Relatório de Física Experimental II: Indução Magnética B entre dois Condutores Paralelos e Retilíneos Percorridos por Correntes Elétricas

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Relatório de Física Experimental II: Indução
Magnética B entre dois Condutores Paralelos e
Retilíneos Percorridos por Correntes Elétricas
Prof. Dr. Valdirlei Fernandes Freitas
Responsável: Matheus Vieira Camargo Ramos
Andressa Mayara Costa Rosa
Leonir Josafat Guembarski
Mariana Gabriela Fabiani
Patricia Camargo de Oliveira
Data da realização: 14/08/2017
Data da entrega: 21/08/2017
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I. RESUMO
Com base em alguns cálculos em relação à fios condu-
tores com corrente elétrica, deduzimos teoricamente, al-
gumas relações de forças magnéticas que se manifestam
nas proximidades desses fios. Neste experimento fizemos
algumas observações das manifestações e fenômenos en-
volvendo campos magnéticos próximos produzidos por
correntes atravessando condutores paralelos e retilíneos.
II. TEORIA
Um campo magnético pode ser gerado por uma carga
puntiforme em movimento, em aplicações do cotidiano,
o campo eletromagnético é gerado por um conjunto de
partículas que se movem juntas em uma corrente elé-
trica e apresenta sentido definido pela regra da mão di-
reita, o que pode ser observado na maioria dos circuitos
constituintes dos equipamentos elétricos na atualidade.
Entende-se que as linhas de campo magnético se apre-
sentam em forma de circunferências ao redor da corrente,
pois têm centro localizado nesta e emanam de cargas po-
sitivas que a constituem. [1]
É importante frisar que independentemente do formato
do condutor de corrente responsável pela formação de
campo magnético, as linhas de campo sempre se apre-
sentam como curvas fechadas, sem ter um ponto final.
A soma vetorial dos campos magnéticos gerados por car-
gas singulares é equivalente ao campo magnético total da
corrente que possui estas cargas, sendo que o módulo do
campo é igual para todos os pontos pertencentes a uma
circunferência, com centro na corrente, situada em um
plano perpendicular a esta, conforme relação matemá-
tica baseada na lei de Biot-Savart constante na Equação
1. [1][2]
−→
B = µ0i2pir (1)
Sendo:
µ0 =Permeabilidade magnética do meio (T.m/A)
i = Corrente elétrica (A)
r = Distância de um ponto ao centro do condutor (m)
Na disposição de dois condutores retilíneos, carre-
gando correntes elétricas (i1 e i2), próximo um do outro,
verifica-se que o campo magnético de um exerce influên-
cia sobre o outro e vice-versa, sendo que a intensidade
desse campo magnético em um ponto do condutor em
relação a outro pode ser expressa pela Equação 1, em
que r passa a representar a distância entre os conduto-
res e a corrente elétrica utilizada é a geradora do campo
elétrico que se deseja analisar. Desta forma, existe uma
interação de forças entre os dois condutores de modo que
se estes estão transportando correntes em mesmo sentido
estas se atraem e, analogamente, se o transporte é de cor-
rentes com sentidos opostos, as mesmas repelem-se, onde
a força de interação é caracterizada pela proporcionali-
dade direta com o produto escalar de suas intensidades
e inversa com a distância entre as mesmas, como é apre-
sentado na equação 2. [2][3].
dF2(1)
dl2
= −µ0i1i22pid = −
dF1(2)
dl1
(2)
A. Lei de Faraday e Lei de Lenz
As leis de Faraday e Lenz, são base fundamental para
todos os fenômenos eletromagnéticos que envolvem a va-
riação do fluxo magnético em um circuito, desta forma,
são fundamentais para o entendimento dos efeitos de in-
dução. A lei de Faraday diz que variação do fluxo magné-
tico através da área de uma espira fechada corresponde à
indução de uma força eletromotriz (fem) sobre a mesma,
onde o sentido de qualquer fenômeno gerado por um
campo magnético é regido pela lei de Lenz, entendendo-
se que, neste caso, a corrente induzida e qualquer ou-
tra componente gerada por meio de variação de fluxo
magnético com o tempo, se opõe ao sentido do mesmo,
bem como um fluxo magnético também se opõe ao fluxo
magnético gerador das correntes que eventualmente o
formaram.[1] [3].
III. OBJETIVOS
• Levar o aluno a mapear as linhas de indução mag-
nética gerada por uma corrente elétrica que circula
no mesmo sentido em dois condutores paralelos e
retilíneos;
• Levar o aluno a reconhecer a validade das leis de
Faraday e Lenz, bem como a aplicação de suas re-
gras.
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;
3
• 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 com dois fios paralelos para alta cor-
rente;
• Um trilho condutor com dois balanços;
• Uma chave inversora de três posições ou uma liga-
desliga;
• Quatro conexões de fios com pino banana;
• Limalha de Ferro;
• Um retroprojetor.
Figura 1. Representação dos materiais utilizados.
Fonte: própria do autor
B. Procedimento Experimental
O experimento foi montado primeiramente de acordo
com a figura 2, mantendo-se desligado da rede durante o
processo.
Figura 2. Montagem do experimento.
Fonte: Roteiro experimental
Espalhou-se um pouco de limalha de ferro em volta
do condutor na mesa com junção para espiras. Então
conectou-se os cabos de conexão na chave liga-desliga e
em seguida na rede, ligando-se a chave logo em seguida
e dando umas batidas leves no acrílico a fim de melhor
espalhar a limalha e assim obter uma melhor visualização
do campo magnético.
Para a segunda etapa do procedimento, com os ca-
bos desligados da rede, removeu-se o conjunto da mesa
com junção para espiras e a espira com fios paralelos,
fixando-se no lugar os trilhos condutores com dois balan-
ços, deixando um espaço de mais ou menos 5 mm entre
os mesmos. Por fim, ligou-se novamente os cabos à rede
e observou-se o ocorrido.
V. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após espalhar a limalha de ferro ao redor dos conduto-
res, ligou-se a chave geral e observou-se o comportamento
das mesmas, percebemos que o sentido do campo mag-
nético −→B , com a corrente magnética de baixo para cima
possuía um sentido anti-horário. Observou-se também
que a corrente que circula no condutor 1 gera campo
magnético −→B no condutor 2. A suposição proposta no
roteiro dá uma noção do que aconteceria se o condutor
2 fosse móvel, e o que aconteceria é que o mesmo seria
atraído pelo outro condutor por conta dos campos mag-
néticos produzidos nos dois condutores.
No roteiro experimental há diversas figuras com pontos
diferentes dos condutores mostrados na prática, e nessas
figuras tem-se que mostrar o sentido do campo magné-
tico −→B considerando que a corrente tem sentido de baixo
para cima, e por isso que o sentido de −→B é anti-horário,
porém percebemos que em um único ponto o campo mag-
nético se cancela devido aos pontos entre eles. Em outra
figura, o roteiro propõe que os condutores possuem dife-
rentes direções de sua corrente elétrica, então os sentidos
dos campos magnéticos gerados são contrários e quando
as linhas magnéticas se encontrassem os campos irão se
somar. Em seguida calculamos o campo magnético em
diversas situações.
Figura 3. Figuras para cálculo do campo magnético.
Fonte: Roteiro Experimental.
A ”figura 5” gera um campo magnético de 4×10−6T, a
”figura 6” gera um campo magnético de 3×10−5T. A ”fi-
gura 7” assim como a figura 8, não geram campo magné-
tico, visto que o sentido da corrente encontravam-se nos
mesmos sentido. A “figura 9” gera dois campos magné-
ticos devido a possuir duas correntes de intensidade dife-
rentes e com distâncias diferentes do ponto Ano entanto,
ambos apresentam a mesma intensidade, 4×10−6T; neste
caso, os campos no ponto A são somados resultando em
4
um vetor indução de 8× 10−6T.
Figura 4. Figuras paracálculo do campo magnético.
Fonte: Roteiro Experimental.
Na última parte do roteiro experimental, pedia-se que
que se verifica-se o comportamento dos dois balanços
quando estão separados a uma pequena distância de
5mm. Foi visto que quando ligada e desligada a chave,
os balanços se atraíam, o que pode ser explicado por
conta dos campos magnéticos dos balanços gerados pela
corrente elétrica que passa pelos mesmos interagirem, ge-
rando assim uma força de atração e/ou repulsão até certo
ponto em que os campos magnéticos param de agir. E
invertendo a polaridade o campo magnético se inverte,
porém ocorre o mesmo fenômeno, se movimentando ape-
nas do lado contrário.
VI. CONCLUSÕES
O campo magnético −→B1 agindo no condutor 2, exerceu
sobre −→B1 uma força magnética cujo sentido foi como pre-
visto, dado pelo produto vetorial da corrente pelo campo.
O mesmo ocorreu com o campo −→B2, ao agir sobre o con-
dutor 1. No experimento, os dois condutores se atraíram
quando a corrente que por eles passava possuía o mesmo
sentido, com base no mapa de linhas de campo de ambos
os condutores, pôde-se concluir que a força magnética, a
corrente e o campo −→B , são perpendiculares entre si e a
força magnética obedece a equação 2.
VII. QUESTÕES
1. Calcule o módulo do vetor indução magnética −→B
em cada um dos pontos A indicados pelas figuras 5, 6, 7,
8 e 9 do roteiro experimental (figuras 2 e 3 do relatório).
(Observação: considere os sistemas no vácuo,
µΦ = 4pi × 10−7T.m/A).
Utilizando a Lei de Bio-Savart representada pela equa-
ção 1 calculamos o módulo do vetor indução magnética−→
B nos pontos indicados. Chamamos de |−→B5|, |−→B6|, |−→B7|,
|−→B8| e |−→B9|, os módulos do vetor indução magnética
das figuras 5, 6, 7, 8 e 9, respectivamente, do roteiro
experimental.
|−→B5|= (4pi × 10
−7)× (4)
(2pi)× (2) = 4× 10
−6T
|−→B6|= (4pi × 10
−7)× (75)
(2pi)× (0, 5) = 3× 10
−5T
|−→B7|= (4pi × 10
−7)× (30)
(2pi)× (0, 25) −
(4pi × 10−7)× (30)
(2pi)× (0, 25) = 0T
|−→B8|= (4pi × 10
−7)× (30)
(2pi)× (0, 25) −
(4pi × 10−7)× (30)
(2pi)× (0, 25) = 0T
|−→B9|= (4pi × 10
−7)× (10)
(2pi)× (0, 50) +
(4pi × 10−7)× (5)
(2pi)× (0, 25)
|−→B9|= 4× 10−6 + 4× 10−6 = 8× 10−6T
[1] YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A.; Física III: Eletro-
magnetismo. 12a edição. São Paulo: Pearson Education
do Brasil, 2009.
[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Funda-
mentos de Física 3: Eletromagnetismo. 4a edição. Rio de
Janeiro: LTC, 1994.
[3] NUSSENZVEING, H. M. Curso de Física Básica 3: Ele-
tromagnetismo. 1a edição. São Paulo: Edgard Blücher,
1997.