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Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Unidade Acadêmica de Física Lab. Ótica Eletricidade e Magnetismo Balança de corrente Leisa Rocha da Silva MAT: 116111232 Professor: Laerson Duarte Turma: 05 Campina Grande – PB Agosto de 2017 SUMÁRIO 1 OBJETIVOS...................................................................................................................3 2 INTRODUÇÃO..............................................................................................................4 3 MATERIAL UTILIZADO.............................................................................................6 4 METODOLOGIA...........................................................................................................7 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................................8 6 CONCLUSÃO..............................................................................................................10 7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................11 8 ANEXOS .....................................................................................................................12 OBJETIVOS Estudar a Força magnética de um fio com corrente submetido a um campo magnético uniforme. INTRODUÇÃO Quando um pedaço de fio reto e muito longo conduz uma corrente elétrica i, um campo de indução magnética B aparece ao seu redor. Para pontos próximos ao fio, as linhas de força, ou mesmo as linhas de campo, são círculos concêntricos ao fio. É possível descobrir o sentido convencional desse campo com a regra da mão direita, onde o dedo polegar aponta no sentido da corrente e os demais dedos apontam no sentido do campo. Em um campo magnético com uma indução magnética , uma força (força de Lorentz) age em uma carga q movendo-se com velocidade : O vetor força é perpendicular ao plano determinado pelos vetores e . F = q v × B. A velocidade das cargas transportadas é medida através da corrente elétrica IL. A carga total de elétrons na seção do circuito condutor de comprimento L deve ser formulada da seguinte maneira: como qv = IL tem-se que F = IL.L.B As linhas de campo são perpendiculares ao movimento dos elétrons (v perpendicular a B). Com isso é possível perceber que com um dispositivo comum, como um ímã, pode-se produzir um campo magnético aproximadamente constante numa dada região e ainda verificar as forças que agem em um fio ou em uma espira com corrente. A balança de corrente é um dispositivo que permite detectar e medir variações nas forças às quais um condutor é submetido enquanto é percorrido por uma corrente elétrica. Um imã permanente com o formato de ferradura suspenso por um eixo produz um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente i. O princípio da balança de corrente é similar ao de uma balança mecânica comum: O condutor (no qual circula a corrente elétrica) é suportado por contatos finos e flexíveis, que permitem mobilidade à balança. Para medir a massa inicial na balança primeiro faz-se a medida com uma casa decimal de precisão que é lida na parte inferior do leitor no ponto em que este encontra o zero da parte superior (vernier). A medida da segunda casa decimal é realizada no vernier, no primeiro ponto em que uma das linhas da graduação de baixo coincide com uma linha da graduação do vernier. E ao final somando-se os dois valores, obtemos um valor com precisão de 10-2 gramas. MATERIAL UTILIZADO Balança; Blocos polares; Placas com espiras condutoras retangulares; Fonte; Amperímetro; Cabos; Teslômetro. METODOLOGIA Com a balança montada, conforme a figura 14-5 da apostila, pendurou-se a espira escolhida no braço da balança e equilibrou-a de modo que a seção horizontal do condutor ajustada, no centro do campo uniforme. Ajustou-se a balança e mediu-se a massa inicial (m0), que é determinada sem campo magnético. Então, o campo magnético é inserido e a massa m é medida, a força magnética é igual à força obtida pela diferença entre as duas leituras de massas (m-m0), que corresponde ao peso necessário para equilibrar a força magnética provocada pela corrente i. Assim, foi variada a corrente no condutor em intervalos de 0,5 e anotaram-se os valores na Tabela – I. Depois com a corrente fixa em 2,5ª, substituem-se os condutores da corrente e repetiu-se os procedimentos anteriores. Foram anotados os dados na Tabela – II. Usando o teslômetro mediu-se o campo magnético no centro da abertura do ímã. Observando sempre antes de cada medida que o teslômetro deve ser zerado. RESULTADOS E DISCUSSÃO Dados: I = 50 mm = 0,05 m; N° da espira: 2 mo= 38,89 g = 38,89x10-3kg I(A) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 3,8 m1(g) 39,41 39,95 40,55 41,21 41,84 42,51 43,13 43,41 M = (m1 – mo) (g) 0,52 1,06 1,66 2,32 2,95 3,62 4,24 4,52 Fpeso (N) 0,0051 0,0104 0,0163 0,0228 0,0289 0,0355 0,0416 0,0443 Tabela – I Em seguida, fixou-se a corrente em I=2,5, os condutores de corrente foram sendo variados de acordo com os tipos disponíveis no laboratório e os procedimentos anteriores foram repetidos. Os resultados obtidos foram anotados na tabela II. Comprimento da Espira de Corrente (L) Massa (m0) Massa (m) M = m – m0 Fpeso = Mg (N) 12,5 mm 31,85 32,35 0,50 4,9 25,00 mm 31,14 32,07 0,93 9,1 50,00 mm 36,61 38,38 1,77 17,4 100,00 mm 38,89 41,84 2,95 28,9 Tabela - II Finalmente, utilizando um teslômetro, o campo magnético no centro da abertura de 1 cm do imã permanente foi medido. O resultado obtido: B= 85,0 mT Com os dados obtidos, é possível realizar a análise quantitativa do processo físico. Primeiramente, plota um gráfico F x I com os dados obtidos na Tabela I para obter o valor do campo magnético B. O produto L.B (onde L é o comprimento horizontal do condutor) é igual à inclinação do gráfico. Utilizando a equação F=ILB, é possível determinar o campo magnético. F = IL. L. B Então L. B = m = L. B, Logo, Assim, Comparando este valor com o valor obtido a partir da medição com o teslômetro, obtém-se um erro percentual de: Da mesma forma, com os dados obtidos na Tabela II, constrói um gráfico F x L para espiras de tamanhos variados. O produto IL.B (onde IL é a corrente na espira) é igual à inclinação da reta. Logo, Comparando este valor com o valor obtido a partir da medição com o teslômetro, obtém-se um erro percentual de: Gráfico em ANEXOS. CONCLUSÃO Com a finalização do experimento foi possível determinar a força magnética e um campo magnético conhecendo a força peso obtida no procedimento experimental, a corrente e o comprimento das espiras utilizadas. Após a análise dos gráficos e realização dos cálculos obtivemos um erro consideravelmente alto. Tais erros podem ser justificados por erros de leitura e observação das medidas, erros nos cálculos, influência de fatores externos, já que a balança é sensível a impactos que ocorreram na bancada. Além disso, campos magnéticos externos podem ter influenciado na geração de erros altos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS NASCIMENTO, Pedro Luiz do. Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande, 2014. http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/campo.php Apostila de Experimental II ANEXOS -Cálculo para o gráfico de F x I: -Eixo x (I): Módulo de x: Passo e Degrau: Equação da escala: Pontos do eixo x: -Eixo y (F): Módulo de y: Passo e Degrau: Equação da escala: Pontos do eixo y: -Cálculo para o gráfico 2 de F x L: -Eixo x (L): Módulo de x:Passo e Degrau: Equação da escala: Pontos do eixo x: -Eixo y (F): Módulo de y: Passo e Degrau: Equação da escala: Pontos do eixo y:
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