Relatório 15 - Solenóide - 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
SOLENÓIDE
Campina Grande – PB
2016
SOLENÓIDE
Introdução
	
Uma corrente temporal e senoidal variável produz em um solenóide um campo magnético induzido e uniforme e uma força eletromotriz induzida – f.e.m. – em uma bobina introduzida no interior de um solenóide. A tensão induzida em uma bobina de prova colocada no interior de um solenóide pode ser determinada utilizando a lei de Faraday.
	Para um solenóide com n espiras por unidade de comprimento, considerando o solenóide longo e percorrido por uma corrente I, tem-se:
	No caso presente, o campo magnético é produzido por um solenóide. Sendo B constante no seu interior,
.
	Se a bobina de prova tem N espiras, , onde B é o campo magnético, S é a área da secção transversal da bobina de prova.
	O fluxo para uma bobina de prova com N espiras é:
	Se uma corrente alternada I, onde , de freqüência f ou freqüência angular que flui pelo solenóide produzirá uma tensão induzida dada pela equação:
	Como podemos observar, a f.e.m. é uma função cosseno. Para medir a f.e.m. induzida com um instrumento convencional, multímetro analógico ou digital, deve-se tomar um valor médio quadrático e tem-se:
	Para a determinação da tensão induzida, é necessário primeiro determinar o fluxo magnético na bobina de prova, posicionada no interior do solenóide, ao longo do seu eixo.
Assim, o gráfico da tensão induzida (f.e.m) em função da corrente deve seguir o padrão das figuras a seguir:
C = tanα = ∆E/∆I
C = NS.w.µ0.n
Como ERMS = NS.w.B
ERMS = NS.w.n. µ0.I
ERMS = C.I
Objetivos
	O presente experimento tem como principal objetivo o estudo do campo magnético de bobinas circulares, em especial o estudo do campo magnético de um solenóide, bem como os conceitos de fluxo magnético, lei de Faraday, força eletromotriz induzida e lei de Lenz aplicados aos resultados obtidos nos procedimentos experimentais.
Material Utilizado
Solenóide, 50 cm, 22,8 espiras/cm;
Solenóide, 30 cm, 22,8 espiras/cm;
Solenóide, 20 cm, 22,8 espiras/cm;
Solenóide, 10 cm, 22,8 espiras/cm;
Bobina de prova;
Gerador de freqüência;
Multímetro digital;
Cabos de 750 mm nas cores azul e vermelho;
Cabo, 2000 mm.
Experimento
	Inicialmente, foi feita a montagem do experimento segundo a figura 1.
	
Figura 1 – Montagem do experimento
Fonte: Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande.
Determinação da tensão induzida em uma bobina de indução colocada sobre o eixo de uma espira circular
Conectou-se a fonte e uma corrente alternada de 3 A foi aplicada ao circuito. Mediu-se o valor da f.e.m. induzida no eixo do solenóide a cada cm a partir de um ponto até seu simétrico na outra extremidade. As medições foram iniciadas a aproximadamente 10 cm antes das extremidades. O procedimento foi repetido 3 vezes para minimizar os erros de leitura e sistema. Os resultados obtidos foram registrados na tabela 1.
Parâmetros da espira circular:
	M = 20 espiras
	R = 7,5 cm
Tabela 1
I = 2,0 A (fixo)
R variável do centro, onde R = 0, até 12,0 cm
R = 7,5cm
	R(cm)
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
	11
	12
	E(mV)
	7,8
	7,5
	7,8
	6,1
	5,3
	4,9
	4,6
	3,4
	2,9
	2,4
	2,0
	1,7
	E(mV)
	7,9
	7,8
	7,3
	6,6
	5,9
	5,2
	4,5
	3,8
	3,3
	2,9
	2,6
	2,4
	E(mV)
	7,9
	7,8
	7,3
	6,6
	5,9
	5,2
	4,5
	3,9
	3,9
	2,9
	2,5
	2,2
	Emédio
	7,9
	7,7
	7,4
	6,4
	5,7
	5,1
	4,5
	3,7
	3,5
	2,7
	2,4
	2,1
	
Determinação da área efetiva da bobina de indução colocada no interior de um solenóide
	Para segunda parte do experimento, com a bobina de prova no centro do solenóide, variou-se a corrente de 100 em 100 mA até 1 A. Mediu-se novamente, então, o valor da tensão induzida sobre a bobina de prova. O procedimento foi repetido 3 vezes para minimizar os erros de leitura e sistema. Os resultados obtidos foram registrados na tabela 2.
Parâmetros da bobina de prova:
n = 22,8 esp/cm
R = 0,74
Tabela 2
	I(A)
	0,1
	0,2
	0,3
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	0,9
	1,0
	Emédio
	9,9
	12,9
	18,6
	24,5
	30,2
	35,9
	41,4
	47,1
	52,6
	58,2
	
Com os dados da tabela I foi construído um gráfico em papel milimetrado de ERMS em função de R. Já com os dados da tabela 2 foi construído um gráfico de ERMS em função de I. A partir dos dois gráficos foram calculados os valores NS. Os gráficos e os cálculos encontram-se em anexo no final do relatório.
Considerações Finais
A partir do presente experimento foi possível observar o comportamento da tensão induzida (f.e.m) no centro de uma espirar circular e no centro de um solenóide, completando o estudo já feito na disciplina com outros tipos de espiras e bobinas, além de elementos como a bússola, por exemplo. Com isso, foi possível analisar as características específicas do campo e da tensão induzida para esse tipo de espira e componente. 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, uma vez que o multímetro na maioria das vezes não está totalmente calibrado e apresentando um valor preciso, além da susceptibilidade de interferências e mal contatos com os cabos. Ainda assim, o resultado é satisfatório e razoavelmente próximo do valor teórico calculado previamente, uma vez que o experimento não foi feito de maneira a se esperar uma precisão extrema. 
Referências Bibliográficas
NASCIMENTO, Pedro Luiz do. Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande, 2014.
HALLIDAY, David. RESNICK, Jearl Walker. Fundamentos de Física, volume 3: Eletromagnetismo, 7ª edição, editora LTC. Rio de Janeiro, 2009.