Relatorio 5

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Relatório de Atividade Prática
Professor Luis Enrique Gomez Armas
Indução Eletromagnética
William Pereira - 151150985
Liebert Lemes - 151151784
Engenharia de Telecomunicações
17 de junho de 2016
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Sumário
1 Introdução 3
2 Objetivos 3
3 Resumo 3
4 Fundamentação Teórica 3
4.1 Contexto Histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.2 A lei indução de Faraday . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.3 Representação Diferencial da Lei de indução de Faraday . . . 4
4.4 Lei de Lenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
5 Materiais utilizados 5
6 Procedimento experimental e discussão de resultados 5
6.1 Experimento 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6.2 Experimento 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6.3 Experimento 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
7 Conclusão 8
8 Referências 8
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1 Introdução
O intuito deste experimento se dá pela necessidade de fixação e da aplica-
ção do conteúdo dado em aula em situações práticas, com a finalidade de
equiparar-se com o dia a dia, sendo as experiências aplicadoras de conteúdos
relacionados a lei de indução de Faraday e lei de Lenz.
2 Objetivos
O entendimento da Física passa pela identificação e compreensão de fenôme-
nos existentes na natureza. Para isso devemos nos familiarizar com seu sig-
nificado e com o processo de produção. A partir daí temos o surgimento das
Leis que descrevem fenômenos que ocorrem regularmente. Nessa atividade
proposta, buscamos através de testes experimentais descrever o comporta-
mento e as características observadas na formação de correntes induzidas em
diferentes bobinas.
3 Resumo
Esse relatório consiste em relatar os experimentos realizados no laboratório
de Física de modo a compreender o comportamento da corrente induzida
produzida pela variação do fluxo magnético em diferentes bobinas. Para cada
o experimento foi utilizado uma bobina com N espiras, onde com um imã
em barra com ferrite é possível verificar que a variação do fluxo magnético
pode induzir uma corrente elétrica em um condutor. Em cada experimento
também era possível relacionar a corrente induzida com a variação do fluxo
que a originou.
4 Fundamentação Teórica
4.1 Contexto Histórico
A descoberta da indução eletromagnética ocorreu no século XIX pelo pesqui-
sador Michael Faraday (1791-1867).Ele era assistente de Humphry Davis no
laboratório da Royal Society Institution de Londres, onde começou a dedicar
as pesquisas a partir de 1820, época em que vivenciava estudos de Oersted
e Ampere. Nesse ano, Oersted divulgou a descoberta do eletromagnetismo,
uma relação entre eletricidade e magnetismo que era esperada havia muito
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tempo. Oersted notou que um condutor que conduz corrente elétrica po-
dia alterar a orientação deu uma bussola. Ampere acabou equacionando a
contribuição ao campo magnético que a corrente ocasionava, onde ficou co-
nhecida como Lei de Ampere. Faraday em 1821, mostrou que era possível
transformar energia elétrica em energia mecânica e mais tarde, em 1831, de-
monstrou o inverso. Foi a primeira demonstração de um gerador, onde meio
século depois seria o principal meio para fornecimento de corrente elétrica ao
mundo moderno. [3]
4.2 A lei indução de Faraday
A lei de indução de Faraday, segundo Halliday(2009) e de acordo com os
experimentos que realizamos diz que:
Uma força eletromotriz é induzida em uma espira quando o número
de linhas de campo magnético que atravessa a espira varia.
Entretanto, o número de linhas de campo que atravessam a espira não
importa. Neste caso, os valores da força eletromotriz e da corrente induzida
são determinados pela taxa de variação desse número. Para isso, o fluxo
magnético que atravessa a espira é dado por:
ΦB =
∫
~B. ~dA (1)
Sendo assim, o módulo da força eletromotriz induzida em uma espira condu-
tora é igual à taxa de variação com o tempo do fluxo magnético que atravessa
a espira, de que, matematicamente, a lei de Faraday pode ser escrita como:
ε = −dΦB
dt
(2)
4.3 Representação Diferencial da Lei de indução de Fa-
raday
Afim de obter a descrição da Lei de indução de Faraday na forma diferencial,
vamos igualar a equação que relaciona a diferença de potencial do campo
elétrico com a equação 1 a partir da equação da força eletromotriz.
ε =
∮
LE.dl = − ∂∂t
∫
S B.dS
Aplicando o Teorema de Stokes na integral de linha, temos:
4
∫
S(∇× E).dS = − ∂∂t
∫
S B.dS
∇× E = −∂B
∂t
(3)
4.4 Lei de Lenz
A lei de Lenz é uma regra para determinar o sentido da corrente induzida
em uma espira. Segundo Halliday(2009):
A corrente induzida em uma espira tem um sentido tal que o campo
magnético produzido pela corrente se opõe ao campo magnético
que induz a corrente
5 Materiais utilizados
• Sistema de duas espiras paralelas circulares
• Uma bobina com 300 espiras
• Uma bobina com 600 espiras
• Imã em barra com ferrite
• Multímetro
6 Procedimento experimental e discussão de re-
sultados
6.1 Experimento 1
Afim de constatar a corrente induzida pelo campo magnético do imã, o es-
quemático da figura 1 foi montado. Notou-se ao aproximar o pólo norte do
imã das espiras condutoras, nelas era induzida uma corrente de sinal positivo,
medida pelo amperímetro. O oposto foi feito, afastando o imã das espiras
na mesma velocidade a corrente gerada era de mesma magnitude porém com
o sinal contrario (negativo). Ao parar o imã (ou seja, não aproxima-lo nem
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afasta-lo) não há corrente, o que é de se esperar uma vez que não há fluxo
de campo magnético.
Figura 1: Experimento 1
Nesse experimento a espira passa a se comportar como um dipolo mag-
nético com um pólo sul e um pólo norte, de forma que, para se opor ao
aumento do fluxo causado pela aproximação do imã, o pólo norte da espira
estava voltado na direção do polo norte norte do imã, de modo a repeli-lo.
Nisso, a corrente induzida na espira tem o sentido anti-horário quando vista
do lado do imã, conforme a fig. 1. Quando afastamos o ímã da espira, uma
nova corrente é induzida nela. O pólo sul da espira deve estar voltado para
o pólo norte do ímã de modo a atraí-lo. Assim a corrente induzida na espira
tem o sentido horário quando vista do lado do ímã. Quando aproximamos
ou afastamos o pólo sul do imã obtemos resultados contrários aos observa-
dos. Ao aproximar o ímã a corrente induzida tem sentido horário e quando
afastado, sentido anti-horário quando visto do lado do ímã.
6.2 Experimento 2
A segunda parte do experimento consistia em observar a corrente induzida
em diferentes bobinas. Observamos que quanto maior o numero de espiras da
bobina, maior era a corrente induzida nelas. Isso acontece devido a variação
do fluxo magnético induzir uma força eletromotriz em cada espira e a força
eletromotriz total ser a soma das forças eletromotrizes. Como
i =
ε
r
(4)
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onde r é a resistência total das espiras mais a resistência interna do am-
perímetro. Sendo assim, quanto maior a força eletromotriz induzida(mais
espiras), maior será a corrente medida no amperímetro.
6.3 Experimento 3
Montado o circuito da figura 2, foi notado que ao ligar a fonte de tensão o
amperímetro mede um pico de corrente que logo tende a zero e possui sinal
positivo, quando o dispositivo é desligado o amperímetro volta a mostrar
um pico de corrente mas desta vez com o sinal contrario. Isso ocorre pois
quando a fonte é ligada em um instante muito pequeno de tempo o campo
produzido pela corrente no circuito induz outro campo magnético que se
opõe ao campo original, neste instante o campo está variando logo o fluxo
do mesmo na outra espira varia também, o resultado destes fenômenos é a
corrente induzida. Quandoa fonte esta ligando o campo original (mostrado
na figura 2) esta crescendo então o campo induzido fara com que diminua
o crescimento do original. Isto implica que eles terão sentidos opostos. Já
quando a fonte está sendo desligada o campo original esta diminuindo, então
o induzido fara com que ele não diminua, o que implica, neste caso, que os
dois campos estão no mesmo sentido. Quando ligamos a fonte, teremos uma
corrente induzida no sentido anti-horário. Já quando a fonte é desligada, a
corrente induzida terá sentido horário, o mesmo da corrente do circuito.
Figura 2: Experimento 3
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7 Conclusão
Após a realização dos experimentos, o grupo pode entender e relacionar a
corrente induzida num condutor com a variação do fluxo magnético. A força
eletromotriz está associada ao fluxo magnético, que pode ser alterado a par-
tir da mudança do módulo do campo magnético, assim como a área total
da bobina ou a parte que o campo magnético atravessa. Mudar o ângulo
entre a bobina e o campo magnético, também altera o fluxo magnético e,
consequentemente, a força eletromotriz. Tais conhecimentos são aplicados
no nosso dia-a-dia, como as guitarras elétricas que utilizam uma bobina para
captação, onde a corda se comporta como um ímã, que oscilando induz uma
corrente na bobina. A aplicação também é semelhantes nos motores elétri-
cos, capaz de converter energia elétrica em energia mecânica ou vice-versa
através da indução.
8 Referências
[ 1 ]Young, H. D. (2009).Física III: Eletromagnetismo (12
a
ed.) . São Paulo:
Pearson.
[ 2 ]Halliday, D., Resnick, R., e walker, J. (2009). Eletromagnetismo - Fun-
damentos de Física (8
a
ed., Vol. III). (R. S. Biasi, Ed.) Rio de Janeiro:
LTC.
[ 3 ]Chies, Felipe A. O experimento de Faraday e suas aplicações no desen-
volvimento da engenharia, disponivel em http://www.inf.ufrgs.br/ fa-
chies/site/lib/exe/fetch.php?media=downloads:etapa5:ondas:00173501.pdf
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