RELATORIO pendulo eletrostatico

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CURSO DE ENGENHARIA
RELATÓRIO SOBRE PÊNDULO ELETROSTÁTICO
Salvador - Ba
2014
CURSO DE ENGENHARIA
Maria alllll
Novaes ffff
RELATÓRIO SOBRE PÊNDULO ELETROSTÁTICO
Relatório Experimental da disciplina de Física Experimental III apresentado, como requisito parcial para aprovação na disciplina, ao Professor José Vicente Cardoso Santos, em maio de 2014.
Salvador - Ba
2014
Sumário
1 – INTRODUÇÃO ............................................................................
2 – LEIS DE MAGNETISMO ....................................................................
3 – HISTÓRIA.................................................................................................
4 – Lei de Faraday-Neumann-Lenz......................................
4.1 - Aplicações................................................................................
5- Lei de Faraday-Neumann.................................................
6- CALCÚLOS DO EXPERIMENTO...............................................
7- COMENTÁRIOS FINAIS.................................................................................
8– REFERÊNCIAS .............................................................................................	
9– APÊNDICES ..................................................................................................	
1 INTRODUÇÃO
Partindo da nossa experiência sobre força de atração e de repulsão no qual seu princípio diz que cargas iguais se repelem e cargas de sinais diferentes se atraem, temos a nossa experiência sobre“Pêndulo Eletrostático”.
Pêndulo: Corpos pesados, suspensos na extremidade inferior de uma linha ou vara metálica que tem outra extremidade ligada a um ponto fixo.
Pêndulo Eletrostático: É um conjunto simples de pêndulos de finos discos de papel metálico suspensos por fios de Náilon, linha de algodão ou linha sintética que permitem verificar a relação e interação do comportamento de corpos configurados e carregados de diferentes modos.
Eletrostática: A eletrostática é à parte da física que estuda as propriedades e as ações mútuas das cargas elétricas em repouso em relação a um sistema inercial de referência.
 
2 LEIS DE MAGNETISMO
A lei de Faraday-Neumann-Lenz, ou lei da indução eletromagnética, é uma das quatro equações de Maxwell que regem o eletromagnetismo clássico. É com essa lei que se entende a produção de corrente elétrica em um circuito colocado sob efeito de um campo magnético variável ou por um circuito em movimento em um campo magnético constante. É a base do funcionamento dos alternadores, dínamos e transformadores.
 
3 HISTÓRIA
 
Inicialmente Michael Faraday trabalhava em experimentos de química, supervisionado por seu chefe sir Humphry Davy, mas à luz dos resultados obtidos por Oersted sobre como correntes elétricas geravam campos magnéticos, o interesse de Faraday o fez iniciar uma série de experiências que resultaram na exposição à Royal Society de Londres, no dia 24 de novembro de 1831, do "Experimental Researches in Eletricity , um trabalho que continuou ao longo dos anos posteriores onde Faraday cobriu vários fenômenos elétricos. Nessa primeira etapa ele fez experiências na esperança de encontrar analogias entre o comportamento de cargas em movimento (corrente elétrica) e de cargas paradas em condutores.
A hipótese inicial era de que, assim como um corpo carregado pode induzir cargas elétricas em outros corpos, correntes elétricas seriam capazes de induzir correntes em circuitos próximos. No entanto, em suas experiências, Faraday foi capaz de perceber que uma corrente estacionária não gera nenhuma corrente em um circuito próximo. Contudo, o ato de ligar ou desligar essa corrente induzia sim uma força eletromotriz no circuito que esteve sempre desligado. Ao longo do trabalho no laboratório, ficou claro para ele que a geração de correntes induzidas dependia da variação temporal da corrente indutora.
Com esses resultados, Faraday foi em busca da lei que rege o fenômeno de indução. Para tal, ele trabalhou com o conceito de linhas de campo, conceito derivado dos padrões apresentados por limalhas de ferro quando expostas a um campo magnético. Para Faraday, todo o espaço seria preenchido pelas linhas de campo magnético e a densidade dessas linhas seria correspondente à intensidade do campo naquele ponto e portanto à força magnética naquele ponto.
Limalha de ferro sob efeito de um imã, a limalha se alinha com as linhas de campo
Mais tarde Faraday percebeu que um ímã natural também gerava uma corrente em um circuito próximo se esse ímã fosse aproximado ou se houvesse qualquer movimento relativo entre o circuito e o ímã. A indução então dependia do movimento relativo às linhas de campo magnético em sua proximidade. A descrição exata dessa relação foi tema de suas experiências durante muito tempo.
Em 1832 ele estabeleceu que correntes induzidas, produzidas sob as mesmas condições, em fios diferentes eram proporcionais à condutividade dos fios. Esse resultado mostra que a corrente induzida gera uma força eletromotriz e essa pode ser observada como uma corrente em um circuito fechado, ou uma diferença de potencial em um circuito aberto.
Temos então uma espécie de "espelho" da Lei de Ampère. Enquanto a Lei de Ampère diz como uma corrente gera um campo magnético, temos a Lei de Faraday, que mostra como um campo magnético (a variação dele) pode gerar uma corrente.
4 Lei de Faraday-Neumann-Lenz
Tal lei é derivada da união de diversos princípios. A lei da indução de Faraday, elaborada por Michael Faraday em 1831, afirma que a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, por unidade de tempo. Faraday definiu essa lei de maneira verbal, usando o arcabouço de linhas de campo que ele mesmo havia desenvolvido, o que dificultou a transmissão de suas idéias no meio acadêmico. Apenas no ano de 1845 Franz Ernst Neumann escreveu a Lei em uma forma matemática:
Onde é o fluxo, definido como:
A superfície S é qualquer superfície cuja borda seja o circuito que está sofrendo indução. Usando a definição de FEM e tornando infinitesimal temos: 
Sendo E o campo elétrico induzido, dl é um elemento infinitesimal do circuito e dΦB/dt é a variação do fluxo magnético no tempo. Uma maneira alternativa de se representar a lei de indução é aplicar o Teorema de Stokes:
O sinal de menos é contribuição fundamental de Heinrich Lenz. A corrente induzida no circuito é de fato gerada por um campo magnético, e a lei de Lenz afirma que o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que a gera. Isso significa que a indução sempre se dá com o intuito de manter o campo com a mesma direção e magnitude. Caso o campo magnético aumente, surge uma corrente que gera um campo contrário, tentando impedir esse aumento. Se o campo diminui um efeito inverso acontece. Isso não significa que as correntes induzidas sejam suficientes para manter o campo magnético.
4.1 APLICAÇÕES
As aplicações da Lei de Faraday-Neumann-Lenz são inúmeras e podemos citar: indutores, alternadores, dínamos e transformadores. Qualquer equipamento eletro-eletrônico usa o fenômeno de indução, seja com indutores em circuitos ou em transformadores para utilizar vários níveis de tensão.
Transformador
Vamos usar como exemplo um transformador ideal. Um transformador ideal consiste de um núcleo que contém completamente o fluxo magnético dentro dele e duas bobinas: uma que chega com a tensão e corrente vindas de um gerador e o outro lado que vai ser usado em algum circuito, uma tomada por exemplo.
Esquema de um transformador ideal
Dado o número de voltas da bobina 1 e o número de voltas da bobina 2. Temos então:
Como a tensão de entradaé conhecida e o fluxo magnético é igual nas duas bobinas:
E a razão entre as tensões depende somente da razão entre o número de voltas das bobinas:
Gerador
Como visto antes, o processo regido pela Lei de Faraday-Neumann-Lenz não discrimina entre condutor ou ímã se movendo.
O fluxo de um campo magnético uniforme passando por uma bobina fina pode ser escrito como:
Onde é o ângulo entre o campo e a normal da área orientada da bobina. Se a bobina está girando temos:
.
Calculamos a FEM então como:
Esse tipo de gerador é um exemplo de modelo de gerador que fornece a corrente alternada que é usada no cotidiano
Veja um esquema numa situação de aproximação e, em seguida, de afastamento
5 FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA
Para entendermos essa lei, temos que entender o conceito de força eletromotriz induzida.
Imagine um material condutor movendo-se perpendicularmente e com uma velocidade v num campo magnético uniforme. Teremos o surgimento de uma força magnética F, que também agirá sobre os elétrons livres do condutor.
Esses elétrons livres, que possuem uma fraca energia de ligação com o núcleo do átomo, podem se deslocar de uma extremidade à outra do condutor, devido à ação da força magnética.
Dessa forma, teremos uma extremidade carregada negativamente, devido aos elétrons livres que ali chegaram, e outra extremidade carregada positivamente, devido à ausência de alguns elétrons livres que saíram dali.
Com essa configuração, o condutor pode ser considerado um gerador de tensão, com suas extremidades representando os pólos positivo e negativo. Com esses pólos, passa a existir uma diferença de potencial (ddp) entre as extremidades do condutor. Essa ddp é denominada força eletromotriz induzida.
6 CALCÚLOS DO EXPERIMENTO
D1= Distancia numero 1
D2=Distancia numero 2. (Distância usada)
V= Tensão da fonte
A=Corrente
Me= Média do valor
1-
Tensão: 31,5 v D1= 11,0 cm D2= 2,0cm
Corrente: 2,7 A
Tensão:25,0v D1=11,0 D2=1
Corrente:2,26A
Tensão:23,0v D1=11,0 D2=0,9
Corrente: 2,07
 
Tensão:20,1v D1=11,0 D2=0,8
Corrente:1,78A
Tensão:
 Me= 31,1+25,0+23,0+20,1= 99,2
Me= 99,2/4=24,8
Corrente:
Me=2,7+2,26+2,07+1,78=8,81
Me=8,81/4=2,2025
D2
Me= 2,0+1+0,9+0,8=4,7
Me=4,7/4=1,175
2- 
Tensão: 31,1v D1=10cm D2= 5,5cm
Corrente:8,7A
Tensão:28,1 v D1=10 cm D2=5,2cm
Corrente:2,33A
 
Tensão:20,0v D1=10cm D25,3cm
Corrrente:1,66A
Tensão:8,3v D1=10cm D2=0,3
Corrente:0,69ª 
Tensão:
Me= 3,1+28,1+20,1+8,3=87,5
Me=87,5/4=21,875
 Corrente:
Me= 8,7+2,37+1,66+0,69=13,42
Me=13,42/4=3,355
D2
Me= 5,5+5,2+0,8+0,3=11,8
Me=11,8/4=2,95
3- 
Tensão: 31,1v D1=9cm D2= 8,7cm
Corrente:205A
Tensão:27,0 v D1=9 cm D2=8,0cm
Corrente:2,2A
Tensão:20,0v D1=9 cm D2=1,7cm
Corrrente:1,79A
Tensão:15,0 v D1=9 cm D2=1,7cm
Corrente:1,22A
Tensão:
Me=31,1+27,0+22,0+15,0=95
Me=95/4=1,92
Corrente:
Me=2,5+2,2+1,79+1,22=7,71
Me=7,71/4=1,92
D2
Me=8,7+8,0+1,7+1,7=20,1
Me=20,1/4=5,025
4- 
Tensão: 12v D1=8,0cm D2= 6,0cm
Corrente:0,99A
Tensão:9,0v D1=8,0cm D2=1,2cm
Corrente:1,82A
Tensão:9,0v D1=8,0cm D2=1,1cm
Corrrente:0,77A
Tensão:8,0v D1=8,0cm D2=0,9cm
Corrente:0,60A
Tensão:
Me=12,0+9,0+9,0+8,0=38
Me=38/4=90,5
Corrente:
Me=0,99+0,82+0,77+0,60= 3,18
Me=3,18/4=0,795
D2
Me=6,0+1,2+1,1+0,9=9,2
Me=9,2/4=2,3
5-
Tensão: 7,9v D1=7,0cm D2= 5,1cm
Corrente:0,70A
Tensão:8,0v D1=7,0cm D2=1,5cm
Corrente:0,70A
Tensão:6,50v D1=7,0cm D2=1,0cm
Corrrente:0,58A
Tensão:5,2v D1=7,0cm D2=0,5cm
Corrente:0,46A
Tensão:
Me=7,9+8,0+6,5+5,2=27,6
Me=27,6/4=6,9
Corrente:
Me=0,7+0,7+0,58+0,46=2,44
Me=2,44/4=0,61
D2
Me=5,1+1,5+1,0+0,5=8,1
Me=8,1/4=2,025
7 COMENTÁRIOS FINAIS
 Através do experimento prático em laboratório podemos aprender que quanto mais se aumentarmos o valor da tensão na fonte, maior será o campo magnetico na bobina de 1200 espiro e também maior sera a indução do objeto magnético. E assim como a Limalha de ferro sob efeito de um imã, se alinha com as linhas de campo o obejto também se alinhava.
 Com isso podemos ampliar o nosso conhecimento sobre a Lei de Faraday-Neumann-Lenz onde a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, por unidade de tempo.
8 APÊNDICES
9 REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: informação e documentação: Referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002. 
______. NBR 6024: informação e documentação: Numeração progressiva das seções de um documento escrito: apresentação. Rio de Janeiro, 2003. 
______. NBR 6027: informação e documentação: Sumário: apresentação. Rio de Janeiro, 2003. 
______. NBR 10520: informação e documentação: Citações em documentos: apresentação. Rio de Janeiro, 2002. 
______. NBR 14724: informação e documentação: Trabalhos acadêmicos: apresentação. Rio de Janeiro, 2006.
______. NBR 15287: informação e documentação: Trabalhos acadêmicos: apresentação. Rio de Janeiro, 2006.
HALLIDAY, D., RESNICK, R. WALKER, J – Fundamentos de Física 3 - São Paulo: Livros técnicos e Científicos Editora, 4a Edição, 1996.
CHAVES, Alaor. Física Básica: Eletromagnetismo / Alaor Chaves. – Rio de Janeiro: LTC, 2007. Il.
H. M. Nussenzveig, Curso de Física Básica, Eletromagnetismo, Vol. 3, Editora Edgard Blucher, 2003.
HALLIDAY, D., RESNICK, R. Fundamentos de Física 3. Rio de Janeiro: LTC, 1991, 300p.
Medições de grandezas elétricas, Disponível em <http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/campo/>. Acesso em 14 abr de 2014.
 Mediçoes de grandezas elétricas, Disponível em <http://www.efeitojoule.com/2009/01/campo-eletrico-e-conceito-campo.html.> Acesso em 14 abr de 2014.
PAULI –Ronald Ulysses – Física 4 – Eletricidade e Magnetismo – Editora E.P.U 
p. 127, 1980.
Teoria de Arrhenius, Disponível em <http://w.fisica.net/quimica/resumo9.htm> Acesso em 14 abril 2014.
YOUNG, H.D.; FREEDMAN, R.A. Física. 12 ed. São Paulo: Pearson, 2009. p. 411. vol. 3