Relatório Histerese

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Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Extas e Tecnológicas
Departamento de Física
Laboratório de Física B
Turma 08
Histerese Ferromagnética
Professor: Frederico Guilherme 
Grupo: Anderson Bispo Nunes
Jessyka de Jesus Franca
Luisa Maria Horta Maia
Matheus Alves Dantas
São Cristóvão – SE
20 de janeiro de 2015
Sumário
Introdução......................................................................................................03
Objetivos........................................................................................................05
Materiais e Métodos......................................................................................06
Resultados e Discussões................................................................................07
Conclusão......................................................................................................12
Introdução
De acordo com o comportamento magnético, os materiais podem ser classificados como: paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos. Nessa prática aprofundamos os estudos dos materiais ferromagnéticos.
Nos materiais ferromagnéticos há uma forte interação similar à dos imãs, de forma que essa atração existe nos dipolos magnéticos vizinhos produzindo um alinhamento nessas regiões que continua mesmo na ausência de um campo magnético externo. Esses materiais são utilizados em motores, transformadores, etc.
Magnetização de saturação é conhecido como um ponto onde todos os momentos magnéticos estão alinhados ao campo externo. Depois de atingir esse ponto, mesmo que haja um aumento do campo magnético ele não produzirá mais nenhum aumento na magnetização. Já quando o campo se reduz a 0, a magnetização persiste.
O efeito de magnetização e desmagnetização é denominado Histerese e esse efeito produz perda de energia no material e a temperatura aumenta no processo. A curva abaixo representa uma curva de Histerese.
Figura 1: Curva de histerese
 Essa curva mostra o gráfico do campo magnético B em função do campo magnético H.
A permeabilidade do material ferromagnética é definida de forma similar para os materiais paramagnéticos e diamagnéticos, onde μ = ( 1 + χ ) , porém como a suscetibilidade χ é muito pequena, consideramos que μ é aproximadamente igual a .
Alguns materiais ferromagnéticos são: ferro, níquel, cobalto e ligas que contêm esse material. Para o emprego desses materiais em transformadores, motores ou aplicações em que seja necessário obter o mais elevado campo magnético possível para uma dada corrente geralmente é utilizado o ferro doce, o qual possui alta permeabilidade magnética e um ciclo de Histerese estreito. Para imãs permanentes, utiliza-se o ferro puro, possui curva mais larga, alta magnetização residual e alto campo coercitivo (não podendo ser facilmente desmagnetizado). Essas curvas estão mostradas na figura abaixo.
Figura 2: Curvas de histerese (a) ciclo de histerese mais estreito ou com menor perda e (b) curva mais larga, possuindo alta magnetização residual.
Objetivos
O objetivo dessa prática foi contribuir para a compreensão do efeito da histerese ferromagnética em diferentes tipos de núcleos de ferro (sólido e laminar), e a partir disso:
Construir um gráfico B versus H para cada um dos núcleos (sólido e laminar) e analisar seu comportamento comparando-os com a figura 1.
Determinar a magnetização residual e o campo coercitivo, indicados na figura 1.
Comentar e discutir sobre a diferença de magnetização residual e de campo coercitivo entre os núcleos.
Materiais e Métodos
Bobina 600 voltas;
Núcleos em forma de U de ferro sólido e laminado;
Barras de ferro, sólida e laminada;
Fonte de tensão elétrica
Cabos;
Teslâmetro com detector de campo magnético.
O experimento ocorreu em apenas uma etapa, inicialmente posicionamos a bobina de maneira que envolvesse um dos lados do núcleo em formato de U e fechamos o circuito com uma de ferro em cima do mesmo. Depois posicionamos o teslâmetro entre o núcleo de ferro e a barra de ferro sólido, zerando o teslâmetro em seguida.
Variamos a corrente de 0 a 1,9 A, medindo e anotando (sem parar) aproximadamente 0,1 A, e medimos assim em cada ponto o campo induzido. Depois diminuímos o valor da corrente, novamente sem parar, até volta a 0. Repetindo exatamente o mesmo processo. Invertemos os cabos(fazendo com que a corrente fosse aplicada no sentido oposto, sendo assim, negativa) e variamos a corrente de 0 a 1,9 do mesmo modo que as outras etapas. Depois diminuímos o valor da corrente novamente, seguindo os mesmos passos anteriores.
Invertemos os cabos novamente para que a corrente fosse aplicada no sentido positivo e repetimos os passos novamente. Ao fim, trocamos de núcleo e repetimos todo o processo de novo para o mesmo.
	
Resultados e Discussões
Tabela 1: Valores da corrente elétrica aplicada à bobina pela fonte de tensão, do campo magnético induzido e do campo magnético aplicado no núcleo de ferro sólido.
Tabela 2: Valores da corrente elétrica aplicada à bobina pela fonte de tensão, do campo magnético induzido e do campo magnético aplicado no núcleo de ferro laminar.
Os valores para campo magnético aplicado H foram determinados a partir da seguinte equação:
 
 		 (eq.1)
Sendo:
n o número de voltas da bobina, 
Li o comprimento médio das linhas de campo em cada um dos núcleos, 
I a corrente aplicada. 
 Quando certos materiais são magnetizados até o limite de saturação e o campo magnético é reduzido a zero, alguma magnetização persiste. Para reduzir a magnetização até zero é necessário aplicar um campo magnético de sentido contrário.
 A partir dos dados apresentados nas tabelas 1 e 2, foram feitos um gráfico B versus H para cada um dos núcleos.
Gráfico 1: campo magnético versus histerese para o núcleo de ferro sólido.
Gráfico 2: campo magnético versus histerese para o núcleo de ferro laminar.
 Ao compararmos os gráficos com o representado na Figura 1, percebemos que o comportamento da curva se assemelha ao qual era esperado nos dois casos. Observamos através dos gráficos 1 e 2 que as curvas de Histerese obtidas apresentam diferentes formas. Enquanto a primeira é caracterizada por possuir uma curva mais larga (alta magnetização residual e dificuldade de ser desmagnetizada), a segunda apresenta um ciclo mais estreito que representa menor perda.
Para determinar os valores de magnetização residual Br nos gráficos, identificamos, em cada um deles, o ponto r onde o campo aplicado H é nulo durante o processo de redução a zero da corrente positiva (gráficos 1 e 2). Assim, encontramos a partir dos gráficos de histerese e das Tabelas 1 e 2 que o valor de magnetização residual é (38,0± 0,1) mT no núcleo de ferro sólido e de (-150,0± 0,1) mT no de ferro laminado. De maneira semelhante, para determinar os valores de campo coercitivo Hc, identificamos em cada gráfico o ponto c onde, com a corrente negativa, o campo aplicado H tem direção oposta à inicial e o campo magnético B diminui até 0.
Desse modo, utilizando os gráficos encontramos o campo coercitivo de (-530,0± 50,0) mT no núcleo de ferro sólido e de (16,0± 50,0) mT no de ferro laminar. As incertezas estabelecidas para magnetização residual foram correspondentes à incerteza de um instrumento digital, já que foram utilizados na sua determinação, principalmente, os dados das tabelas 1 e 2. Já para incerteza do campo coercitivo, foi levado em conta apenas o julgamento científico do grupo ao observar os gráficos de histerese.
A partir dos valores encontrados anteriormente, observamos que tanto a magnetização residual quanto o campo coercitivo são maiores no núcleo de ferro sólido, isso por queeste tem uma maior dificuldade de desmagnetização, ao contrário do ferro laminado que possui alta permeabilidade magnética e é desmagnetizado mais facilmente, além de apresentar menos perdas de energia durante o processo de Histerese.
5. Conclusão
Nesse experimento fomos capazes de verificar e compreender o efeito de histerese. Para isso medimos o campo magnético induzido e determinamos o campo magnético aplicado a partir da aplicação de diferentes valores de correntes em núcleos de ferro sólido e laminar (Tabelas 1 e 2). 
Em seguida construímos um gráfico de B versus H para cada um dos núcleos e ao analisarmos o seu comportamento e compararmos com o da figura 1 percebemos que o comportamento da curva se assemelha ao qual era esperado nos dois casos. Para determinar os valores de magnetização residual Br nos gráficos, identificamos, em cada um deles, o ponto r onde o campo aplicado H é nulo durante o processo de redução a zero da corrente positiva. A partir da análise dos gráficos de histerese e das Tabelas 1 e 2 concluímos que o valor de magnetização é de (????± 0,1) mT no núcleo de ferro sólido e de (???? ± 0,1) mT no de ferro laminar. De maneira semelhante, para determinar os valores de campo coercitivo Hc, identificamos em cada gráfico o ponto c onde, com a corrente negativa, o campo aplicado H tem direção oposta à inicial e o campo magnético B diminui até 0. Os valores foram de (???? ± 50,0) mT no núcleo de ferro sólido e de (???? ± 50) mT no de ferro laminado.
 A partir dos valores encontrados anteriormente, observamos que tanto a magnetização residual quanto o campo coercitivo são maiores no núcleo de ferro sólido, pois neste há uma maior dificuldade de desmagnetização, ao contrário do ferro laminar que possui alta permeabilidade magnética e é desmagnetizado mais facilmente, além de apresentar menos perdas de energia durante o processo de histerese.
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