Relatório Experiência 10

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO DE ENGENHARIA
FÍSICA EXPERIMENTAL 3
Turma nº 3043
Experiência nº 10
Nome da experiência: A indução magnética B no centro de uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica, o trafo
Professor: Gilberto Rufino de Santana
Alunos: Claudio Ribeiro Dos Santos Junior 201309050971
 Jaquesson Batista de Oliveira 		201201536642
 Lucas Soares Costa 		201309053367
 Renan Cardoso de Oliveira 		201309050953
 Victor Bruno Heinz Maria 		201201577756
1. Objetivos
Ao término desta atividade o aluno deverá ter competência para:
Mapear as linhas de indução magnética geradas por uma corrente elétrica que percorre uma espira circular, em seu plano horizontal axial;
Reconhecer a validade da lei de Faraday e Lenz.
2. Material necessário
01 suporte com: haste, âncora, manípulos de aperto e tripé Wackerritt com sapatas niveladoras isolantes;
01 bobina de 300 espiras (1);
01 bobina de 6 espiras com bornes metálicos para alta corrente (2);
01 bobina de 600 espiras (3);
02 armaduras laminadas de silício em “U” (10) e (11);
01 mesa projetável, com tampo articulável, quatro sapatas niveladoras e junção para espiras (12);
01 espira com dois fios paralelos para alta corrente (extremidade com forma semicircular) (13);
01 conjunto de hastes condutoras paralelas para alta corrente (16);
02 balanços condutores para alta corrente (17);
01 bussola projetável com agulha magnética em estrutura transparente;
01 chave liga-desliga com conexão para rede (19), tipo EQ034D;
03 conexões de fios com pino banana (20);
Limalhas de ferro;
3. Procedimento da Experiência
Nesta atividade, montamos a experiência conforme a figura abaixo.
Mantenha o conjunto desligado da rede até recomendações em contrário. Nas atividades onde a rede for 220 VAC, utilize no primário a bobina de 600 espiras (3), quando a rede for de 127 VAC, utilize no primário a bobina de 300 espiras (1).
4. Perguntas e Respostas dos resultados da experiência
Reproduza na Figura 2 o observado.
4.2. Observando a Figura 2, em qual dos círculos você verifica maior concentração de linhas de indução magnética?
R: P3
Em termos de módulo do vetor indução magnética B, em que região demarcada pelos círculos, você diria que B possui maior valor? Justifique a sua resposta.
R: P3, pois há maior concentração de limalhas de ferro nesse ponto, onde as linhas de indução magnética se encontram em maior concentração.
4.3. Nos desenhos a seguir, suponha uma intensidade de corrente i, num certo instante, circulando nos sentidos indicados nas Figuras 3, 4, 5 e 6.
Desenhe, em cada caso, a orientação do vetor indução magnética B nos pontos assinalados pela letra “A”, segundo a regra da mão direita.
4.4. B = μ i/2R é a expressão matemática que permite calcular a intensidade (módulo) do vetor indução magnética B no centro de uma espira circular, percorrida por uma corrente elétrica.
• Identifique cada termo desta expressão.
μ = (no vácuo vale: 4π10-7 T.m/A) Para fins de cálculos vamos considerar este valor em nosso experimento.
B – Vetor indução magnética (Vetor campo magnético), medido em Tesla (T)
i – Intensidade de corrente elétrica, medida em ampère (A)
R – Raio da circunferência, medido em metros (m)
μ – Permissividade magnética do meio, medido em T.m/A
4.5. Determine o raio médio da espira semicircular utilizada no experimento.
R: Rm = 2 cm ou Rm = 0,02 m.
4.6. Neste tipo de montagem, o transformador, conectado em rede 127 VAC solicita no secundário uma corrente i ≈ 75 A, se mantida a mesma bobina (no primário) em redes de 220 VAC solicitará uma corrente i ≈ 140 A. Qual a solicitação (aproximada) pelo secundário do transformador na sua montagem?
R: i ≈ 182,5 A.
4.7. Determine o valor aproximado do vetor indução magnética no interior da espira semicircular (considerando a experiência realizada no vácuo).
R: B = μ i/2R		B = 4π10-7.182,5/2.0,02		B = 5,73.10-3 T
Dê a orientação e o módulo, nos pontos A assinalados nas Figuras 7, 8, 9 e 10 do vetor indução magnética B provocado pelas correntes elétricas que circulam nos condutores indicados.
	
Figura 7: B = μ i/2πR B = 4π10-7.4/2π.0,2					 B = 4.10-6 T
Figura 8: B = μ i/2πR B = 4π10-7.75/2π.0,5				 B = 3.10-5 T
Figura 9: B = B1 – B2	 B = (4π10-7.30/2π.0,25) – (4π10-7.30/2π.0,25)	 B = 0 T
Figura 10: B = B1 + B2 B = (4π10-7.10/2π.0,5) + (4π10-7.5/2π.0,25)	 B = 8.10-6 T
5. Comentários
Durante esta atividade operamos diretamente com a tensão da rede local sobre a bobina do primário e fará circular no secundário (conjunto formado pela segunda bobina e o que nela estiver ligado) uma alta amperagem, consequentemente, a bobina do secundário dissipará uma apreciável energia térmica (devido ao efeito Joule), aquecendo relevantemente o sistema.
Recomenda-se que o conjunto seja ligado somente o tempo necessário para que ocorra o alinhamento das limalhas de ferro ao redor do condutor e desligado, imediatamente, ao término de cada operação. Mantendo a chave (19) desligada, conecte o conjunto a rede local.
Em seguida, com um amperímetro medimos a corrente de entrada (i ≈ 3,2 A) e a corrente de saída (i ≈ 182,5 A), após as medições das correntes, espalham-se as limalhas de ferro ao redor do condutor. Ligue e mantenha a chave ligada apenas para obter um bom efeito visual do alinhamento das limalhas (se necessário, dê leves batidas com o dedo sobre a mesa (12)) para verificar o comportamento das linhas de indução magnética.
6. Conclusões
Observamos que o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que lhe deu origem. Havendo diminuição do fluxo magnético, a corrente criada gerará um campo magnético de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte. Havendo aumento, a corrente criada gerará um campo magnético oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte, comprovando a lei de Lenz.
 
A variação do fluxo magnético próximo a um condutor cria uma diferença de potencial induzida nesse mesmo condutor, tal a gerar uma corrente, denominada corrente induzida, que cria um fluxo magnético oposto à variação do fluxo inicial, comprovando os estudos de Michael Faraday. Não havendo variação do fluxo magnético, não há a ocorrência de uma corrente induzida.
Concluímos que a atividade foi de grande valia para que os integrantes do grupo pudessem ter mais noção e aprender mais sobre o assunto de indução magnética B no centro de uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica, o trafo. Durante o trabalho pudemos associar o que aprendemos na teoria, com a prática dada no laboratório.