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CAMPO ELETROMAGNÉTICO Apresentação 1. OBJETIVO O experimento explora o efeito de um campo eletromagnético sobre uma bússola. No experimento o campo eletromagnético é gerado pela corrente elétrica que circula em um fio condutor. Ao se movimentar a bússola ao longo do circuito percebe-se que seu ponteiro irá se mover, indicando a influência do campo eletromagnético externo. Você irá montar o experimento utilizando uma bússola, um fio de cobre, pilhas AA, e uma chave para fechar ou abrir o circuito. Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de: associar corrente elétrica e o campo eletromagnético gerado pela mesma ao passar por um fio condutor; • identificar o efeito do campo eletromagnético através da deflexão da agulha de uma bússola;• analisar a direção das linhas do campo eletromagnético.• 2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS? O estudo dos fenômenos eletromagnéticos tem grande impacto em nosso dia a dia. Sem dúvida, a teoria eletromagnética está por trás do desenvolvimento dos grandes geradores de energia existentes em usinas hidroelétricas e eólicas. Além disso, esta mesma teoria orienta o desenvolvimento de motores e transformadores elétricos que tornam nossas vidas muito mais confortáveis. Mais ainda, o eletromagnetismo tem aplicações nas mais diversas áreas das ciências e engenharias. Por exemplo, na área de automação, sensores de precisão são desenvolvidos tendo como base diversos princípios do eletromagnetismo. Na engenharia biomédica, eletroímãs são aplicados na confecção de instrumentos cirúrgicos e terapêuticos. 3. O EXPERIMENTO Neste experimento você utilizará um circuito elétrico bastante simples, composto por uma chave liga-desliga, um conjunto de pilhas, um fio de condutor feito de cobre e uma bússola. O circuito será ligado com o fechamento da chave, gerando uma corrente elétrica que percorre o fio condutor. Ao percorrer este condutor, a corrente elétrica gera um campo eletromagnético que, por sua vez, induz mudanças no ponteiro da bússola. Este ponteiro, em condições normais está sempre orientado para o norte magnético. Porém, ao se aproximar do fio conduzindo corrente elétrica, tal orientação muda, indicando a presença de um campo magnético adicional que se soma ao campo magnético da terra. 4. SEGURANÇA O experimento foi pensado para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos pouco nocivos e leves, mas mesmo com essas precauções pensadas e definidas, o uso de equipamentos de proteção individual é de extrema importância para a segurança durante a realização de experimentos. Neste experimento, recomenda-se o uso do jaleco. 5. CENÁRIO Você irá encontrar sobre a bancada: Uma bússola, um fio de cobre, as pilhas AA, e uma chave para fechar o circuito. Bússola: atua como indicador da presença do campo eletromagnético. Pilhas AA: fonte de tensão para o circuito, proporcionando a passagem de corrente no fio de cobre. Chave liga/desliga: utilizada para abrir ou fechar o circuito, causando em seu fechamento a passagem de corrente sobre o fio condutor. Fio de cobre: sofrerá efeito da tensão proporcionada pelo conjunto de pilhas, promovendo a passagem de corrente elétrica. Bons estudos. Sumário teórico CAMPO ELETROMAGNÉTICO As primícias do magnetismo perdem-se na história, quando se descobriu que um pedaço de óxido de ferro natural, denominado magnetita, elevado livremente, se orientava próximo da direção norte-sul. Este objeto dava origem a uma bússola magnética primitiva. No estudo do campo magnético da terra verifica-se que o polo sul é o ponto para qual as linhas de indução convergem. Na Terra, o polo norte magnético encontra- se próximo ao polo sul geográfico e o polo sul magnético encontra-se próximo ao polo norte geográfico, como ilustrado na figura 1. Figura 1 – Campo magnético da Terra O magnetismo que vem da Terra atua como uma proteção. As linhas emitidas pelo polo norte magnético que são direcionadas para o polo sul magnético desviam da superfície da Terra partículas emitidas pelos ventos solares. As forças dos ventos poderiam arrastar para o espaço a atmosfera e com isso impossibilitar a vida na Terra. Mais tarde, foi descoberto que inúmeros outros materiais apresentavam a mesma propriedade do magnetismo. Estes materiais assim eram conhecidos como ímãs. Os ímãs magnetizam limalhas de ferro, a região onde se acumula a limalha é conhecida como polo do ímã. Os ímãs contêm polo Norte (N) por onde saem as linhas de campo e um polo sul (S) por onde elas entram, como ilustrado na figura 2. Figura 2– Campo magnético do imã. Em 1819, o físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851), foi o primeiro cientista a constatar a deflexão sofrida pela agulha de uma bússola quando colocada nas imediações de um fio percorrido por corrente elétrica. Esta observação teve grande importância, pois sugeriu uma relação entre eletricidade e magnetismo. Foi observado também que as linhas de campo em torno de um fio longo percorrido por uma corrente elétrica, constituem-se de círculos concêntricos cujo centro é o próprio fio condutor. As descobertas de Oersted induziram trabalhos de outros grandes cientistas que contribuíram no estudo das relações entre eletricidade e magnetismo. Entre os principais nomes podem ser citados: Jean Baptiste Biot, Felix Savart, André-Marie Ampère, Joseph Henry, Michael Faraday, Heinrich Lenz, entre outros. REGRA DA MÃO DIREITA A regra de Fleming, ou mais conhecida como “Regra da mão direita”, indica o sentido das linhas de campo gerado por uma corrente elétrica. Como por exemplo, a corrente que passa em um fio condutor. Para se identificar o sentido das linhas de campo magnético através da regra da mão direita, deve- se proceder da seguinte forma: alinha-se o polegar direito com sentido convencional da corrente elétrica “i”, enquanto os demais dedos, ao envolverem o condutor, indicarão o sentido do campo eletromagnético. Note que o sentido convencional da corrente é contrário ao movimento dos elétrons. Figura 3 – Regra da mão direita. Roteiro INSTRUÇÕES GERAIS 1. Neste experimento, você irá verificar que a passagem de uma corrente elétrica ao longo de um fio condutor induz um campo eletromagnético. 2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual. 3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial” presente neste Roteiro. 4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação dos Resultados”. RECOMENDAÇÕES DE ACESSO DICAS DE DESEMPENHO Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais, siga as seguintes dicas de desempenho: Feche outros aplicativos e abas: Certifique-se de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas que possam estar consumindo recursos do seu computador, garantindo um desempenho mais eficiente. • Navegador Mozilla Firefox: Recomendamos o uso do navegador Mozilla Firefox, conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores, proporcionando uma navegação mais fluida. • Aceleração de hardware: Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais. • Requisitos mínimos do sistema: Certifique-se de que seu computador atenda aos requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais. Essa informação está disponível em nossa Central de Suporte. • Monitoramento do sistema: Utilize o Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) para verificar o uso do disco, memória e CPU. Se estiverem em 100%, considere fechar outros aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho. • Teste de velocidade de internet:Antes de acessar, realize um teste de velocidade de internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais. • Atualizações do navegador e sistema operacional: Mantenha seu navegador e sistema operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos laboratórios. • PRECISA DE AJUDA? Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas, visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos de ajuda e informações para usuários. Acesse a Central de Suporte através do link: https://suporte-virtual.algetec.com.br Se preferir, utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado para a Central de Suporte. Estamos aqui para ajudar! Conte conosco! https://www.mozilla.org/pt-BR/firefox/new/ https://suporte-virtual.algetec.com.br/ https://suporte-virtual.algetec.com.br/ https://suporte-virtual.algetec.com.br/ https://suporte-contato.algetec.com.br/ https://suporte-virtual.algetec.com.br/ DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS Circuito elétrico;• Bússola.• PROCEDIMENTOS ANALISANDO O COMPORTAMENTO MAGNÉTICO DA BÚSSOLA Verifique a deflexão da agulha da bússola que está no centro da mesa POSICIONAMENDO A BÚSSOLA Mova a bússola para que ela fique próxima a chave do circuito. Feche a chave do circuito. OBSERVANDO O FLUXO DA CORRENTE ELÉTRICA E O VETOR LINHA DO CAMPO MAGNÉTICO https://suporte-contato.algetec.com.br/ https://suporte-virtual.algetec.com.br/ Utilize a função inspecionar do laboratório virtual para observar as representações dos elétrons e do campo magnético. VERIFICANDO A DEFLEXÃO DA AGULHA Verifique a deflexão da agulha da bússola quando ela está posicionada neste ponto em relação ao circuito. REPETINDO O EXPERIMENTO Repita os passos de 2 a 4 para todas as posições disponíveis para a bússola. Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado neste experimento. AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS Com base nos seus conhecimentos justifique por que a bússola aponta para o Norte geográfico sem que tenha necessidade de aplicar cargas na mesma? 1. Descreva o comportamento da agulha nas diferentes posições.2. Descreva com base nos seus conhecimentos o comportamento da agulha quando a chave era desativada. 3. Justifique o fenômeno ocorrido com a bússola quando se fechava o circuito.4. TUTORIAL VIRTUALAB ANALISANDO O COMPORTAMENTO MÁGNÉTICO DA BÚSSOLA Você poderá movimentar a bússola e a chave para fechar ou abrir o circuito. A bússola encontrada no centro da mesa está na sua posição inicial, apontando para o Norte geográfico. Para visualizar a bússola de perto basta selecionar a opção de câmera “Bússola”. POSICIONANDO A BÚSSOLA Clique com o botão esquerdo do mouse sobre bússola e então clique em uma das posições para que a bússola seja posicionada. Em seguida feche a chave do circuito. Clique com o botão esquerdo do mouse sobre a chave. OBSERVANDO O FLUXO E O VETOR Observe as direções do fluxo da corrente elétrica no circuito e do vetor do campo magnético. Para isso, acesse a opção “Inspecionar” localizado no canto superior esquerdo da tela. Os elétrons estão indicados em azul e o vetor do campo magnético está em amarelo, como visto na imagem abaixo. Você pode desativar a visualização do fluxo da corrente elétrica e do vetor do campo magnético clicando novamente na opção “Inspecionar”. Atenção: você pode analisar o vetor campo magnético através da regra da mão direita, mas lembre- se que esta regra é válida para o sentido convencional de corrente e neste experimento o fluxo de elétrons está no sentido real. Então para aplicar corretamente a regra, aponte o seu polegar para o sentido oposto ao do fluxo de elétrons. VERIFICANDO DEFLEXÃO DA AGULHA Verifique a posição da agulha da bússola. Você pode utilizar a opção de câmera bússola para melhor visualização. Observe a deflexão sofrida pela bússola. REPETINDO O EXPERIMENTO Repita os passos acima listados, posicionando a bússola nas posições restantes e analise a deflexão sofrida pela agulha da bússola para cada posição. AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado neste experimento. Pré Teste 1) Qual dos fatores está associado ao aparecimento de um campo magnético? A) A concentração de cargas magnéticas; B) Cargas elétricas em movimento; C) A ionização dos átomos de um material. 2) Qual o princípio de funcionamento de uma bússola? A) Ela se alinha com a posição das estrelas; B) Ela se alinha com o movimento do sol; C) Ela se alinha com o campo magnético terrestre. 3) Para onde aponta a bússola sob efeito apenas do campo magnético terrestre? A) O norte da bússola é atraído pelo sul magnético da terra, que é próximo ao norte geográfico; B) O norte da bússola aponta para o norte magnético da terra, que é também o polo norte geográfico; C) A lateral do ponteiro da bússola é atraída para o leste, pelo movimento de rotação da terra. 4) Como são orientadas as linhas de indução magnética? A) Elas emergem do polo norte magnético e adentram o polo sul magnético; B) Elas emergem do polo sul magnético e adentram o polo norte; C) Elas emergem do polo norte magnético e apontam para o infinito. 5) Existe algum outro efeito relevante do campo magnético terrestre para a vida do ser humano, além da orientação da bússola? A) Sim, o campo magnético terrestre interfere no valor da gravidade percebida pelo homem; B) Sim, o campo magnético terrestre nos protege de partículas carregadas emitidas pelo sol (ventos solares); C) Não, o único efeito conhecido até o momento é o auxílio à orientação espacial com a bússola. Experimento Acesse o laboratório: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Pós Teste 1) De que forma uma bússola é afetada ao ser produzido um campo magnético em suas proximidades? A) Nenhuma, a bússola apenas sofre interferência do campo magnético terrestre; B) A bússola passa a apontar para a direção do campo produzido; C) A bússola passa a apontar para uma direção proveniente da composição do campo terrestre com o campo produzido. 2) De modo sucinto, o que ocorria com o ponteiro da bússola ao se posicioná-la em diferentes locais ao longo do circuito? A) O ponteiro se mantinha imóvel, independente da posição em que a bússola estava; B) O ponteiro mudava de direção, indicando a presença de um campo magnético próximo ao fio condutor; C) O ponteiro girava descontroladamente. 3) É possível termos um imã apenas com polo norte ou apenas polo sul? A) Sim, desde que um imã seja cortado com a devida simetria; B) Sim, desde que se separem as cargas elétricas; C) Não, um imã sempre apresenta os dois polos. Uma bússola é colocada numa região sob influência do campo magnético representado na figura a seguir, para além do campo magnético terrestre. Podemos afirmar que é possível que o campo magnético terrestre, nessa região, aponte: 4) A) horizontalmente para a esquerda; B) verticalmente para baixo; C) verticalmente para cima. 5) Um fio condutor retilíneo e muito longo é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade constante, criando um campo magnético na região do fio. A direção desse campo magnético: A) é paralelo ao fio e de mesmo sentido da corrente; B) é paralelo ao fio e de sentido oposto ao da corrente; C) se dá por círculos concêntricos perpendiculares ao fio, onde o centro é o fio condutor. Atividade Responda as questões da seção “Avaliação dos Resultados” do “Roteiro” e anexe aqui o seu relatório.