Relatório Física Experimental III parte 3 de 5

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
Curso de Engenharia
Relatório de Laboratório de
Física Experimental III
Avaliação: AV 1
Disciplina: CCE0479
Turma : 3113
Campus : STCZ
Alunos: 
Ana Carolina Oliveira Assis
Jones da Silva Balthazar 
Tatiane Amorim Figueira Lyra
Téo Vinicius Coelho da Silva
Pablo Ribeiro de Oliveira
Rio de Janeiro
Abril/Maio-2016
�
Laboratório de Física Experimental III
Experiência nº XX
CAMPO MAGNÉTICO
Experiência 
	
 O objetivo desta experiência foi demonstrar o campo magnético induzindo corrente e a corrente induzindo o campo magnético.
Materiais Utilizados
Bússola projetável;
Bobina de 600 espiras;
Multímetro;
Fonte de corrente contínua;
Cabos banana; 
Placa com metais neutros (barras cilíndricas com cortes verticais);
Dois bastonetes – Azul (sul) e Vermelho (norte).
Procedimento prático
Campo magnético induzindo corrente.
	Escala 200 µ
	I (µA)
	1 bastonete
	2 bastonetes
	polo
	Sul
	Norte
	Sul
	Norte
	 sentido Velocidade
	In
	Out
	In
	Out
	In
	Out
	In
	Out
	Baixa
	-3,6
	6,5
	7,8
	-9,1
	-8,5
	6
	4,2
	-12
	Alta
	-55
	47
	37
	-55
	-82
	74,6
	99,9
	-73,6
O que foi observado com relação:
À intensidade da corrente? 
Aumenta com a inclusão do segundo bastonete.
Ao sentido da corrente?
No Sul entra negativo e sai positivo.
Corrente induzindo campo magnético
O que acontece com a agulha da bússola quando a chave que permite a alimentação da bobina é acionada?
Ocorre a movimentação da bússola.
E quando se inverte o sentido da chave?
Gira no sentido oposto.
5V: para cima : sentido horário
 para baixo : sentido anti-horário
10V: para cima : sentido horário
 para baixo : sentido anti-horário
�
�
Teoria
Sabemos que a terra possui um campo magnético ao seu redor, e para determiná-lo é preciso saber a sua inclinação magnética e sua declinação magnética. A primeira é medida através da bússola vertical, que possui um eixo de rotação na horizontal e a declinação magnética é medida através da bússola que possui um eixo de rotação na vertical (é a bússola comum que os navegadores usam). Neste experimento iremos medir a declinação magnética local.
Normalmente, uma bússola indica a direção N-S do meridiano local, ou seja, a direção e sentido da componente horizontal do campo magnético terrestre local, BH. Quando, além deste campo, um outro campo, gerado por fios percorridos por corrente elétricas ou imãs, estiver presente, a bússola indicará a direção e sentido magnético resultante.
Se a direção do campo gerado por aquela segunda fonte for bem conhecida, pode-se determinar sua amplitude, B, a partir do conhecimento de BH e da direção e sentido do campo resultante, BR. Como mostra a figura 3:
Figura 1: Determinação da intensidade de um campo, B, quando o mesmo possui direção perpendicular a BH
B = BH . tg(((1)
Deste modo, para o conhecimento de B é suficiente ter-se o valor de BH e medir-se o ângulo (. Este resultado é válido desde que nenhuma outra fonte atue simultaneamente com aquela em estudo. Tais fontes indesejáveis poderiam ser ferragens sobre ou sob a mesa de trabalho, transformadores das fontes de corrente, imãs permanentes, fios percorridos por corrente e etc.
Eletromagnetismo
Experiências mostraram que um campo magnético pode ser gerado não apenas por ímãs, mas também por correntes elétricas e hoje se atribui o magnetismo dos ímãs a existência de micro corrente no seu interior. Desta forma, a origem de qualquer campo magnético é atribuída às cargas elétricas em movimento. Eletromagnetismo é o ramo da Física que estuda as interações elétricas e magnéticas em conjunto.
Campo Magnético
O magnetismo é um fenômeno básico no funcionamento de motores elétricos, geradores, reprodução de voz e imagens, gravação de informações em memória de computador e várias outras aplicações tecnológicas.
O campo magnético é a região do espaço modificada pela presença de um imã, de um condutor percorrido por uma corrente elétrica ou de um corpo eletrizado em movimento.
Campo Magnético Terrestre:
A Terra é um planeta que se comporta como um imenso ímã, estabelecendo assim, um campo magnético ao redor dela. O eixo geomagnético, ou seja, o eixo que une o polo norte e sul magnético terrestre, não coincide com o eixo de rotação da Terra. Entre esses dois eixos forma-se um ângulo que é aproximadamente igual a 13°.
Por muitos anos os cientistas acreditaram que o campo magnético criado pela Terra surgia em razão das grandes quantidades de minerais de ferro magnetizado, os quais existiam em abundância no interior do planeta e era distribuído de forma a tornar o globo terrestre um grande ímã. Hoje já se sabe que essa teoria não é verdadeira, pois toda matéria que existe no interior da Terra está em temperaturas tão elevadas que tanto o ferro quanto o níquel encontram-se no estado líquido. No entanto, ainda hoje não se tem a certeza das causas e das fontes do magnetismo terrestre, mas existem algumas teorias que sugerem que a defasagem entre a parte interna líquida e o manto inferior sólido gera uma poderosa corrente elétrica. Essa defasagem se origina a partir da rotação da Terra e as correntes elétricas produzidas nesse processo fazem surgir o campo magnético terrestre. Essa teoria é bem aceita, pois explica de modosatisfatório o campo magnético da Terra como o de outros planetas, por exemplo, Mercúrio e Júpiter. Mas ainda é desconhecida a fonte de energia que é necessária para criar e manter a corrente elétricas, sendo esse um ramo de pesquisa contínuo.
A intensidade do campo magnético pode variar de um lugar para outro, como também no mesmo local. Esse fato ocorre em razão da crosta terrestre ser constituída de inúmeros minerais, sendo o ferro o mais abundante de todos eles.
 
Indução Magnética (Fluxo Magnético)
Suponha uma superfície plana de área A que é colocada na presença de um campo magnético uniforme e de indução magnética B. Seja n normal à superfície e α o ângulo que n faz com a direção da indução magnética, veja:
Dessa forma, podemos definir fluxo magnético pela letra Φ(fi), como sendo o produto entre a indução magnética, a área da superfície plana e o cosseno do ângulo formado, ou seja:
Φ = BA cos θ
Lembrando que a indução magnética trata-se de grandeza vetorial, sendo assim, ela possui módulo, direção e sentido. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de fluxo magnético é o weber, em homenagem ao físico alemão que viveu no século XIX e, juntamente com Gauss, estudou o magnetismo terrestre. A unidade da indução magnética (B) é o tesla (T).
O fluxo magnético pode ser entendido como sendo o número de linhas de indução que atravessam a superfície, assim sendo, podemos concluir que quanto maior o número de linhas que atravessam a superfície maior será o valor do fluxo magnético.
Conclusão
A passagem de corrente pelo fio condutor, que está imerso em um campo magnético, provoca a geração de uma força de natureza eletromagnética. Observando-se que o balanço condutor pode sofrer um deslocamento no sentido do ímã ou no sentido oposto ao imã. Estas situações podem facilmente ser comprovadas pela regra da mão direita.
Laboratório de Física Experimental III
Experiência nº xx
MOTOR ELETROMAGNÉTICO
Experiência 
Representar na prática o funcionamento de um motor eletromagnético.
Materiais Utilizados
Conjunto eletromagnético kurt;
Chave Multiuso;
Fonte de tensão contínua;
Procedimento Prático
Ao ligar a fonte indique o sentido de rotação da bobina.
Indo do Sul para o Norte. Se indicarmos o sentido ele vai do Norte para o Sul.
Invertendo a chave e ligando a fonte o que observa?
Ele fica paralisado.
Se retirar o imã o que acontece?
Ele fica em paralelocom a haste.
Qual o sentido da força magnética que ocorre na bobina?
(Sul Norte) Chave para cima. / (Norte Sul) Chave para baixo.
Você fez alguma observação?
Quando invertemos a fonte e o imã o sentido não muda (Sul Norte), mas se forçarmos ele muda (Norte Sul).
Teoria
Ímãs permanentes são objetos que produzem seus próprios campos magnéticos. Todos os ímãs permanentes possuem os pólos sul e norte. Eles são feitos de materiais ferromagnéticos como ferro e níquel que foram magnetizados. 
Campo magnético gerado por correntes de cargas elétricas
Todas as cargas em movimento produzem campos magnéticos. Cargas pontuais em movimento produzem um campo magnético complicado mas bem conhecido que depende da carga, velocidade, e aceleração da partícula. Ele forma caminhos fechados em torno de uma linha apontando na direção em que a carga está se movendo.
��
A corrente (I) em um condutor linear produz um campo magnético (B) em torno do condutor.
Se o condutor receber a forma de um laço o campo magnético é concentrado dentro do laço e enfraquecido do lado de fora. A colocação de mais laços destes para formar um solenóide torna o efeito mais acentuado. Estes dispositivos, chamados de eletroímãs ou eletromagnetos, são importantes porque podem gerar campos magnéticos fortes e bem controlados. Um eletromagneto infinitamente longo possui um campo magnético uniforme internamente e nenhum campo magnético do lado de fora. Um eletromagneto de tamanho finito produz um campo magnético que essencialmente é o mesmo de um magneto permanente da mesma forma e tamanho com uma intensidade (e polaridade) que é controlada pela corrente fornecida.
Motor elétrico 
É uma máquina destinada a converter energia elétrica em energia mecânica. É o mais utilizado de todos os motores elétricos, pois combina a facilidade de transporte, economia, baixo custo, limpeza e simplicidade de comando. São máquinas de fácil construção e fácil adaptação com qualquer tipo de carga. 
O funcionamento dos motores elétricos está baseado nos princípios do eletromagnetismo, mediante a qual a corrente que passa nas espiras de uma bobina gera um campo magnético. Existem vários tipos de motores elétricos, dos quais os principais são os de corrente contínua e de corrente alternada. Os motores de corrente contínua são mais caros, pois é necessário um dispositivo que converte a corrente alternada em corrente contínua. Já os motores de corrente alternada são mais baratos e os mais utilizados, pois a energia elétrica é distribuída em forma de corrente alternada reduzindo assim seu custo. 
A maioria de motores magnéticos são giratórios, mas existem também os tipos lineares. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator. O motor é constituído de eletroímãs que são posicionados em ranhuras do material ferromagnético que constitui o corpo do rotor e enroladas e adequadamente dispostas em volta do material ferromagnético que constitui o estator.
Existem vários tipos de motores elétricos, dos quais os principais são os de corrente contínua e de corrente alternada. 
Motores de corrente contínua 
Precisam de uma fonte de corrente contínua, neste caso pode ser necessário utilizar um circuito retificador para converter a corrente alternada, corrente fornecida pela concessionária de energia elétrica, para corrente contínua. Podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em dispositivos eletrônicos. 
As figuras abaixo mostram um sistema mais sofisticado do funcionamento do motor com a utilização do comutador e as escovas que trabalham em conjunto para fazer com que a corrente flua para o eletroímã e também para inverter o sentido em que os elétrons estão fluindo exatamente no momento correto. Os contatos do comutador são fixados ao eixo do eletroímã, de modo que eles giram junto com este. As escovas são somente duas peças de metal flexível ou grafite que fazem contato com o comutador.
 
Motores de corrente alternada 
Nesse tipo de motor, tanto a corrente das bobinas do estator quanto a corrente das bobinas do rotor sofrem alteração de sentido ao longo do tempo. Os motores AC podem ainda ter como elemento auxiliar um transformador elevador de tensão e um alternador de frequência (esse último pouco comum). Os motores AC trabalham normalmente em uma frequência de rede na faixa dos 60 hertz (frequência da rede elétrica no Brasil), o que significa que o sentido da corrente em uma bobina varia 60 vezes por segundo. Tipicamente, os motores de corrente alternada possuem dezenas de bobinas no rotor e no estator, o que os torna mais estáveis e mais eficientes. 
Conclusão
Com essa prática foi possível colocar toda a teoria aprendida em sala de aula, e ainda tem uma visão melhor de como ocorre o campo magnético e sua interação entre os mesmos. Finalmente, considero que o trabalho descrito aqui cumpriu com os objetivos propostos no projeto , além de acrescentar alguns tópicos importantes. O motor construído está de acordo com o esperado, cumprindo seu papel didático de forma satisfatória.
Laboratório de Física Experimental III
Experiência nº xx
PONTE DE WHEATSTONE
Experiência 
Neste trabalho montamos um circuito em laboratório com o uso da ponte de Wheatstone que é um dispositivo cujo ramo central é um indicador de corrente sensível (galvanômetro) e com isso determinar uma resistência desconhecida. Foram também revisados os conceitos de divisor de corrente e divisor de tensão para facilitar a resolução do circuito. Após resolvemos algebricamente o circuito para calcular a resistência desconhecida e fazer uma relação entre os valores teóricos com os valores medidos experimentalmente.
Materiais Utilizados
Multímetro;
Placa para circuitos;
Fonte de tensão contínua;
4 resistores;
Cabos de conexão;
Placa protoboard.
Procedimento Prático
Montou-se o circuito, escolhendo para Rx, ajustou-se o potenciômetro para ter uma tensão zero no multímetro e mediu-se o valor da resistência no mesmo. Com os valores dos resistores conhecidos e o lido no potenciômetro foi calculado algebricamente Rx para confrontar com o valor experimental. 
Recebemos o circuito com as características descritas anteriormente. Utilizamos a protoboard, que é uma placa que nos permite a montagem dos circuitos, que eram alimentados por uma fonte de tensão variável, utilizamos também um multímetro de várias escalas, para calcular os itens solicitados. Após a realização de todas as medições necessárias para a solução do circuito elétrico, fizemos a comprovação, algebricamente, dos resultados obtidos através das equações de Ponte de Wheatstone, para comprovar sua veracidade.
 
�
�
Teoria
Circuito Divisor de Corrente 
Nos circuitos em paralelo a corrente que entra em um conjunto de elementos se dividirá, no caso de dois elementos iguais, a corrente se igualmente. Se os elementos em paralelo tiverem resistências diferentes, o elemento de menor resistência será percorrido pela maior fração de corrente. Em outras palavras, a razão entre os valores das correntes nos dois ramos será inversamente proporcional a razão entre as suas resistências.
Figura 1 - Circuito divisor de corrente.
Onde: 
Ix: Corrente á encontrar em determinado ramo. 
Rt: Resistência total. 
Rx: Resistência do ramo a determinar a corrente. 
I: Corrente total.
Circuito Divisor de Tensão 
Nos circuitos em série a tensão entre os terminais doselementos resistivos divide-se na mesma proporção que os valores de resistência, ou seja, a tensão entre os terminais de um resistor em um circuito em série seja igual ao valor desse resistor multiplicado pela tensão total aplicada aos elementos em série no circuito, dividido pela resistência total dos elementos em série.
Figura 2 - Circuito divisor de tensão.
Onde: 
Vx: Queda de tensão a ser determinada. 
Rx: Resistor a encontrar a queda de tensão. 
Rt: Resistência total.
Vs: Tensão total circuito.
Ponte de Wheatstone 
A ponte de Wheatstone é um circuito empregado para medir resistências (geralmente valores médios entre 1Ω e 1MΩ). O circuito é constituído por quatro resistores, onde três valores de resistência são conhecidos e um não, uma fonte de tensão CC e um galvanômetro (com sensibilidade para medir correntes da ordem de micro ampères). 
O circuito possui cinco ramos: 
No ramo central é colocado o galvanômetro; 
Nos três outros ramos são resistores conhecidos, sendo um deles variável; 
No quinto ramo é colocado o resistor desconhecido que será indicado, matematicamente, quando o galvanômetro marcar zero.
Figura 3 - Ponte de Wheatstone.
Se: 
Va = Vb; i = 0; A ponte está em equilíbrio. 
Va ≠ Vb; i ≠ 0 ; A ponte está em desequilíbrio. 
Para se encontrar resistências desconhecidas usamos um potenciômetro ajustável no lugar de um dos resistores até que a ponte entre em equilíbrio, ou seja, i = 0, ou seja, sem corrente no amperímetro e então é só calcular o valor da resistência desconhecida.
Figura 4 - Ponte de Wheatstone com resistência a ser determinada.
Assim podemos calcular Rx;
Onde: 
Rx: Resistência desconhecida. 
Rv: Resistência medida no potenciômetro. 
R2 e R4: Resistências conhecidas.
Cálculo algébrico
Comparação de valores medidos e calculados
Tabela 1 - Valores medidos e calculados.
	Componente
	R1
	R2
	R3
	R4
	Valor Real
	120
	x
	150
	1K
	Valor Medido
	17,5
	116,56
	150
	1K
O valor de R1 foi medido quando o valor de tensão chegou a zero no multímetro.
Pequenas diferenças são devido aos arredondamentos nos cálculos.
Conclusão
Analisando os resultados obtidos através do experimento realizado e exposto anteriormente, pode se afirmar que as equações da Ponte de Wheatstone são muito utéis para determinar uma resistência desconhecida. Para haver um confronto entre os valores medidos pelo multímetro e pelo valor obtido através da aplicação das das equações da Ponte, foi realizado a simulação do circuito em um software, o Multissim, que desenha e analisa os circuitos elétricos de corrente contínua e alternada, com isso foi possível o aprendizado de diversas funções desse software que será muito útil em diversos outros projetos. Através dos dados obtidos, pode-se concluir que o experimento gerado foi satisfatório para a realização deste relatório.
� PAGE \* MERGEFORMAT �2�