Bobinas Magnéticas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
BOBINAS MAGNÉTICAS 
LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO
HENRIQUE MATEUS MOURA MACHADO ALMEIDA
MAT. 1611125
PROF. Dr. WELBERTH SANTOS FERREIRA
SÃO LUÍS
2017
SUMÁRIO
1 Introdução.........................................................................................................3
2 Fundamentação Teórica...................................................................................4
3 Fundamentação Experimental..........................................................................5
4 Discussão e Resultados ..................................................................................8
5 Conclusão ........................................................................................................9
6 Referências.....................................................................................................10
INTRODUÇÃO
Uma observação básica da física é a de que partículas carregadas em movimento produzem campos magnéticos. Isso significa que uma corrente elétrica também produz um campo magnético. Esse aspecto do eletromagnetismo, que é o estudo combinado dos efeitos elétricos e magnéticos, foi uma surpresa para os cientistas na época em que foi descoberto. 
O eletromagnetismo se tornou extremamente importante para a vida cotidiana, já que constitui a base para um número imenso de dispositivos eletromagnéticos. 
Os trens que se locomovem por levitação e os grandes guindastes que levantam grandes pesos utilizam esses princípios do eletromagnetismo.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O campo magnético produzido por um condutor percorrido por uma corrente pode ser determinado com o auxílio da lei de Biot-Savart.. De acordo com essa lei, a contribuição para o campo, produzido por um ele mento de corrente i em um ponto P situado a uma distância r do elemento de corrente, é dada por : [1] = 
Em que é um vetor unitário cuja origem está no elemento de corrente e que aponta na direção do ponto P. A constante , conhecida como constante magnética, tem o valor de ≈ 
O módulo de um campo magnético no centro de um arco de circunferência de raio R e ângulo central ϕ (em radianos) percorrido por uma corrente i é dado por:
É possível obter o campo magnético total associado a qualquer distribuição de correntes somando os campos magnéticos elementares produzidos por todos os elementos de corrente i da distribuição. [3]
No caso de uma distribuição complicada de correntes, o método pode exigir o uso de um computador. Por outro lado, se a distribuição possui certos tipos de simetria, podemos usar a Lei de Ampère para determinar diretamente o campo magnético total. A lei, que pode ser demonstrada a partir da Lei de Biot-Savart, é expressa pela equação a seguir: [1]
Como é no caso das bobinas, que possuem simetria e seu campo magnético pode ser determinado utilizando-se da equação acima. 
A imagem abaixo ilustra a seção reta de um trecho esticado de um solenoide. 
Fonte: Halliday e Resnick, Volume 3, 10° Edição.
Como é possível ver, o campo tende a se cancelar as espiras vizinhas, e em pontos razoavelmente afastados do fio, é aproximadamente paralelo ao eixo central.[2]
 No caso limite de um solenoide ideal, que é infinitamente longo e formado por espiras muito juntas de um fio de seção reta quadrada, o campo no interior do solenoide é uniforme e paralelo ao eixo central. [1]
FUNDAMENTAÇÃO EXPERIMENTAL 
Para o experimento, foram utilizados: 
Multímetro 
Sistema de bobinas paralelas circulares projetáveis e retangulares 
Suporte em V em aço inoxidável 
Cilindros de ferrita
Ímã de NdFeB
Ímãs elipsoidais 
Fios com pinos banana 
Chaves de três posições 
Fonte de tensão regulada para 6 VCC
Antes de iniciarmos o experimento, fizemos a verificação da fonte. Conectamos a mesma na chave inversora, e esta ao multímetro. O visor do multímetro marcou 5.95 V. Logo, constatamos que, de fato, a fonte estava funcionando em plenas condições. 
Após isso, montamos todo o esquema da forma como o roteiro nos pedia, e então começamos a operar com as bobinas. Em um primeiro momento, trabalhamos com as retangulares. Inserimos então o ímã de NdFeB no interior das bobinas, e logo o multímetro passou a indicar a presença de tensão. 
 Ao fazermos o movimento de vai-e-vem, foi notório o aumento da tensão elétrica. Em um primeiro momento, com um movimento mais lento, o visor marcava 1.4 mV. Logo depois, ao intensificarmos o movimento, o visor chegou a marcar 3.1 mV. A foto a seguir ilustra o momento em que introduzimos o ímã no interior das bobinas. 
Fonte: Ana Karina
 Interessante destacar que, ao fazermos o movimento de inserção do ímã na bobina, o multímetro marcava uma tensão positiva. Ao retirarmos o material imantado, uma tensão negativa era indicada. Ao invertermos a polaridade do ímã, o oposto foi observado. 
Após isso, trocamos as bobinas retangulares pelas circulares. Também mudamos a forma de introduzir o ímã, que passou a ocorrer de forma vertical, e não horizontal. Logo depois, também fizemos a inserção do ímã em um ângulo de aproximadamente 45°. Em todos os momentos, guardadas as devidas proporções, os resultados obtidos foram diferentes, em que a maior voltagem fora obtida no momento em que o ímã foi inserido de forma perpendicular. 
 Logo depois, trocamos o ímã de Neodímio pelo conjunto de 4 ímãs ovais. Foi observado que, por possuírem um campo magnético maior, a voltagem gerada por eles ao serem inseridos no campo magnético também foi maior. Nesse momento o multímetro chegou a marcar 5.81 V. 
Em um segundo momento, o ímã de Neodímio, juntamente com a ferrita, foi colocado em um suporte V, suspenso por um fio de poliamida, como mostra a imagem a seguir:
Fonte: Ana Karina
No momento em que esta foto foi tirada, observa-se que o ímã estava sendo atraído pelo lado direito da bobina. Da mesma forma, o lado oposto estava oferecendo repulsão. Isso porque as bobinas estavam eletricamente carregadas, adquirindo características magnéticas. 
Ao invertermos os terminais de entrada das bobinas, lado esquerdo passou a atrair o ímã e o lado direito passou a repelir.
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foi possível observar a atuação de bobinas como eletroímãs, já que as mesmas apresentavam um campo magnético à medida que eram dotadas de corrente. 
A variação da tensão é diretamente proporcional à intensidade das linhas de campo magnético. Isso foi inferido no momento em que inseríamos os ímãs na parte central das bobinas. Quanto mais próximo do centro, maiores eram os valores registrados pelo visor do multímetro.
Além disso, a velocidade também é determinante para a intensidade de carga elétrica. Quanto maior a velocidade, maiores os resultados obtidos. 
CONCLUSÃO
As leis de Ampère e Biot-Savart são extremamente importantes para o nosso dia-a-dia, ainda que sejam desconhecidas da maior parcela da população. 
As bobinas nada mais são do que fios condutores dispostos de maneira justaposta, fazendo com que o campo magnético se torne maior. 
 Os efeitos provocados por uma corrente aplicada no interior de uma espira é o que determina muitas aplicações tecnológicas no cenário atual.
REFERÊNCIAS
[1] Halliday e Resnick, Fundamentos de Física, 10° Edição, Volume III, (2016).
[2] Ramalho, Nicolau, Toledo. Os Fundamentos da Física, Volume III, (2009).
[3] Sears e Zemansky, Física III, 12° Edição, 2008.