímãs, materiais necessários:​</p><p>● Dois pregos grossos;​</p><p>● Fio esmaltado para motor;​</p><p>● Pilha grande nova e alcalina;​</p><p>● Materiais ferromagnéticos (clipes, parafusos, preguinhos ou moedas);​</p><p>● Bússola para identificar os polos do eletroímã;​</p><p>● Canudo de refresco.​</p><p>CONTINUA</p><p>Prática experimental: montagem</p><p>1. Enrole o fio ao redor de 5 cm do prego. Certifique-se de que o fio esteja bem próximo e</p><p>organizado.​</p><p>2. Reserve 30 cm do fio de um lado e comece a enrolar o resto do fio ao redor do prego,</p><p>partindo de uma ponta e seguindo até a outra. As voltas devem ser organizadas e</p><p>próximas umas das outras.​</p><p>3. Ao chegar na outra ponta do prego, inicie uma nova camada e repita o processo até</p><p>enrolar todo o fio. Certifique-se de deixar 30 cm de fio na outra extremidade da bobina</p><p>para a conexão com a pilha.​</p><p>4. Lixe as pontas do fio com uma lixa para remover qualquer revestimento. ​</p><p>5. Conecte o fio livre de uma ponta da bobina ao terminal negativo da pilha, e o outro fio ao</p><p>terminal positivo.​</p><p>CONTINUA</p><p>Prática experimental</p><p>Procedimento experimental:​</p><p>1a parte:​</p><p>● Aproxime a cabeça do prego de materiais ferromagnéticos;​</p><p>● Explique o que aconteceu. Justifique sua resposta com base no que você estudou</p><p>sobre eletromagnetismo. ​</p><p>Se o circuito for aberto (desligado), o que deverá acontecer?​</p><p>2a parte:​</p><p>● Abra (desligue) o circuito e observe o que ocorre. Anote suas conclusões.</p><p>TODO</p><p>MUNDO</p><p>ESCREVE</p><p>CONTINUA</p><p>Prática experimental</p><p>3a parte:​</p><p>● Pegue um segundo prego e coloque-o dentro de um canudo de refresco;</p><p>● Repita o procedimento usando esse prego dentro do canudo para construir outro</p><p>eletroímã;</p><p>● Ligue o circuito;</p><p>● Coloque e remova o prego para observar a influência do material ferromagnético;</p><p>● Compare com ​o experimento de outros colegas.</p><p>VIRE E</p><p>CONVERSE</p><p>● Analisamos campos</p><p>magnéticos em</p><p>algumas configurações</p><p>particulares e, por fim,</p><p>aplicamos esse</p><p>conhecimento na</p><p>compreensão de um</p><p>eletroímã;</p><p>● Compreendemos as</p><p>características do</p><p>campo magnético</p><p>gerado por uma espira,</p><p>por uma bobina e por</p><p>um solenoide.</p><p>GUALTER. J. B.; NEWTON. V. B; HELOU, R. D. Tópicos de Física 3. São Paulo: Saraiva,</p><p>2012.</p><p>LEMOV, D. Aula nota 10: 49 técnicas para ser um professor campeão de audiência. São</p><p>Paulo: Da Boa Prosa/Fundação Lemann, 2011.</p><p>MARTINI, G. et al. Conexões com a Física. São Paulo: Moderna, 2016.</p><p>PIETROCOLA, M. et al. Física em contextos 1. São Paulo: Editora do Brasil, 2016.</p><p>SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Currículo Paulista: etapa Ensino Médio,</p><p>2020. Disponível em: https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-</p><p>content/uploads/2023/02/CURR%C3%8DCULO-PAULISTA-etapa-Ensino-</p><p>M%C3%A9dio_ISBN.pdf. Acesso em: 7 jun. 2024.</p><p>https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/2023/02/CURR%C3%8DCULO-PAULISTA-etapa-Ensino-M%C3%A9dio_ISBN.pdf</p><p>https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/2023/02/CURR%C3%8DCULO-PAULISTA-etapa-Ensino-M%C3%A9dio_ISBN.pdf</p><p>https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/2023/02/CURR%C3%8DCULO-PAULISTA-etapa-Ensino-M%C3%A9dio_ISBN.pdf</p><p>Lista de imagens e recursos</p><p>Slide 1 – Imagem da capa – SEDUC</p><p>Slide 3 – Elaborado especialmente para a aula com imagens © Getty Images</p><p>Slides 4, 5, 7, 8, 9, 10 e 13 – Elaborado especialmente para a aula.</p><p>Slide 20 – © Getty Images</p><p>Slide 1</p><p>Slide 2</p><p>Slide 3: Comparando eletroímãs: prego vs. plástico</p><p>Slide 4: Campo magnético em espiras circulares</p><p>Slide 5: Campo magnético em espiras circulares</p><p>Slide 6: Exercício proposto</p><p>Slide 7: Correção</p><p>Slide 8: Polos magnéticos da espira</p><p>Slide 9: Polos magnéticos da espira</p><p>Slide 10: Campo magnético em bobinas</p><p>Slide 11: Exercício proposto</p><p>Slide 12: Correção</p><p>Slide 13: Campo magnético em solenoides</p><p>Slide 14: Exercício proposto</p><p>Slide 15: Correção</p><p>Slide 16: Prática experimental</p><p>Slide 17: Prática experimental: montagem</p><p>Slide 18: Prática experimental</p><p>Slide 19: Prática experimental</p><p>Slide 20</p><p>Slide 21</p><p>Slide 22</p><p>Slide 23</p>