Propriedades elétricas e magnéticas dos materiais

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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E 
DAS MISSÕES – URI ERECHIM 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
BRUNO ANTÔNIO OLIVIECKI 
CELSO DE TOFFOL 
LUCAS TOCHETTO 
PAULO ROBERTO DUTRA 
TAUE MARCOS GAZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROPRIEDADES ELÉTRICAS E 
MAGNÉTICAS DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
ERECHIM 
 2015 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................4 
1.1. REVISÃO TEÓRICA...................................................................................................4 
1.1.1. PROPRIEDADES ELÉTRICAS.................................................................................4 
1.1.2. PROPRIEDADES MAGNÉTICAS.............................................................................6 
2. DETERMINAÇÃO DA RESISTIVIDADE E DA CONDUTIVIDADE 
ELÉTRICA PARA ALGUNS 
MATERIAIS...........................................................................7 
2.1. MATERIAL...................................................................................................................7 
2.2. PROCEDIMENTOS.....................................................................................................8 
2.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES.................................................................................8 
3. UTILIZAÇÃO DE UM GERADOR DE VAN DE GRAAFF PARA A 
DEMONSTRAÇÃO DO PROCESSO DE 
ELETRIZAÇÃO................................................9 
3.1. MATERIAL...................................................................................................................9 
3.2. PROCEDIMENTOS.....................................................................................................9 
3.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES.................................................................................9 
4. UTILIZAÇÃO DE LIMALHA DE FERRO PARA DETERMINAÇÃO DOS 
POLOS MAGNÉTICOS DE UM ÍMÃ................................................................................... 
9 
4.1. MATERIAL...................................................................................................................9 
4.2. PROCEDIMENTOS...................................................................................................10 
4.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES...............................................................................10 
5. UTILIZAÇÃO DE LIMALHA DE FERRO PARA DETERMINAÇÃO DOS 
POLOS MAGNÉTICOS DE UM 
ÍMÃ..................................................................................10 
5.1. MATERIAL.................................................................................................................10 
5.2. PROCEDIMENTOS...................................................................................................11 
5.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES...............................................................................11 
 
 
6. GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA A PARTIR DE UM CAMPO 
MAGNÉTICO VARIÁVEL...................................................................................................11 
6.1. MATERIAL.................................................................................................................11 
6.2. PROCEDIMENTOS...................................................................................................12 
6.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES...............................................................................12 
7. DETERMINAÇÃO OU CONFIRMAÇÃO DOS POLOS MAGNÉTICOS DE 
UM 
ÍMÃ..........................................................................................................................................12 
7.1. MATERIAL.................................................................................................................12 
7.2. PROCEDIMENTOS...................................................................................................12 
7.3. RESULTADOS E 
DISCUSSÕES...............................................................................13 
8. CONCLUSÃO.............................................................................................................13 
9. REFERÊNCIAS..........................................................................................................13
 
4 
 
Figura 1. Condutores segundo a Lei de Ohm. 
1. INTRODUÇÃO 
Tanto a eletricidade quanto o magnetismo não são descobertas recentes. Muito pelo 
contrário, são fenômenos que há tempos despertam a curiosidade das pessoas. Hoje se sabe 
que tudo não passa de uma única coisa: o eletromagnetismo, que está presente em 
praticamente tudo o que é de conhecimento e de utilidade dos seres humanos. 
O objetivo do presente relatório e dos experimentos realizados em laboratório, além de 
fixar o conteúdo teórico visto em sala de aula, foi analisar e classificar os materiais quanto às 
suas resistividade e condutividade, verificar a relação existente entre eletricidade e 
magnetismo, assim como delimitar a influência do campo magnético terrestre sobre as demais 
coisas. 
 
1.1 REVISÃO TEÓRICA 
1.1.1. Propriedades Elétricas 
Uma corrente elétrica é definida como o fluxo ordenado de partículas portadoras de 
carga elétrica, estabelecido após uma diferença de potencial. 
Numericamente, a intensidade de corrente elétrica medida em ampères (A) é a 
quantidade de carga elétrica que passa por uma determinada área em um intervalo de tempo 
de interesse. 
 
 
 
 
Já a resistência mede a dificuldade imposta pelo condutor à passagem de corrente 
elétrica. Essa propriedade é fácil de ser percebida, bastando, por exemplo, ligando dois 
condutores a uma mesma tensão e confirmando que a corrente que passa por cada um não tem 
a mesma intensidade. A resistência elétrica, medida em ohms (Ω), portanto, está relacionada 
com a intensidade de corrente elétrica e com a tensão de acordo com a Primeira Lei de Ohm: 
 
 
 
, ou ainda , como aparece em vários livros que trrratam do assunto. 
A resistência é função do comprimento do condutor e da área de sua seção transversal, 
conforme estabelece a Segunda Lei de Ohm: 
 
 
 
, com ρ igual à resistividade do material, medida em Ω .m, uma característica 
individual que serve como medida da resistência elétrica. 
Condutores com resistência 
constante a uma dada temperatura são 
chamados de condutores ôhmicos. A figura 
 
5 
 
ao lado apresenta o comportamento de um condutor ôhmico e de um condutor não ôhmico. 
Utilizando as duas leis de Ohm, pode-se ainda se chegar à uma relação para a 
resistividade: 
 
 
 
 
 
 =>> 
 
 
 
É interessante ressaltar que a resistência é variável com a tempteratura segundo a 
relação: , onde αr é o coeficiente de temperatura da resistividade (K-1). 
Esse acréscimo na resistência deve-se a um maior nível de agitação dos átomos com o 
aumento da temperatura, dificultando a passagem de corrente elétrica. 
A condutividade elétrica é o inverso da resistividade, inclusive na unidade (Ω-1.m-1), 
um indicativo da natureza elétrica dos materiais. 
 
 
 
Metal Condutividade Elétrica (10
7
 Ω-1m-1) Resistividade Elétrica (10-8 Ω.m) 
Prata 6,8 1,4706 
Cobre 6,0 1,6667 
Ouro 4,3 2,3256 
Alumínio 3,8 2,6316 
Latão 1,6 6,25 
Ferro 1,0 10 
Platina 0,94 10,6383 
Aço-carbono 0,6 16,6667 
Aço inoxidável 0,2
 
5 
Tabela 1. Condutividade e Resistividade para alguns Materiais. 
Para demonstrações de processos que envolvem a eletrostática, um instrumento muito 
usado é o gerador de Van de Graaff. O gerador de Van de Graaff funciona a partir da 
movimentação de uma correia, eletrizada por atrito, como transporte das cargas elétricas que 
surgem até o interior da esfera de metal, sendo, logo após, distribuídas por sua superfície 
externa. Ao aproximar-se um objeto de metal ou encostar-se o dedo no objeto, surgirão leves 
descargas elétricas, resultantes da elevada diferença de potencial criada pelo gerador. 
 
1.1.2. Propriedades Magnéticas 
Uma carga elétrica em movimento, além de apresentar as propriedades elétricas, 
propicia o surgimento de um campo magnético. O campo magnético é a região de influência 
de um material que apresente propriedades magnéticas, como os ímãs. 
 
6 
 
Figura 2. Campo Magnético de um ímã em Forma de 
Barra. 
Figura 3. Campo Magnético da Terra. 
Figura 4. Regra da Mão Direita. 
Cada ímã possui dois polos: polo Norte e polo Sul. Nessas regiões, a capacidade de 
atração parece ser maior do que em outras partes. Mesmo que o material seja partido ao meio, 
de todas as maneiras possíveis, sempre surgirão um polo Norte e um polo Sul, o que foi 
denominado Princípio da Inseparabilidade dos Polos. 
Outra propriedade importante dos ímãs é que eles se orientam aproximadamente na 
direção Norte-Sul, quando podem se mover livremente. Foi a partir desse conhecimento a 
priori que pôde ser construída a bússola. 
O campo magnético de um ímã em 
qualquer formato pode ser representado pelas 
linhas de indução, as quais podem ser 
facilmente visualizadas mediante a adição de 
limalha de ferro. Aparentemente, elas saem 
do Norte e chegam ao Sul e uma maior 
proximidade das linhas indica um campo 
mais intenso do que as regiões em que elas 
estão mais afastadas. 
O campo magnético da Terra pode 
ser comparado ao campo magnético gerado 
por um ímã gigantesco gerado em seu 
interior. Próximo ao polo Norte geográfico 
há um polo Sul magnético, e vice-versa. Os 
polos geográficos e magnéticos não 
coincidem, existindo uma leve inclinação 
entre eles, caracterizando a declinação 
magnética. 
Uma carga elétrica em movimento 
imersa em um campo magnético fica sujeita 
a uma força magnética, apresentando, na 
maioria das vezes, movimento circular 
uniforme. O módulo da força é dado por: 
 , a qual depende do ângulo 
formado entre campo magnético e 
 
7 
 
velocidade. A direção e o sentido da força seguem a regra da mão direita. 
A força que atua sobre um condutor reto de comprimento L e portando corrente 
elétrica i é dada por: . 
O experimento realizado por Hans Christian Oersted mostrou que uma corrente 
elétrica gera um campo magnético à sua volta. Contudo, o processo contrário também seria 
possível. Foi isso que Michael Faraday conseguiu provar, que um campo magnético era capaz 
de gerar corrente elétrica. A simples movimentação de um ímã em relação a uma espira, 
conectada a um circuito fechado, produz uma corrente elétrica induzida. Princípio de 
funcionamento dos geradores e motores, esse fenômeno é denominado indução 
eletromagnética. 
Heinrich Friedrich Lenz concluiu que o sentido da corrente é o oposto da variação do 
campo magnético que lhe deu origem. A corrente induzida em um circuito aparece sempre 
com um sentido tal que o campo magnético que ele cria tende a contrariar a variação do fluxo 
magnético através da espira. 
 
2. DETERMINAÇÃO DA RESISTIVIDADE E DA CONDUTIVIDADE 
ELÉTRICA PARA ALGUNS MATERIAIS 
 
2.1. MATERIAL 
 Fios Condutores 
 Fonte de Tensão 
 Multímetro 
 Condutor de Aço 
 Condutor de Cobre 
 Condutor de Alumínio 
 
2.2. PROCEDIMENTOS 
Os condutores metálicos possuíam comprimento e diâmetro da seção transversal 
conhecidos, conforme ilustra a tabela abaixo. 
 Aço Cobre Alumínio 
Comprimento (10
-2
 m) 17,5 17,5 17,5 
Diâmetro (10
-3
 m) 3,7 1,7 2,7 
Tabela 2. Características dos Condutores em Estudo. 
 
8 
 
Utilizando-se de um circuito elétrico simples e de um multímetro, utilizado para as 
medições de intensidade de corrente elétrica e tensão, para cada material, foram determinadas, 
através de cálculos, a resistividade e a condutividade elétrica. 
 
2.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Os valores obtidos para intensidade de corrente elétrica e tensão foram compilados na 
seguinte tabela. 
 Aço Cobre Alumínio 
Tensão (10
-3
 V) 3,1 1,3 2,3 
Intensidade de Corrente 
Elétrica (i) 
0,52 0,52 0,52 
Tabela 3. Valores experimentais obtidos para tensão e corrente elétrica. 
Para o cálculo da resistividade foi usada a seguinte fórmula: 
 
 
. A condutividade, 
logicamente, é o inverso da resistividade: 
 
 
. 
AÇO: 
 
 
 
 
 
Logo: 
 
 
 
 
COBRE: 
 
 
 
 
 
Logo: 
 
 
 
 
ALUMÍNIO: 
 
 
 
 
Logo: 
 
 
 
 
 
9 
 
3. UTILIZAÇÃO DE UM GERADOR DE VAN DE GRAAFF PARA A 
DEMONSTRAÇÃO DO PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO 
 
3.1. MATERIAL 
 Um gerador eletrostático do tipo Van der Graaff 
 Uma esfera metálica com bastão 
 
3.2. PROCEDIMENTOS 
Inicialmente, duas esféricas metálicas foram afastadas e conectadas ao gerador, 
ocasionando uma diferença de potencial. 
Posteriormente, foi realizado o tradicional experimento dos cabelos esvoaçantes após 
o contato com a esfera metálica. 
 
3.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para o experimento inicial, houve transferência de elétrons de uma esfera para a outra 
através do ar, antes tido como isolante. 
Já para a segunda prática o que se verificou foi a eletrização de alguns fios de cabelo 
da pessoa que se propôs a realizá-la. 
 
4. UTILIZAÇÃO DE LIMALHA DE FERRO PARA DETERMINAÇÃO DOS 
POLOS MAGNÉTICOS DE UM ÍMÃ 
 
4.1. MATERIAL 
 Ímã reto 
 Ímã em forma de U 
 Limalha de Ferro 
 Folha de Papel 
 
4.2. PROCEDIMENTOS 
Sobre o ímã foi colocada uma folha de papel e sobre ela foi espalhada limalha de ferro 
permitindo, então, a visualização do campo magnético gerado pelo ímã. 
A prática foi realizada duas vezes, uma para cada tipo de ímã e, então, foram 
observados os resultados. 
 
10 
 
Figura 5. Campo Magnético de 
um Ímã Reto. 
Figura 6. Campo Magnético de um Ímã em U. 
 
4.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 Para o ímã reto, as linhas de campo arranjaram-se conforme mostra a imagem. Já para 
o ímã em forma de U, o resultado encontrado foi semelhante ao obtido pela figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. GERAÇÃO DE UM CAMPO MAGNÉTICO A PARTIR DE UMA CORRENTE 
ELÉTRICA 
 
5.1. MATERIAL 
 Balanço magnético de Waltrick 
 Fonte de Tensão 
 Chave Inversora 
 Fios Condutores 
 Ímã em forma de U 
 
 
5.2. PROCEDIMENTOS 
 
11 
 
Figura 7. Exemplo de circuito utilizado no experimento. 
A partir de um circuito elétrico como o mostrado abaixo e com o ímã com seu polo 
norte voltado para cima, foi analisada a movimentação do balanço na presença de uma 
corrente elétrica. 
 
5.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para o primeiro caso, com a chave inversora desligada, o que se percebeu foi o 
movimento do balanço para a esquerda. 
Ao se ligar a chave inversora de corrente elétrica, o que se verificou foi a inversão do 
movimento do balanço, que agora moveu-se para a direita. 
Tais resultados podem ser averiguados mediante a aplicação da regra da mão direita. 
 
6. GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA A PARTIR DE UM CAMPO 
MAGNÉTICO VARIÁVEL 
 
6.1. MATERIAL 
 Ímã em forma de U 
 Bobina 
 Amperímetro 
 
 
6.2. PROCEDIMENTOS 
 
12 
 
Figura 8.Experimento similar ao que foi realizado. 
O ímã em forma de U foi aproximado de uma bobina conectada a um amperímetro. 
Primeiramente, foi utilizado o polo norte e depois o polo sul magnético do ímã. A corrente 
elétrica induzida criada pela variação de posição do ímã foi então detectada pelo amperímetro. 
 
6.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Ao aproximar-se o polo norte do ímã da bobina, o amperímetro detectou a passagem 
de corrente elétrica, seu ponteiro movimentando-se para a direita. 
Para o polo sul, o que pôde ser notado foi a movimentação do ponteiro do 
amperímetro para a esquerda. 
De acordo com as leis da indução eletromagnética, ocorreu a formação de um polo 
igual àquele que se aproximava da bobina, de modo a impedir a atração. O sentido da corrente 
elétrica determina a polaridade adquirida pela bobina, espira ou solenoide. 
 
7. DETERMINAÇÃO OU CONFIRMAÇÃO DOS POLOS MAGNÉTICOS DE 
UM ÍMÃ 
 
7.1. MATERIAL 
 Ímã em forma de U 
 Aço magnético 
 Copo plástico com água 
 Bússola 
 
7.2. PROCEDIMENTOS 
Antes de tudo, utilizando-se da bússola, 
foi determinado o polo Norte magnético 
terrestre. 
Em seguida, foi feita a imantação do aço 
magnético (agulha) no polo Norte do ímã, 
várias vezes e um mesmo sentido. Feito isso, a 
agulha foi posta sobre o isopor em um copo de 
água, de modo a constituir uma superfície livre. 
A agulha de aço também foi imantada 
 
13 
 
no polo Sul do ímã e, em ambos os casos, foi verificado se a agulha era atraída ou repelida 
pelo polo Norte magnético da Terra. 
 
7.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para o primeiro caso, a agulha foi repelida pelo polo Norte da Terra. Para o segundo, 
ocorreu atração entre a agulha de aço e a Terra. 
Em uma superfície livre de atrito, a agulha ou um ímã qualquer tende a equilibrar-se 
na direção Norte-Sul do campo magnético terrestre. 
O que se convencionou como polo Norte do ímã foi comprovado pelo experimento 
que era verdadeiro. Analogamente, o polo Sul também estava correto. 
 
8. CONCLUSÃO 
Todos os experimentos realizados permitiram avaliar a importância do 
eletromagnetismo para os mais variados processos. A relação existente entre eletricidade e 
magnetismo permitiu o desenvolvimento ímpar de novas tecnologias. 
O experimento relacionado à resistividade e à condutividade elétrica dos materiais não 
apresentou resultados tão satisfatórios. Apesar disso, os demais experimentos cumpriram a 
sua função para a visualização das propriedades. 
 
9. REFERÊNCIAS 
CALÇADA, Caio Sérgio; SAMPAIO, José Luiz. Universo da Física 3: Ondulatória, 
Eletromagnetismo, Física Moderna. 2. ed. São Paulo: Atual, 2005. 
CALLISTER Jr, William D.; Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais. 8. ed. São 
Paulo: LTC, 2012. 
HALLIDAY, RESNICK, WALKER. Fundamentos da Física, Vol. 3, 8ª Edição, LTC, 2009. 
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. O Gerador de Van de Graaff. Disponível em: 
<http://www.mundoeducacao.com/fisica/o-gerador-van-graaff.htm>. Acesso e,: 14 de outubro 
de 2015. 
SILVA, Domiciano Marques da. Campo Magnético. Disponível em: 
<http://www.mundoeducacao.com/fisica/campo-magnetico.htm>. Acesso em: 15 de outubro 
de 2015. 
 
14 
 
________. A indução eletromagnética. Disponível em 
<http://www.brasilescola.com/fisica/a-inducao-eletromagnetica.htm>. Acesso em 15 de 
outubro de 2015.