4 Indução Magnética B no Centro de uma Espira Circular Percorrida por uma Corrente Elétrica

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Relatório de Física Experimental II: Indução
Magnética B no Centro de uma Espira Circular
Percorrida por uma Corrente Elétrica
Prof. Dr. Valdirlei Fernandes Freitas
Responsável: Andressa Mayara Costa Rosa
Leonir Josafat Guembarski
Mariana Gabriela Fabiani
Matheus Vieira Camargo Ramos
Patricia Camargo de Oliveira
Data da realização: 21/08/2017
Data da entrega: 28/08/2017
Relatório de Física Experimental II: Indução Magnética B no Centro de uma Espira
Circular Percorrida por uma Corrente Elétrica
FREITAS, V. F.,1 ROSA, A. M. C.,2 and GUEMBARSKI,
L. J.; FABIANI, M. G.; RAMOS, M. V. C.; OLIVEIRA, P. C.
1Professor do Departamento de Física, Universidade Estadual do Centro-Oeste, 85040-080, Campus CEDETEG/PR - Brasil.
2Responsável pelo relatório
(Dated: 28 de agosto de 2017)
I. RESUMO
Neste experimento realizamos práticas referentes à
campos gerados por corrente elétrica. Em estudos anteri-
ores, fizemos a dedução do campo de uma espira circular
em diversas configurações de simetria, a mais comum se
deu por meio da adoção de um ponto no centro geomé-
trico dessa espira. Com base no campo de uma espira
circular, montamos o equipamento de forma a parecer
um arco, ou metade de uma espira, mapeamos então as
linhas de campo desse arco e conceituamos o campo ge-
rado.
II. TEORIA
É notável nos dias de hoje o grande avanço da tecno-
logia, quase tudo que temos acesso hoje se deve ao fato
de usufruirmos da nossa tão amada energia elétrica. Um
fato interessante é que em todos estes centros de trans-
missão de energia temos conceitos de eletromagnetismo
estritamente importantes aplicados para essa funcionali-
dade. A maior parte dos geradores de eletricidade, em
usinas hidrelétricas por exemplo, funcionam como base
em uma das leis fundamentais do eletromagnetismo, a
produção de uma força eletromotriz induzida devido à
variação do fluxo de um campo magnético, que é justa-
mente o que diz a lei de Faraday. [1]
ε = −dΦB
dt
(1)
Em que o sinal na equação 1 é explicado pela lei de
Lenz, que diz que a força eletromotriz induzida é tal que
se oponha ao fluxo que a produziu.[2]
A. Campo de Uma Espira Circular
Dada as configurações de um sistema elétrico, o campo
B está entrando no ponto O, como apresentado na Figura
1.
O qual obedece à expressão apresentada na Equação
2.
B = µ0i4piRΦ (2)
Figura 1. Arco Circular
Fonte: modificado de
http://sites.ifi.unicamp.br/f328/files/2013/10/Aula-09-F328-
2S-2013.pdf
Onde R é o raio do arco e o ângulo convencionado do
arco, entendendo-se que se completarmos o arco a modo
de termos uma circunferência, o ângulo passa a ser 2,
com isso temos uma espira circular, então o B de uma
espira será expresso pela Equação 3.
B = µ0i2R (3)
III. OBJETIVOS
• Levar o aluno a mapear as linhas de indução magné-
tica gerada por uma corrente elétrica que percorre
uma espira circular, em seu plano horizontal axial;
• Levar o aluno a reconhecer a validade das leis de
Faraday e Lenz, bem como a aplicação de suas re-
gras.
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IV. EXPERIMENTO
A. Materiais
• Uma bobina de 300 espiras;
• Uma bobina de 5 espiras;
• Uma haste de união e manipulo de aperto para
transformador;
• Um tripé estampado com roscas central e três sa-
patas niveladoras isolantes;
• Um “l” superior do transformador;
• Um “U” laminado do transformador;
• Uma mesa com junção de espiras;
• Um subconjunto formado por: uma haste e um
tripé com três sapatas niveladoras isolantes;
• Uma bobina de 600 espiras;
• Uma espira circular para alta corrente;
• Uma chave inversora de três posições ou uma liga-
desliga;
• Quatro conexões de fios com pino banana;
• Limalha de Ferro.
Figura 2. Representação dos materiais utilizados.
Fonte: própria do autor
B. Procedimento Experimental
O experimento foi montado primeiramente de acordo
com a figura 3, mantendo-se desligado da rede durante o
processo.
Em seguida, espalhou-se um pouco de limalha de ferro
em cima da mesa com junção de espiras, em volta do
condutor. Logo depois, conectamos uma extremidade dos
cabos na chave liga-desliga e a outra na rede, ligando a
chave e dando leves batidas com o dedo sobre o acrílico
Figura 3. Montagem do experimento.
Fonte: Roteiro experimental
a fim de melhor espalhar a limalha e assim obter uma
melhor visualização do alinhamento da mesma.
Por fim, determinamos o raio médio da espira circular
utilizada no experimento, com a finalidade de mensurar-
mos, posteriormente, o vetor indução magnética no inte-
rior da espira circular, encontrando para este raio o valor
de 3,15cm.
V. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Observando-se a tensão utilizada neste experimento,
em que se fosse 110V a bobina a ser utilizada deveria
ser de 5 espiras, enquanto que se a tensão fosse 220V
a espira devia ser de 300 espiras, utilizou-se a bobina
composta por 300 espiras, notando-se o aquecimento da
espira circular para alta corrente devido ao efeito Joule,
caracterizado pela dispersão de energia quando a corrente
elétrica é demasiadamente elevada.
Ao se espalhar limalha de ferro sobre a superfície acrí-
lica do sistema, sendo esta disposta de modo a estar pró-
xima do condutor, visualizou-se a formação de linhas de
campo magnético circundantes ao mesmo, caracterizando
a Lei de Faraday, em que uma corrente eletromagnética é
capaz de gerar um campo magnético disposto em planos
paralelos ao seu sentido. Notamos também que a maior
concentração de linhas de campo magnético encontrava-
se entre as duas componentes verticais da espira circular
para altas correntes colocadas nos dois orifícios da mesa
de acrílico, de modo que a intensidade do vetor indução
magnética é influenciada pela proximidade desta com o
condutor, pois quanto mais próximo a limalha estava,
maior era a visibilidade das linhas de campo magnético,
caracterizando uma maior intensidade do vetor indução
magnética para este caso.
Obteve-se para a medida média de raio da espira
circular utilizada 3,15 cm. A partir da regra da mão
direita, identificou-se a orientação do vetor indução
magnética dos campos eletromagnéticos gerados por
correntes elétricas em pontos dados para cada caso
conforme as figuras 4, 5, 6, e 7. Em que na figura 4, no
ponto A, temos que o campo magnético está entrando,
na figura 5, A representa um ponto de saída, em 6, o
campo magnético entra em A e sai em A’ e por fim, em
7, temos a entrada de campo magnético em A e saída
nos pontos A’ e A”.
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Figura 4. Análise da orientação do vetor indução.
Fonte: Roteiro experimental
Figura 5. Análise da orientação do vetor indução.
Fonte: Roteiro experimental
VI. CONCLUSÕES
Pode-se notar que a Lei da Indução de Faraday é bem
caracterizada neste experimento, pois é visto que uma
corrente induzida produz um campo magnético e que essa
intensidade do campo magnético é influenciada pela dis-
tância do ponto analisado. Quanto mais perto ficava da
corrente elétrica induzida era mais visível a concentração
das linhas de campo e com isso maior sua intensidade.
VII. QUESTÕES
1.Observando a figura 3, em qual dos retângu-
los verifica-se maior concentração das linhas de
Figura 6. Análise da orientação do vetor indução.
Fonte: Roteiro experimental
Figura 7. Análise da orientação do vetor indução.
Fonte: Roteiro experimental
indução magnética?
Há maior concentração das linhas de indução magné-
tica no retângulo 2.
2.Em termos de módulo do vetor indução mag-
nética −→B , em qual região pontilhada você diria
que −→B possui maior valor? Justifique a sua res-
posta.
Quanto mais próximo dos condutores maior será a
intensidade do vetor indução magnética.
3.B = µ0.i2R é a expressão matemática que per-
mite calcular a intensidade (módulo) do vetor in-
dução magnética −→B no centro de uma espira cir-
cular. Identifique cada termo desta expressão.
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Figura 8. Figura para análise das linhas e vetor de indução
magnética.Fonte: Roteiro experimental
B= módulo indução magnética
µ0= (no vácuo vale: 4× 10−7T.m/A)
i= corrente elétrica
R= raio.
4.Neste tipo de montagem, este transformador,
conectado em rede 110V AC solicita no secundá-
rio uma corrente i75A, em redes 220V AC um
i140A. Qual a solicitação (aproximada) pelo se-
cundário do transformador na sua montagem?
i = 140 A
4.Determine o valor aproximado do vetor in-
dução magnética no interior da espira circular,
nesta atividade (considerando a experiência rea-
lizada no vácuo).
B = 4.pi.10
−7 × 140
2× (0, 0315) = 1, 76× 10
−4T
[1] NUSSENZVEING, H. M. Curso de Física Básica 3: Ele-
tromagnetismo. 1a edição. São Paulo: Edgard Blücher,
1997.
[2] Marco, B. L.. CURSOS UNICAMP. Campos Magnéti-
cos Produzidos Por Correntes. Campinas. (2o semestre de
2013) p. 6