Relatório 12 - Balança de Corrente - Física Experimental II / LABOEM

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ÓPTICA E ELETROMAGNETISMO
PROFESSOR: PEDRO LUIZ - TURMA: 12
ALUNA: Maria Augusta Pyettra Feitosa Bezerra
MATRÍCULA: 115110254
RELATÓRIO
BALANÇA DE CORRENTE
Campina Grande – PB
2016
BALANÇA DE CORRENTE
Introdução
Quando um pedaço de fio reto e muito longo conduz uma corrente elétrica i, um campo de indução magnética B aparece ao seu redor. Para pontos próximos ao fio, as linhas de força, ou mesmo as linhas de campo, são círculos concêntricos ao fio. É possível descobrir o sentido convencional desse campo com a regra da mão direita, onde o dedo polegar aponta no sentido da corrente e os demais dedos apontam no sentido do campo. A figura 1 é uma representação da regra da mão direita citada.
Figura 1 – Regra da mão direita
Fonte: Site do departamento de física da UFBA < http://www.fis.ufba.br/>
Quando um portador de carga elétrica q em movimento com uma velocidade v penetra uma região do espaço onde existe um campo elétrico E e um campo de indução magnética B, ele fica submetido a uma força F conhecida por força de Lorentz dada por: 
B = q(E + v × B).
Na ausência do campo elétrico, resta apenas a força magnética 
Fm = q v × B.
O vetor Fm é perpendicular ao plano dado pelos vetores v e B. A velocidade das cargas transportadas é medida através da corrente elétrica IL. A carga total de elétrons na seção do circuito condutor de comprimento L deve ser formulada da seguinte maneira: como qv = IL tem-se que 
Fm = IL.L.B.
As linhas de campo são perpendiculares ao movimento dos elétrons (v perpendicular a B).
Com isso é possível perceber que com um dispositivo comum, como um ímã, pode-se produzir um campo magnético aproximadamente constante numa dada região e ainda verificar as forças que agem em um fio ou em uma espira com corrente.
Objetivos
O presente experimento tem como principal objetivo analisar as forças magnéticas numa espira com corrente submetida a um campo magnético constante e uniforme, e calcular o valor deste campo magnético.
Objetiva-se também apresentar como funciona a balança de corrente como um método de calcular a força magnética a partir da variação da força peso sobre um corpo uma vez que este fica submetido à uma passagem de corrente e à presença de um campo magnético.
Material utilizado
Balança;
Blocos polares; 
Placas com espiras condutoras retangulares;
Fonte; 
Amperímetro; 
Cabos; 
Teslômetro.
Experimento
Inicialmente montou-se o experimento segundo a figura 2, com uma fonte fornecendo a corrente que circula pela espira, a qual está presa a balança suspensa em um suporte, e logo abaixo da espira-se posiciona-se um imã convencional com dois polos a medida que se tenha necessidade de acordo com os procedimentos experimentais de medidas.
Figura 2 – Montagem do experimento
Fonte: Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande.
Para a primeira parte do experimento a espira (L=50mm) foi pendurada no braço da balança e a equilibrada de modo que a seção horizontal do condutor ficasse perpendicular às linhas de campo.
	 A balança foi ajustada e mediu-se a massa inicial da espira (mo). Esta é a massa medida quando é campo magnético é nulo (ou seja, sem a presença do imã).
	Em seguida, a corrente no condutor é variada em intervalos de 0,5A, utilizando o ajuste da fonte de corrente. Mediu-se então as massas conforme a corrente ia variando. Os resultados obtidos foram anotados na tabela I.
Tabela I
mo= 38,74 g
	I(A)
	0,5
	1,0
	1,5
	2,0
	2,5
	3,0
	3,5
	4,0
	m(g)
	36,88
	37,06
	37,30
	37,72
	37,91
	38,10
	38,10
	38,37
	M = (m – mo) (g)
	0,15
	0,39
	0,63
	1,05
	1,24
	1,43
	1,43
	1,70
	Fpeso = Mg(10-3)
	0,14
	0,38
	0,62
	0,84
	1,03
	1,22
	1,40
	1,67
Em seguida, fixou-se a corrente em I=2,5A, os condutores de corrente foram sendo variados de acordo com os tipos disponíveis no laboratório e os procedimentos anteriores foram repetidos. Os resultados obtidos foram anotados na tabela II.
Tabela II
	Comprimento da Espira de Corrente (L)
	Massa (m0)
	Massa (m)
	M = m – m0
	Fpeso = Mg(10-3N)
	12,5 mm
	31,48
	31,78
	0,30
	2,94
	25,00 mm
	31,07
	31,69
	0,62
	6,08
	50,00 mm
	36,67
	37,72
	1,05
	10,30
	100,00 mm
	38,09
	40,15
	2,06
	23,50
Finalmente, utilizando um teslômetro, o campo magnético no centro da abertura de 1 cm do imã permanente foi medido. O resultado obtido:
B= 83,7 mT
	Com os valores medidos foi possível notar que a força magnética se dá para baixo quando a corrente também está para baixo, sendo os valores positivos.
Análises
Com os dados obtidos no experimento foram construídos dois gráficos em papel milimetrado: o primeiro, construído com os dados obtidos na primeira parte do experimento, é o gráfico da força versus a corrente (F x I); o segundo, com os dados obtidos então da segunda parte do experimento, é o gráfico da força versus o comprimento da espira (F x L). Ambos os gráficos estão em anexo.
Gráfico F x I
A partir do gráfico de F x I, foi possível obter o valor do campo magnético B. O produto L.B (onde L é o comprimento horizontal do condutor) é igual à inclinação da reta. 
F = IL . L . B
Tgβ = m = deltaF/deltaI
Então L . B = deltaF/deltaI
m = L . B,
Logo, 
B = m/L
Logo,
	
Comparando este valor com o valor obtido a partir da medição com o teslômetro, obtém-se um erro percentual de:
Gráfico F x L
	A partir do gráfico de F x L, foi possível obter o valor do campo magnético B. O produto IL.B (onde IL é a corrente na espira) é igual à inclinação da reta.
F = IL . L . B
Tgβ = m = deltaF/deltaL
Então IL . B = deltaF/deltaL
m = IL . B,
Logo, 
B = m/IL
 Logo,
	
Comparando este valor com o valor obtido a partir da medição com o teslômetro, obtém-se um erro percentual de:
Considerações Finais
A partir do presente experimento foi possível observar como medir uma força magnética e um campo magnético conhecendo apenas a força peso obtida experimentalmente e a corrente e o comprimento das espiras manipulados e controlados durante o experimento. Essa é uma maneira relativamente eficaz e prática de poder medir e analisar as grandezas magnéticas que muitas vezes são mais difíceis de compreender por serem mais difíceis de visualizar.
Os erros obtidos não foram tão grandes observando pela perspectiva de que esta experiência é muito susceptível a influências externas e erros de leitura e observação, visto que a balança é extremamente sensível a fatores como o vento, impactos na bancada e outras possíveis interferências. Sendo assim, conclui-se que o experimento cumpriu o seu objetivo de analisar as forças magnéticas e os campos magnéticos obtidos pela presença do imã e da corrente elétrica, bem como de poder compreender melhor o sentido e a posição dessas grandezas nas espiras e poder comparar os valores obtidos experimentalmente com os valores teóricos já vistos.
É importante observar que o campo magnético não é na realidade constante, mas que esta suposição é apenas uma aproximação para facilitar a compreensão dos cálculos e do experimento. Além disso, campos magnéticos externos podem ter influenciado no experimento assim como imprecisões nas medidas das massas.
Referências Bibliográficas
NASCIMENTO, Pedro Luiz do. Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande, 2014.
Só física: Campo Magnético <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/campo.php> acessado em: 06 de novembro de 2015.
Site do departamento de física da UFBA <http://www.fis.ufba.br/> acessado em: 06 de novembro de 2015.