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Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres ELETROMAGNETISMO erres Laboratório de Eletromagnetismo 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE LETROMAGNETISMO T2 - T4 – T6 Campina Grande, Paraíba 2018.1 Laboratório de Eletromagnetismo UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ABORATÓRIO DE LETROMAGNETISMO T6 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres A elaboração deste guia possui a contribuição dos alunos da UFCG (Campina Grande Paraíba): Leonardo Fragoso Martins, Milena Marinho Arruda e Rodrigo Torres Guimarães, e dos professores: Alexandre Jean René Serres, Helder Alves Pereira e Mário de Sousa Araújo Filho. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 2 a possui a contribuição dos alunos da UFCG (Campina Grande Leonardo Fragoso Martins, Milena Marinho Arruda e Rodrigo Torres Guimarães, Alexandre Jean René Serres, Helder Alves Pereira e Mário de Sousa Araújo Filho. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo a possui a contribuição dos alunos da UFCG (Campina Grande – Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Sumário____________________ INFORMAÇÕES DA DISCIPLINA CARGA HORÁRIA EMENTA CONTEÚDO PROGRAMÁTICO DOCENTE TURMAS E HORÁRIOS HORÁRIO DE ATENDIMENTO MONITORES PROFESSORES FORMA DE AVALIAÇÃO CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES TURMA 2 TURMA A TURMA B TURMA 4 TURMA A TURMA B TURMA 6 TURMA A TURMA B INFORMAÇÕES GERAIS RECOMENDAÇÕES PARA O LABORATÓRIO DE PREPARAÇÃO NORMAS DE SEGURANÇA DO LABORATÓRIO EXPERIMENTO 1: MEDIÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO 1.1. OBJETIVO GERAL 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.3. MATERIAL UTILIZADO 1.4. LEITURA SUGERIDA 1.5. PREPARAÇÃO 1.5.1. PARTE 1 (RESOLUÇÃO DE Q 1.5.2. PARTE 2 (REALIZAÇÃO DO Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 3 _____________________________ PLINA DADES ABORATÓRIO DE ELETROMAGNETISMO ABORATÓRIO ÃO DO CAMPO ELÉTRICO EM CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS QUESTÕES) EALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO) Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo _________________ 5 5 5 5 6 7 8 8 8 9 10 11 11 11 11 11 11 12 12 12 13 15 15 15 AS PARALELAS 17 17 17 17 18 18 19 22 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres EXPERIMENTO 2: MEDIÇÃO DO POTENCIAL ESC PARALELAS 2.1. OBJETIVO GERAL 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.3. MATERIAL UTILIZADO 2.4. LEITURA SUGERIDA 2.5. PREPARAÇÃO 2.5.1. PARTE 1 (RESOLUÇÃO DE Q 2.5.2. PARTE 2 (REALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO 3: DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA BOBINAS DE HELMHOLTZ 3.1. OBJETIVO GERAL 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3.3. MATERIAL UTILIZADO 3.4. LEITURA RECOMENDADA 3.5. PREPARAÇÃO 3.5.1. PARTE 1 (RESOLUÇÃO DE Q 3.5.2. PARTE 2 (REALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO 4: DISTRIBUIÇÃO DA DENSIDAD 4.1. OBJETIVO GERAL 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4.3. MATERIAL UTILIZADO 4.3.1 ESPECIFICAÇÕES DOS SOLENOIDES 4.4. LEITURA RECOMENDADA 4.5.PREPARAÇÃO 4.5.1. PARTE 1 (RESOLUÇÃO DE Q 4.5.2. PARTE 2 (REALIZAÇÃO DO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A – CAPA PADRONIZADA Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 4 ÇÃO DO POTENCIAL ESCALAR ELÉTRICO EM CAPACITOR DE PLACAS QUESTÕES) EALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO) RIBUIÇÃO ESPACIAL DA DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO NO PAR DE QUESTÕES) EALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO) RIBUIÇÃO DA DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO EM UM SOLENOIDE OLENOIDES QUESTÕES) EALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO) ÁFICAS DRONIZADA Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo ACITOR DE PLACAS 23 23 23 23 24 24 25 25 AGNÉTICO NO PAR DE 29 29 29 29 29 30 30 31 EM UM SOLENOIDE 36 36 36 36 37 37 37 39 39 43 44 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Informações da Disciplina Carga horária 15 h. Ementa Experimentos sobre tópicos da ementa da disciplina Conteúdo Programático Avaliação do campo elétrico uniforme produzido entre as placas de um capacitor de placas p potencial escalar elétrico. Transformação de coordenadas entre os sistemas cartesiano, cilíndrico e esférico. Cálculo e representação gráfica do campo elétrico devido a distribuições particulares de c Cálculo e representação gráfica de linhas de força elétricas. Cálculo e representação gráfica da divergência de campos vetoriais. Obtenção dos diagramas de contorno (curvas de nível) da divergência de campos vetoriais. Medição do potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma linha perpendicular às placas de um capacitor a fim de visualizar a uniformidade do campo elétrico em um capacitor de placas paralelas. Medição do potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma lin paralela às placas de um capacitor a fim de visualizar os efeitos de borda nas superfícies equipotenciais em um capacitor de placas paralelas. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 5 Informações da Disciplina Experimentos sobre tópicos da ementa da disciplina de Eletromagnetismo. Conteúdo Programático PARTE 1 Avaliação do campo elétrico uniforme produzido entre as placas de um capacitor de placas paralelas como função da distância entre as placas e do potencial escalar elétrico. Transformação de coordenadas entre os sistemas cartesiano, cilíndrico e esférico. Cálculo e representação gráfica do campo elétrico devido a distribuições particulares de cargas elétricas. Cálculo e representação gráfica de linhas de força elétricas. Cálculo e representação gráfica da divergência de campos vetoriais. Obtenção dos diagramas de contorno (curvas de nível) da divergência de campos al escalar elétrico em pontos localizados em uma linha perpendicular às placas de um capacitor a fim de visualizar a uniformidade do campo elétrico em um capacitor de placas paralelas. Medição do potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma lin paralela às placas de um capacitor a fim de visualizar os efeitos de borda nas superfícies equipotenciais em um capacitor de placas paralelas. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Eletromagnetismo. Avaliação do campo elétrico uniforme produzido entre as placas de um aralelas como função da distância entre as placas e do Transformação de coordenadas entre os sistemas cartesiano, cilíndrico e esférico. Cálculo e representação gráfica do campo elétrico devido a Cálculo e representação gráfica da divergência de campos vetoriais. Obtenção dos diagramas de contorno (curvas de nível) da divergência de campos al escalar elétrico em pontos localizados em uma linha perpendicular às placas de um capacitor a fim de visualizara uniformidade do Medição do potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma linha paralela às placas de um capacitor a fim de visualizar os efeitos de borda nas Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Cálculo e representação gráfica do gradiente de campo escalares: representação gráfica do campo elétrico obti Medição da distribuição espacial da intensidade do campo magnético entre um par de bobinas na montagem de Helmholtz. Verificação da região espacial onde o campo magnético uniforme é produzido. Demonstração e determinação quantitativa da superposição dos dois campos magnéticos individuais para a formação de um campo magnético resultante do par de bobinas. Investigação do efeito de levitação eletromagnética de uma barra condutora pela qual circula uma corr gerada por uma bobina de Helmholtz. Avaliação da distribuição da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de um solenoide como função: da posição, eixo, número de espiras e comprimento do solenoide. Docente Profº Dr. Alexandre Jean René Serres. Email: alexandreserres@dee.ufcg.edu.br Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 6 Cálculo e representação gráfica do gradiente de campo escalares: representação gráfica do campo elétrico obtido a partir do potencial escalar elétrico. PARTE 2 Medição da distribuição espacial da intensidade do campo magnético entre um par de bobinas na montagem de Helmholtz. Verificação da região espacial onde o campo magnético uniforme é produzido. ção e determinação quantitativa da superposição dos dois campos magnéticos individuais para a formação de um campo magnético resultante do Investigação do efeito de levitação eletromagnética de uma barra condutora pela qual circula uma corrente e exposta a uma indução magnética uniforme gerada por uma bobina de Helmholtz. Avaliação da distribuição da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de um solenoide como função: da posição, eixo, número de espiras e comprimento Alexandre Jean René Serres. alexandreserres@dee.ufcg.edu.br Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Cálculo e representação gráfica do gradiente de campo escalares: representação do a partir do potencial escalar elétrico. Medição da distribuição espacial da intensidade do campo magnético entre um Verificação da região espacial onde o campo magnético uniforme é produzido. ção e determinação quantitativa da superposição dos dois campos magnéticos individuais para a formação de um campo magnético resultante do Investigação do efeito de levitação eletromagnética de uma barra condutora ente e exposta a uma indução magnética uniforme Avaliação da distribuição da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de um solenoide como função: da posição, eixo, número de espiras e comprimento Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Turmas e Horários Turma Dia 2 Quarta 4 Sexta 6 Terça Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 7 Turmas e Horários Horário Local Professor 08h-10h LEMAG Alexandre Jean René Serres 10h-12h LEMAG Alexandre Jean René Serres 16h-18h LEMAG Alexandre Jean René Serres Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Professor Alexandre Jean René Serres Alexandre Jean René Serres Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Horário de Atendimento Monitores Luis Felipe Fonseca Dias luis.dias@ee.ufcg.edu.br Horário Segunda 08h-10h - 10h-12h - 13h-14h Luis 14h-16h 16h-18h - Professores Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Dia: Quinta-feira. Horário: Marcar horário por email. Local: Sala - Bloco CJ. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 8 de Atendimento no LEMAG Carolina Cavalcanti Pedrosa e Silva carolina.silva@ee.ufcg.edu.br Terça Quarta Quinta - T2 - - - - Carolina Luis Carolina - - T6 - - Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Marcar horário por email. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo arolina Cavalcanti Pedrosa e Silva carolina.silva@ee.ufcg.edu.br Sexta - T4 Luis - Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Forma de Avaliação Os instrumentos utilizados para avaliação do desempenho dos alunos são: relatórios, experimentos presenciais no provas escritas. A nota da disciplina é composta de 04 (quatro) avaliações da seguinte forma: ESTÁGIO 1: Relatório do Experimento 1. ESTÁGIO 2: Relatório do Experimento 2. ESTÁGIO 3: Relatório do Experimento 3. ESTÁGIO 4: Relatório do Experimento 4. Para a final, o aluno poderá ser realização de um dos quatro exper conteúdo teórico e prático dos quatro experimentos realizados no laboratório necessidade de testes complementares Será aprovado(a) o(a) aluno(a) que tiver fre carga horária total da disciplina e obtiver média ponderada igual ou superior a 5 (cinco), atribuindo-se peso 6 (seis) à média dos exercícios acadêmicos e peso 4 (quatro) à nota do exame final. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 9 Forma de Avaliação instrumentos utilizados para avaliação do desempenho dos alunos são: experimentos presenciais no laboratório de eletromagnetismo e A nota da disciplina é composta de 04 (quatro) avaliações da seguinte forma: atório do Experimento 1. : Relatório do Experimento 2. : Relatório do Experimento 3. : Relatório do Experimento 4. poderá ser avaliado por meio da entrega de um relatório e realização de um dos quatro experimentos ou realização de uma prova abordando o conteúdo teórico e prático dos quatro experimentos realizados no laboratório e testes complementares ou trabalhos adicionais, com nota de 0 a 10. Será aprovado(a) o(a) aluno(a) que tiver frequência superior, ou igual carga horária total da disciplina e obtiver média ponderada igual ou superior a 5 se peso 6 (seis) à média dos exercícios acadêmicos e peso 4 (quatro) à nota do exame final. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo instrumentos utilizados para avaliação do desempenho dos alunos são: laboratório de eletromagnetismo e/ou A nota da disciplina é composta de 04 (quatro) avaliações da seguinte forma: avaliado por meio da entrega de um relatório e ou realização de uma prova abordando o conteúdo teórico e prático dos quatro experimentos realizados no laboratório, sem ou trabalhos adicionais, com nota de 0 a 10. ou igual, a 75% da carga horária total da disciplina e obtiver média ponderada igual ou superior a 5 se peso 6 (seis) à média dos exercícios acadêmicos e peso 4 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Cronograma das Atividad Atividade Informações iniciais da disciplina (planejamento, metodologia de trabalho e verificação de conteúdo) Experimento 1 Experimento Reposição dos Experimentos Experimento 3 Experimento 4 Reposição dos Experimentos Final Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 10 Cronograma das Atividades Atividade Data TurmaA B Informações iniciais da (planejamento, metodologia de trabalho e verificação de 08de maio a 11 de maio X X Experimento 1 28 de maio a 1 de junho X 4 a 8 de junho X 2 11 a 15 de junho X 18 a 22 de junho X Reposição dos Experimentos 1 e 2 25 a 29 de junho X X Experimento 3 2 a 6 de julho X 9 a 13 de julho X Experimento 4 16 a 20 de julho X 23 a 27 de julho X Reposição dos Experimentos 3 e 4 30 de julho a 3 agosto X X 7 a 10 de agosto X X Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Turma B X X X X X X X X Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres JOAO PEDRO BRUNET FREITAS JULIO MIKE MEDEIROS DE OLIVEIRA MATHEUS DA SILVA MORAIS MIKAEL PEREIRA BELO THEMOTE PAULO ROBERTO DE LIMA SOUS RAIMUNDO VALADARES DE SOUSA NET SAMUEL CESARINO DA NOBREG VICTOR MARINHO ESPINOLA FREIR DANILO GOMES DE ANDRAD GUSTAVO OTAVIO DE OLIVEIR JOAO VITOR GUILHERME DE MEDEIROS CASAD LINDNALDO MAURICIO DA CUNHA FILH LUCAS ANSELMO DOS SANTO MARIA AUGUSTA PYETTRA FEITOSA BEZERRA GALDIN RODOLFO DE FARIAS MEIR SERGIO FREITAS DE MEDEIROS SILV TIAGO DE ALMEIDA SANTO Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 11 Turma 2 Turma A BRENO ALENCAR VIEIRA JOAO PEDRO BRUNET FREITAS JULIO MIKE MEDEIROS DE OLIVEIRA LYANG LEME DE MEDEIROS MATHEUS DA SILVA MORAIS MIKAEL PEREIRA BELO THEMOTEO Turma B MURILO DA SILVA SANTOS PAULO ROBERTO DE LIMA SOUSA RAIMUNDO VALADARES DE SOUSA NETO SAMUEL CESARINO DA NOBREGA VICTOR MARINHO ESPINOLA FREIRE Turma 4 Turma A DANILO GOMES DE ANDRADE FILIPE SOARES DONATO GUSTAVO OTAVIO DE OLIVEIRA JOAO VITOR GUILHERME DE MEDEIROS CASAD LINDNALDO MAURICIO DA CUNHA FILHO Turma B LUCAS ANSELMO DOS SANTOS MARIA AUGUSTA PYETTRA FEITOSA BEZERRA GALDIN RODOLFO DE FARIAS MEIRA SERGIO FREITAS DE MEDEIROS SILVA TIAGO DE ALMEIDA SANTOS Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo JOAO VITOR GUILHERME DE MEDEIROS CASADO MARIA AUGUSTA PYETTRA FEITOSA BEZERRA GALDINO Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres AMANDA LIANDREA ROCHA LIBERALIN CAIO VINICIUS GOMES ARAUJ DANIEL RIBEIRO DO CARMO FILH GABRIEL MEDEIROS DA SILV HELLEN POLLYANNA COSTA VIEIR PEDRO HENRIQUE ARAUJO FRAG RODOLFO ALLEX DE ALBUQUERQUE MEL RODRIGO GUIMARAES DA SILV Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 12 Turma 6 Turma A AMANDA LIANDREA ROCHA LIBERALINO CAIO VINICIUS GOMES ARAUJO DANIEL CORREIA COSTA DANIEL RIBEIRO DO CARMO FILHO FELIPE NOBERTO IDEAO GABRIEL MEDEIROS DA SILVA Turma B HELLEN POLLYANNA COSTA VIEIRA LUCAS CARMO PASCHOAL PEDRO HENRIQUE ARAUJO FRAGA RODOLFO ALLEX DE ALBUQUERQUE MELO RODRIGO GUIMARAES DA SILVA Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Informações Gerais As turmas serão organizadas (turma A e turma B) de modo que a quantidade de alunos presentes no laboratório, para realização dos devidos experimentos, ofereça aproveitamento pedagógico na assimilação do conteúdo da disciplina. Serão realizados 4 experimentos executados em duas etapas: o Etapa 1: Eletrostática Experimento 1: Medição de Campo Elétrico em Capacitor de Placas Paralelas. Experimento 2: Medição de potencial elétrico em capacitor de placas paralelas. o Etapa 2: Magnetostática Experimento 3: Medição de campo magnético no par de bobinas de Helmholtz. Experimento 4: Distribuição do Campo Magnético em um Solenoide. Cada experimento de bancada será desenvolvido em três etapas o Preparação (P): O aluno deve ler o guia do experimento e, se necessário, expandir sua leitura por meio dos livros listados na bibliografia da disciplina teórica. As atividades propostas no item PREPARAÇÃO (Questões e Experimento) do guia deverão ser entregues no início da aula e, necessariamente, em manuscrito. o Montagens e Medições (M) Nesta etapa o aluno produzido na PREPARAÇÃO. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 13 rmações Gerais As turmas serão organizadas (turma A e turma B) de modo que a quantidade de alunos presentes no laboratório, para realização dos devidos experimentos, ofereça aproveitamento pedagógico na assimilação do conteúdo da disciplina. ados 4 experimentos executados em duas etapas: Etapa 1: Eletrostática - Dois experimentos de bancada. Experimento 1: Medição de Campo Elétrico em Capacitor de Placas Paralelas. Experimento 2: Medição de potencial elétrico em capacitor de placas paralelas. Etapa 2: Magnetostática - Dois experimentos de bancada. Experimento 3: Medição de campo magnético no par de bobinas de Helmholtz. Experimento 4: Distribuição do Campo Magnético em um Solenoide. Cada experimento de bancada será desenvolvido em três etapas Preparação (P): O aluno deve ler o guia do experimento e, se necessário, expandir sua leitura por meio dos livros listados na bibliografia da disciplina teórica. As atividades propostas no item PREPARAÇÃO (Questões e Experimento) do guia deverão ser egues no início da aula e, necessariamente, em manuscrito. Montagens e Medições (M) Nesta etapa o aluno se encontra de posse do material já produzido na PREPARAÇÃO. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo As turmas serão organizadas (turma A e turma B) de modo que a quantidade de alunos presentes no laboratório, para realização dos devidos experimentos, ofereça Experimento 1: Medição de Campo Elétrico em Capacitor de Experimento 2: Medição de potencial elétrico em capacitor de Dois experimentos de bancada. Experimento 3: Medição de campo magnético no par de bobinas Experimento 4: Distribuição do Campo Magnético em um Cada experimento de bancada será desenvolvido em três etapas: O aluno deve ler o guia do experimento e, se necessário, expandir sua leitura por meio dos livros listados na bibliografia da disciplina teórica. As atividades propostas no item PREPARAÇÃO (Questões e Experimento) do guia deverão ser egues no início da aula e, necessariamente, em manuscrito. de posse do material já Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Para os experimentos de bancada, o aluno deverá comparecer ao Laboratório de Eletromagneti Bloco CG. Serão realizadas as montagens e medições seguindo as instruções presentes no guia do experimento. o Relatório (R): O aluno deverá entregar o RELATÓRIO preenchido em manuscrito após a realização dos experimentos. Deverá con As aulas do laboratório ocorrerão em paralelo com serão marcadas no decorrer do curso e o e será o meio oficial de comunicação. Em atendimento às normas de segurança do laboratório, somente será permitido a entrada de alunos usando tênis. Não será permitida a entrada do(a) aluno(a) no laboratório, para realização do respectivo experimento, sem a devida PREPARAÇÃO preenchida. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 14 Para os experimentos de bancada, o aluno deverá comparecer ao Laboratório de Eletromagnetismo (LEMAG) localizado no Bloco CG. Serão realizadas as montagens e medições seguindo as instruções presentes no guia do experimento. Relatório (R): O aluno deverá entregar o RELATÓRIO preenchido em manuscrito apósa realização dos experimentos. Deverá conter as seguintes informações: Capa devidamente preenchida (Anexo A); Capítulo sobre fundamentação teórica com definições, deduções de equações e interpretação física fenômenos elétricos e magnéticos; Capítulo sobre os procedimentos experimentais com descrição dos procedimentos adotados na realização d experimento; PREPARAÇÃO; Capítulo sobre análise e discussão dos resultados com gráficos, tabelas e fatos relevantes observados; Capítulo sobre conclusão. As aulas do laboratório ocorrerão em paralelo com a teoria. Portanto, as aulas serão marcadas no decorrer do curso e o e-mail informado no CONTROLE ACADÊMICO será o meio oficial de comunicação. Em atendimento às normas de segurança do laboratório, somente será permitido a entrada de alunos usando tênis. Não será permitida a entrada do(a) aluno(a) no laboratório, para realização do respectivo experimento, sem a devida PREPARAÇÃO preenchida. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Para os experimentos de bancada, o aluno deverá comparecer smo (LEMAG) localizado no Serão realizadas as montagens e medições seguindo as O aluno deverá entregar o RELATÓRIO preenchido em Capa devidamente preenchida (Anexo A); teórica com definições, interpretação física de Capítulo sobre os procedimentos experimentais com na realização do são dos resultados com e fatos relevantes observados; a teoria. Portanto, as aulas mail informado no CONTROLE ACADÊMICO Em atendimento às normas de segurança do laboratório, somente será permitido a Não será permitida a entrada do(a) aluno(a) no laboratório, para realização do Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Ao ser verificada a ocorrência de plágio, em algum conteúdo do relatório, será atribuída nota 0,0 (zero) ao respect Recomendações para o Laboratório de Eletromagnetismo Preparação Ler o guia. Estudar a teoria. Resolver exercícios da teoria. Em caso de dúvidas, procurar os horários de atendimento. Normas de segurança do Laboratório Usar: o Calça. o Sapatos fechados Checar se os equipamentos que serão utilizados apresentam algum tipo de problema. Não realizar qualquer modificação além da(s) especificada(s) no guia correspondente. Experimento com Sonda/Ponta de prova Respeitar os limites impostos pelo guia. A sonda/ponta de prova é muito sensível a correntes consideradas elevadas. Multímetro Sempre verificar a escala para evitar erros de medição e danos aos dispositivos e equipamentos. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 15 Ao ser verificada a ocorrência de plágio, em algum conteúdo do relatório, será atribuída nota 0,0 (zero) ao respectivo estágio. Recomendações para o Laboratório de Eletromagnetismo Resolver exercícios da teoria. Em caso de dúvidas, procurar os monitores e os professores nos devidos horários de atendimento. o Laboratório Sapatos fechados. Checar se os equipamentos que serão utilizados apresentam algum tipo de Não realizar qualquer modificação além da(s) especificada(s) no guia Experimento com Sonda/Ponta de prova itar os limites impostos pelo guia. A sonda/ponta de prova é muito sensível a correntes consideradas Sempre verificar a escala para evitar erros de medição e danos aos dispositivos e equipamentos. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Ao ser verificada a ocorrência de plágio, em algum conteúdo do relatório, será professores nos devidos Checar se os equipamentos que serão utilizados apresentam algum tipo de Não realizar qualquer modificação além da(s) especificada(s) no guia A sonda/ponta de prova é muito sensível a correntes consideradas Sempre verificar a escala para evitar erros de medição e danos aos Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Se tiver dúvida ao manusear qualquer mesmo dúvida na montagem do experimento, entre em contato com os monitores ou o professor no laboratório. Por medidas de segurança é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realização de cada um dos aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 16 Se tiver dúvida ao manusear qualquer dispositivo, equipamento ou até mesmo dúvida na montagem do experimento, entre em contato com os monitores ou o professor no laboratório. Por medidas de segurança é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realização de cada um dos experimentos do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo dispositivo, equipamento ou até mesmo dúvida na montagem do experimento, entre em contato com os Por medidas de segurança é exigido o uso de calçados fechados e com solado experimentos do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Experimento 1: Medição do de Placas Paralelas 1.1. Objetivo Geral Entender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos elétricos no regime estático. 1.2. Objetivos Específicos Medir o campo elétrico em um arranjo de capacitor de placas paralelas. Identificar a relação entre teoria e prática para as medições realizadas no experimento. 1.3. Material Utilizado Os materiais e equipamentos, usados durante o experimento, encontram listados na figura 1.1. Figura 1.1. Arranjo de medição da intensidade do campo elétrico, como uma fu Laboratório de Eletromagnetismo Código: 140414 erres Laboratório de Eletromagnetismo 17 1: Medição do Campo Elétrico em Capacitor de Placas Paralelas s princípios físicos gerais inerentes aos campos elétricos no Específicos Medir o campo elétrico em um arranjo de capacitor de placas paralelas. Identificar a relação entre teoria e prática para as medições realizadas no Material Utilizado Os materiais e equipamentos, usados durante o experimento, encontram Arranjo de medição da intensidade do campo elétrico, como uma função da tensão e do espaçamento entre as placas. Laboratório de Eletromagnetismo Código: 1404142 Laboratório de Eletromagnetismo Campo Elétrico em Capacitor s princípios físicos gerais inerentes aos campos elétricos no Medir o campo elétrico em um arranjo de capacitor de placas paralelas. Identificar a relação entre teoria e prática para as medições realizadas no Os materiais e equipamentos, usados durante o experimento, encontram-se nção da tensão e do 18 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 1. Placa de alumínio, 283x283 mm2. (1) 2. Placa de alumínio com encaixe central 𝑑 = 55 mm.(1) 3. Medidor de campo elétrico. (1) 4. Fonte de Alimentação, DC: 0-12 V, 0,5 A; 0-650 V, 50 mA / AC: 6,3 V, 2 A. (1) 5. Resistor, 10 MΩ. (1) 6. Multímetro digital. (2) 7. Conector azul, 𝑙 = 750 mm.(4) 8. Conectores vermelhos, 𝑙 = 750 mm. (4) 9. Base métrica, 𝑙 = 60 mm.(1) 10. Deslize para base métrica, ℎ = 80 mm.(2) 11. Haste de aço, 𝑙 = 250 mm. (1) 12. Garra em ângulo reto. (1) 13. Régua plástica, 𝑙 = 200 mm. (1) 14. Tubo de Fixação de aço. (2)1.4. Leitura Sugerida Capítulos 04, 05 e 06 do livro: Elementos de Eletromagnetismo1. 1.5. PREPARAÇÃO Por medidas de segurança, é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realização de cada um dos experimento do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. Durante o experimento será realizado o estudo do capacitor de placas paralelas. É importante saber analisar o comportamento das medidas que serão realizadas. A preparação deverá ser entregue devidamente preenchida antes da realização do experimento. É importante: 1. Verificar a montagem dos equipamentos, de acordo com a figura 1.1, seguindo as orientações do professor ou monitor. 2. Certificar-se de que a fonte de alimentação e os multímetros estão conectados corretamente ao circuito. 3. Ligar a fonte de alimentação, assegurando-se que a tensão entre as placas do capacitor seja de 0 V. 1SADIKU, M. N. O.Elementos de Eletromagnetismo. 5ª edição – 2012. Editora Bookman. 19 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 4. É necessário estabelecer o zero de equilíbrio no medidor de campo elétrico. Para isto, é necessário alimentar o equipamento com 12 V, curto-circuitar as placas do capacitor e, com o auxílio do multímetro, ajustar o equipamento. 5. O ajuste da faixa de medição deverá ocorrer no equipamento Medidor de Campo Elétrico, no botão 6 segundo a figura 1.2. Figura 1.2. Medidor de campo elétrico. O experimento 1 é dividido em duas partes: 1. Na primeira montagem, mantém-se a distância entre as placas do capacitor constante (𝑑 = 10 cm) a fim de verificar a relação entre o campo elétrico e a tensão entre as placas do capacitor. 2. Na segunda montagem, será estudada a relação entre o campo elétrico e a distância entre as placas, mantendo a tensão constante (𝑉 = 200 V). 1.5.1. PARTE 1 (Resolução de Questões) Questão 01:Explicar os princípios físicos e o funcionamento do medidor de campo elétrico estático utilizado no laboratório. Consultar datasheet no site do fabricante: http://fys.kuleuven.be/pradem/handleidingen/1150010e.pdf. Questão 02: Explicar a utilização do resistor de 10 MΩ na realização do experimento e ilustrado na figura 1.1, item (05). Questão 03:Determinar as expressões analíticas do vetor campo elétrico, do potencial escalar elétrico, da capacitância, da resistência e da energia para o arranjo do capacitor deplacas paralelas. 20 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo Questão 04:Considere as seguintes situações para um capacitor de placas paralelas de dimensões 283 × 283 mm2. o Preencher a Tabela 1.1, calculando o campo elétrico gerado pelas superfícies paralelas dado que as placas se encontram a uma distância fixa 𝑑 = 10 cm e que a tensão aplicada ao capacitor está variando de acordo com a tabela. o Preencher a Tabela 1.2, calculando o campo elétrico gerado pelas superfícies paralelas dado que no capacitor a tensão é fixa, 𝑉 = 200 V, e a distância entre as placas varia de acordo com a tabela. o Calcular as capacitâncias do capacitor para todos os casos, completando os valores teóricos da Tabela 1.1 e da Tabela 1.2. o Calcular a energia armazenada em cada um dos casos completando os valores teóricos da Tabela 1.1 e da Tabela 1.2. o Calcular a energia armazenada em cada um dos casos completando os valores teóricos da Tabela 1.1 e da Tabela 1.2. o Traçar os seguintes gráficos: 1) amplitude do campo elétrico X diferença de potencial aplicada entre as placas, considerando uma distância fixa (𝑑 = 10 cm) e 2) a amplitude do campo elétrico X distância entre as placas, considerando uma diferença de potencial aplicada entre as placas (𝑉 = 200 V). Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 21 Tabela 1.1.Relação entre campo e potencial elétrico (𝑑 = 10 𝑐𝑚). TENSÃO (𝐕) CAMPO ELÉTRICO (𝐤𝐕/𝐦) CAPACITÂNCIA (𝐩𝐅) ENERGIA (𝐧𝐉) MEDIDO TEÓRICO TEÓRICO TEÓRICO 0 25 50 75 100 150 200 250 Tabela 1.2.Relação entre o campo elétrico e a distância entre as placas do capacitor (𝑉 = 200 𝑉). DISTÂNCIA ENTRE AS PLACAS (𝐜𝐦) CAMPO ELÉTRICO (𝐤𝐕/𝐦) CAPACITÂNCIA (𝐩𝐅) ENERGIA (𝐧𝐉) MEDIDO TEÓRICO TEÓRICO TEÓRICO 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 22 1.5.2. PARTE 2 (Realização do Experimento no Laboratório) As medições estão relacionadas a uma faixa de medição e, portanto, neste arranjo, a indicação do valor medido deverá ser ajustado de modo a corresponder à intensidade de campo calculada teoricamente. Montagem I - Relação entre Campo e Potencial Elétrico 1. Manter as placas do capacitor a uma distância fixa (𝑑 = 10 cm). 2. Inicialmente aplicar uma tensão de 25 V ao sistema e comparar o valor medido com o valor calculado. 3. Anotar os valores medidos na Tabela 1.1. 4. Repetir os itens 1 e 2 aumentando a tensão em 25 V. Quando atingir 100 V, variar em 50 V até atingir o limite de 250 V. Montagem II - Relação entre o Campo Elétrico e a Distância entre as Placas do Capacitor 1. Fixar a tensão entre as placas do capacitor (𝑉 = 200 V). 2. Inicialmente, manter as placas do capacitor a uma distancia 𝑑 = 10 cm e comparar o valor medido com o valor calculado. 3. Anotar todos os resultados na Tabela 1.2. 4. Repetir os itens 1 e 2, aumentando a distância entre as placas de 2 cm até atingir 20 cm. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 23 Experimento 2: Medição do Potencial Escalar Elétrico em Capacitor de Placas Paralelas 2.1. Objetivo Geral Entender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos elétricos no regime estático. 2.2. Objetivos Específicos Medir o potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma linha perpendicular, com relação às placas de um capacitor, a fim de visualizar a uniformidade do campo elétrico em um capacitor de placas paralelas. Medir o potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma linha paralela, com relação às placas de um capacitor, a fim de visualizar os efeitos de borda nas superfícies equipotenciais em um capacitor de placas paralelas. 2.3. Material Utilizado Os materiais e equipamentos usados durante o experimento se encontram listados na figura 2.1. Figura 2.1.Arranjo para medições da intensidade de campo elétrico. a. Placa de alumínio, 283𝑥283 mm2. b. Medidor de campo elétrico. c. Fonte de alimentação. 0. . .600 Vୈେ. d. Multímetro digital. e. Resistor, 10 MΩ. f. Haste de aço, 250 mm. g. Base deslizante, ℎ = 80 mm. h. Garra de ângulo reto. i. Base métrica, 𝑙 = 60 cm. j. Sonda de ionização. k. Válvula com cartucho de gás butano. l. Conector de aço. m. Suporte. n. 11 conectores. o. Régua plástica, 𝑙 = 200 mm. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 24 2.4. Leitura Sugerida Capítulos 04, 05 e 06 do livro: Elementos de Eletromagnetismo2. 2.5. PREPARAÇÃO Por medidas de segurança, é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realizaçãode cada um dos experimento do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. Durante o experimento será realizado o estudo do capacitor de placas paralelas. É importante saber analisar o comportamento das medidas que serão realizadas. A preparação deverá ser entregue devidamente preenchida antes da realização do experimento. O experimento 2 será realizado em duas partes: 1. A primeira parte consiste em fixar uma sonda de ionização no centro das placas, movê-la em direção a uma placa e medir o potencial escalar elétrico, em cada ponto entre as placas, podendo assim determinar o campo elétrico. 2. A segunda parte consiste em fixar uma sonda de ionização, a uma certa distância das placas, movê-la paralelamente às placas e medir o potencial escalar elétrico nas superfícies equipotenciais. É importante: 1. Verificar a montagem dos equipamentos de acordo com a figura 2.1, seguindo as orientações do professor ou monitor. 2. Certificar-se de que a fonte de alimentação e os multímetros estão conectados corretamente ao circuito. 3. Manter as placas do capacitor a uma distância fixa, 𝑑 = 10 cm. 2SADIKU, M. N. O.Elementos de Eletromagnetismo. 5ª edição – 2012. Editora Bookman. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 25 2.5.1. PARTE 1 (Resolução de Questões) Questão 01: Explique a presença da sonda ionizante no experimento para realização da medição do potencial escalar elétrico. Questão 02: Explique o efeito de borda que acontece em capacitores de placas paralelas não ideiais (placas de dimensões finitas). Questão 03:Faça as seguintes atividades considerando um capacitor de placas paralelas com tensão entre as placas de 250 V e o ar como dielétrico: (a) Preencha a Tabela 2.1. (b) Represente o comportamento das linhas de campo elétrico e das superfícies equipotenciais de um capacitor real de placas paralelas em papel milimetrado. Tabela 2.1. Cálculo das grandezas elétricas. Distância (mm) Área da Placa (mm2) Capacitância (pF) Energia Armazenada (pJ) Carga da Placa (pC) Campo Elétrico entre as Placas (kV/m) 5 100 6 100 7 100 8 100 9 100 10 100 10 200 10 300 10 400 2.5.2. PARTE 2 (Realização do Experimento no Laboratório) Neste experimento, deve-se considerar que a distância entre as placas é significativamente menor com relação às suas dimensões. Assim, o campo elétrico, 𝑬, entre as placas, pode ser considerado homogêneo. As linhas de campo elétrico são perpendiculares às placas do capacitor e as superfícies equipotenciais estão em paralelo com as placas do capacitor. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 26 Montagem I – Potencial Escalar Elétrico entre as Placas do Capacitor 1. Certifique-se de que a sonda de ionização se encontra no centro das placas do capacitor e a posicione a uma distância 𝑥 = 1 cm, tomando como referência a placa aterrada. 2. Ligar a fonte de alimentação, assegurando-se que a tensão entre as placas do capacitor seja de 0 V. 3. É necessário estabelecer o zero de equilíbrio no medidor de campo elétrico. Para isto, é necessário alimentar o equipamento com 12 V, curto-circuitar as placas do capacitor e, com o auxílio do multímetro, ajustar o equipamento. 4. Aplicar uma tensão de 250 V às placas do capacitor. 5. Com o auxílio do professor, ou monitor, acender a chama. Esse passo deve ser realizado com bastante atenção. 6. Posicione a chama do isqueiro na ponta da sonda de ionização e abra LENTAMENTE a válvula contendo gás até que apareça uma pequena chama. Essa chama deve ser de 3 a 5 mm de altura. 7. Fazer a leitura do potencial escalar elétrico, certificando-se de que o valor medido e o valor teórico estão em conformidade.As medições estão relacionadas a uma faixa de medição (escala) e, portanto, neste arranjo, a indicação do valor medido deverá ser compensada pela escala na qual o equipamento está ajustado. 8. Afasta-se de 1 cm a sonda, com relação à placa aterrada. 9. Anotar os resultados na Tabela 2.5. 10. Repetir os itens de 7 a 9, a fim de completar a Tabela 2.5. 11. Feche completamente a válvula e desligue a fonte de tensão para iniciar os procedimentos da segunda parte do experimento. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 27 Tabela 2.5.Potencial escalar elétrico entre as placas do capacitor. 𝑑 = 10 𝑐𝑚. DISTÂNCIA 𝒙 DA SONDA IONIZANTE (𝐜𝐦) POTENCIAL ELÉTRICO (𝐕) CAMPO ELÉTRICO (𝐤𝐕/𝐦) MEDIDO TEÓRICO TEÓRICO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Montagem II - Potencial Elétrico nas Superfícies Equipotenciais 1. Fixe a sonda de ionização a uma distância 𝑙 = 2,5 cm das placas do capacitor e a posicione a uma distância 𝑥 = 10 cm, tomando como referência a placa aterrada. 2. Ligar a fonte de alimentação, assegurando-se que a tensão entre as placas do capacitor seja de 0 V. 3. É necessário estabelecer o zero de equilíbrio no medidor de campo elétrico. Para isto, é necessário alimentar o equipamento com 12 V, curto-circuitar as placas do capacitor e, com o auxílio do multímetro, ajustar o equipamento. 4. Aplicar uma tensão de 300V às placas do capacitor. 5. Com o auxilio do professor, ou monitor, acender a chama. Esse passo deve ser realizado com bastante atenção. 6. Posicione a chama do isqueiro na ponta da sonda de ionização e abra LENTAMENTE a válvula contendo gás até que apareça uma pequena chama. Esta chama deve ser de 3 a 5 mm de altura. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 28 7. Fazer a leitura do potencial escalar elétrico sobre a superfície equipotencial.As medições estão relacionadas a uma faixa de medição (escala) e, portanto, neste arranjo, a indicação do valor medido deverá ser compensada pela escala na qual o equipamento está ajustado. 8. Afasta-se de 1 cm a sonda, com relação à placa aterrada. 9. Anotar os resultados na Tabela 2.6. 10. Repetir os itens de 7 a 9, a fim de completar a Tabela 2.6. 11. Feche completamente a válvula, desligue a fonte de tensão, fixe a sonda de ionização a uma distância 𝑙 = 4 cm das placas do capacitor e repita os itens 1-10. 12. Feche completamente a válvula e desligue a fonte de tensão. Tabela 2.6.Potencial elétrico nas superfícies equipotenciais. 𝑑 = 10 𝑐𝑚. DISTÂNCIA DA SONDA IONIZANTE (𝐜𝐦) POTENCIAL ELÉTRICO MEDIDO(𝐕) 𝒍 = 𝟐, 𝟓 𝐜𝐦 𝒍 = 𝟒 𝐜𝐦 0 2 4 6 8 10 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 29 Experimento 3: Distribuição Espacial da Densidade de Fluxo Magnético no par de Bobinas de Helmholtz 3.1. Objetivo Geral Entender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos magnéticos no regime estático. 3.2. Objetivos Específicos Medir a distribuição espacial da intensidade da densidade de fluxo magnético entre um par de bobinas na montagem de Helmholtz; Verificar a região espacial onde a densidade de fluxo magnético uniforme, 𝑩, é produzida, demonstrar e determinar quantitativamente a superposição de campos individuais para a formação de umadensidade de fluxo magnético resultante do par de bobinas. 3.3. Material Utilizado Os materiaise equipamentos utilizados durante o experimento encontram-se listados na figura 3.1. Figura 3.1.Arranjo para medições da intensidade de densidade de fluxo magnético. a. Par de bobins de Helmholtz, 𝑁 = 154, 𝑅 = 20 cm; b. Fonte de alimentação; c. Multímetro digital; d. Teslômetro digital; e. Ponta de prova; f. Escala métrica 𝑙 = 1000 cm; g. Suportes; h. Conectores. 3.4. Leitura Recomendada Capítulos 07 e 08 do livro: Elementos de Eletromagnetismo3. 3SADIKU, M. N. O.Elementos de Eletromagnetismo. 5ª edição – 2012. Editora Bookman. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 30 3.5. PREPARAÇÃO Por medidas de segurança, é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realização de cada um dos experimento do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. Durante o experimento será realizado o estudo do arranjo de Bobinas de Helmholtz. É importante saber analisar o comportamento das medidas que serão realizadas. A preparação deverá ser entregue antes da realização do experimento. É importante: 1. Verifique a montagem dos equipamentos de acordo com a figura 3.1, seguindo as orientações do professor, ou monitor. 2. Certifique-se de que a fonte de alimentação, o teslômetro e os multímetros estão conectados corretamente ao circuito. O experimento 3 é dividido em quatro partes: 1. A primeira parte consiste em medir a densidade de fluxo magnético ao longo do eixo 𝑧 das bobinas quando a distância entre elas for 𝑎 = 𝑅, 𝑎 = 𝑅 2⁄ e 𝑎 = 2𝑅. 2. A segunda e a terceira parte consistem em medir a distribuição espacial da densidade de fluxo magnético quando a distância entre as espiras for 𝑎 = 𝑅, utilizando a simetria rotacional da montagem para medir a componente axial,𝐵௭, e a componente radial, 𝐵ఘ, da densidade de fluxo magnético, respectivamente. 3. A quarta parte do experimento consiste em medir as componentes radiais 𝐵ᇱఘ e 𝐵ᇱᇱఘ de duas bobinas individuais em um plano médio entre elas e demonstrar a superposição dos dois campos em 𝐵ఘ = 0. 3.5.1. PARTE 1 (Resolução de Questões) Questão 01:Explicar os princípios físicos e o funcionamento da ponta de prova de efeito Hall para medição da densidade de fluxo magnético. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 31 Questão 02: Determinar a expressão analítica da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de duas bobinas de Helmholtz idênticas e em série de raio R, que se encontram a uma distância a, a partir da: (a) lei de Bio-Savart e (b) lei de Ampère. Questão 03: Determinar a expressão analítica da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de duas bobinas de Helmholtz idênticas e em paralelode raio R que se encontram a uma distância a. Questão 04:Considere que no par de bobinas de Helmholtz em série circula uma corrente 𝐼 = 3,0 A, que 𝑁 = 154 espiras, para cada bobina, e 𝑅 = 20 cm. Preencher a Tabela 3.1 para os valores de 𝑎 e 𝑧 especificados. Tabela 3.1.Densidade de fluxo magnético como função da distância das bobinas. DISTÂNCIA 𝒛 DA PONTA DE PROVA (𝐜𝐦) 𝒂 = 𝑹/𝟐 DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO (𝐦𝐓) 𝒂 = 𝑹 DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO (𝐦𝐓) 𝒂 = 𝟐𝑹 DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO (𝐦𝐓) TEÓRICO MEDIDO TEÓRICO MEDIDO TEÓRICO MEDIDO 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 3.5.2. PARTE 2 (Realização do Experimento no Laboratório) Montagem I –Densidade de fluxo magnético como função da distância entre as bobinas 1. Manter as bobinas a uma distância fixa 𝑎 = 𝑅. 2. Certifique-se de que a ponta de prova se encontra no centro das bobinas (𝑧 = 0 𝑒 𝜌 = 0). 3. Aplicar uma corrente de 3A ao arranjo. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 32 4. Fazer a leitura, para o plano 𝜌 = 0, da densidade de fluxo magnético, variando a ponta de prova ao longo do eixo demonstrado na figura 3.2. 5. Anotar os valores na Tabela 3.1. 6. Repetir os itens de 2 a 5 para 𝑎 = 𝑅 e 𝑎 = 2𝑅a fim de completar a Tabela 3.1. 7. Desligue a fonte de alimentação para iniciar os procedimentos da segunda parte do experimento. Figura 3.2. Arranjo para medição da densidade de fluxo magnético para diferentes valores de 𝑎. Montagem II - Componente axial da densidade de fluxo magnético como função da posição da ponta de prova 1. Manter as bobinas a uma distância fixa 𝑎 = 𝑅. 2. Certifique-se de que a ponta de prova se encontra no centro das bobinas (𝑧 = 0 𝑒 𝜌 = 10 cm). 3. Aplicar uma corrente de 3 A ao arranjo. 4. Fazer a leitura, para o plano 𝜌 = 10 cm, da densidade de fluxo magnético, variando a ponta de prova ao longo do eixo z, conforme ilustrado na figura 3.2. 5. Anote os valores na Tabela 3.2. 6. Repetir os itens de 2 a 5 para o plano𝜌 = 16 cma fim de completar a Tabela 3.2. 7. Desligue a fonte de alimentação para iniciar os procedimentos da terceira parte do experimento. ρ=0 e z=0 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 33 Tabela 3.2.Componente axial da densidade de fluxo magnético como função da posição da ponta de prova. DISTÂNCIA 𝒛 DA PONTA DE PROVA (𝐜𝐦) DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO (𝐦𝐓) 𝝆 = 𝟏𝟎 𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟔 𝐜𝐦 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Montagem III - Componente radial da densidade de fluxo magnético como função da posição da ponta de prova 1. Manter as bobinas a uma distância fixa 𝑎 = 𝑅. 2. Certifique-se de que a ponta de prova se encontra no centro das bobinas (𝑧 = 0 𝑒 𝜌 = 0). 3. Aplicar uma corrente de 3A ao arranjo. 4. Fazer a leitura, para o plano𝜌 = 0, da densidade de fluxo magnético variando a ponta de prova ao longo do eixo 𝜌, conforme ilustrado na figura 3.3. 5. Anote os valores na Tabela 3.3. 6. Repetir os itens de 4 a 5 ao longo dos planos 𝜌 = 10 cm e 𝜌 = 16 cma fim de completar a Tabela 3.3. 7. Desligue a fonte de alimentação para iniciar os procedimentos da quarta parte do experimento. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 34 Figura 3.3. Arranjo para medição da componente radial da densidade de fluxo magnético. Tabela 3.3.Componente radial da densidade de fluxo magnético como função da posição da ponta de prova. DISTÂNCIA Z DA PONTA DE PROVA (𝐜𝐦) DENSIDADE DE FLUXO MAGNÉTICO (𝐦𝐓) 𝝆 = 𝟎 𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟎 𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟔 𝐜𝐦 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Montagem IV - Componente radial da densidade de fluxo magnético para cada bobina 1. Curto-circuitar uma das bobinas. 2. Aplicar uma corrente de 3 A ao arranjo. ρ=0 e z=0 ρ z Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 35 3. Fazer a leitura, para o plano 𝑧 = 0, da densidade de fluxo magnético, variando a ponta de prova ao longo do eixo 𝜌,conforme ilustrado na figura 3.3. 4. Anote os valores na Tabela 3.4. 5. Desligue a fonte de alimentação e todos os equipamentos envolvidos. Tabela 3.4.Componente radial da densidade de fluxo magnético para cada bobina. DISTÂNCIA 𝝆 DA PONTA DE PROVA (𝐜𝐦) DENSIDADE DE FLUXOMAGNÉTICO (𝐦𝐓) 𝒛 = 𝟎 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 36 Experimento 4: Distribuição da Densidade de Fluxo Magnético em um Solenoide 4.1. Objetivo Geral Entender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos magnéticos no regime estático. 4.2. Objetivos Específicos Avaliar a distribuição da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de um solenoide como função: (a) da posição 𝑧 = 0; (b) do eixo do solenoide; (c) do número de espiras do solenoide e (d) do comprimento do solenoide. 4.3. Material Utilizado Os materiais e equipamentos utilizados, durante o experimento, encontram-se listados na figura 4.1. Figura 4.1.Arranjo para medições da intensidade da densidade de fluxo magnético. a. Teslômetro digital. b. Ponta de prova. c. Fonte de alimentação. d. Escala métrica 𝑙 = 1000 × 27 mm. e. Bobinas de indução: 𝑁ᇱ = 300, 𝑑 = 40 mm. 𝑁ᇱ = 300, 𝑑 = 32 mm. 𝑁ᇱ = 300, 𝑑 = 25 mm. 𝑁ᇱ = 200, 𝑑 = 40 mm. 𝑁ᇱ = 100, 𝑑 = 40 mm. 𝑁ᇱ = 150, 𝑑 = 25 mm. 𝑁ᇱ = 75, 𝑑 = 25 mm. f. Multímetros digitais. g. Suportes. h. Conectores. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 37 4.3.1 Especificações dos Solenoides As especificações com relação ao número de espiras (N), comprimento (L) e diâmetro (d) dos solenoides utilizados neste experimento, encontram-se na tabela 4.1. Tabela 4.1. Especificações dos solenoides utilizados neste experimento. N 𝑳(𝐦𝐦) 𝒅(𝐦𝐦) 75 160 25 150 160 25 300 160 25 100 53 40 200 105 40 300 160 40 300 160 32 4.4. Leitura Recomendada Capítulos 07 e 08 do livro: Elementos de Eletromagnetismo4. 4.5.PREPARAÇÃO Por medidas de segurança, é exigido o uso de calçados fechados e com solado de borracha para realização de cada um dos experimento do LEMAG. Caso o aluno não se atente para tal observação, ficará impossibilitado de acessar o laboratório em dias de experimento. O experimento 4 tem o propósito de medir a intensidade da densidade de fluxo magnético ao longo do eixo de alguns solenoides. Considera-se um solenoide como constituído por um enrolamento de espiras idênticas, de raio a e de comprimento l, composto de n espiras por unidade de comprimento, conforme ilustrado na figura 4.2. 4SADIKU, M. N. O.Elementos de Eletromagnetismo. 5ª edição – 2012. Editora Bookman. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 38 Figura 4.2. Configuração de um solenoide. O solenoide é percorrido por uma corrente constante de intensidade I. É importante saber analisar o comportamento das medidas que serão realizadas. A preparação deverá ser entregue devidamente preenchida antes da realização do experimento. O experimento 4é dividido em duas etapas: 1. Inicialmente, a densidade de fluxo magnético que será medida em B(0), isto é, no centro de alguns solenoides. 2. Em seguida, serão escolhidos solenoides para se avaliar a distribuição da densidade de fluxo magnético ao longo de todo o eixo, para isto, em um momento serão observadas as mudanças de comportamento da densidade de fluxo magnético em conjunto com a mudança no número de espiras e a mudança no comprimento do solenoide. É importante: 1. Verifique a montagem dos equipamentos de acordo com a figura 4.1, seguindo as orientações do professor, ou monitor. 2. Aplique uma corrente de 1,0 A ao circuito. z x a -a O O O O O O O O X X X X X X X X l dz z ଶ ଵ Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 39 4.5.1. PARTE 1 (Resolução de Questões) Questão 01:Um solenoide de comprimento l e raio a consiste de N espiras de fio percorridas por uma corrente I. Demonstre que, em um ponto P, ao longo do seu eixo, 𝐵ሬ⃗ = 𝜇 ூ ଶ (cos𝜃ଶ − cos𝜃ଵ)𝑎ො௭ Wb/m2, onde 𝑛 = ே , 𝜃ଶ e 𝜃ଵ são os ângulos subtendidos em P pelas espiras das extremidades, como ilustrado na figura 4.2. Questão 02:Calcule os valores teóricos da densidade de fluxo magnéticopara todos os solenoides e preencha as Tabelas de 4.2 a 4.5. 4.5.2. PARTE 2 (Realização do Experimento no Laboratório) Montagem I – Densidade de fluxo magnético no centro dos solenoides 1. Medir 𝐵(0), para cada solenoide proposto na preparação, a fim de completar a Tabela 4.2. Tabela 4.2.Densidade de fluxo magnético no centro dos solenoides. N 𝑳(𝐦𝐦) 𝒅(𝐦𝐦) 𝑩(𝟎)(𝐦𝐓) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 75 160 25 150 160 25 300 160 25 100 53 40 200 105 40 300 160 40 300 160 32 Montagem II – Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos soleoides (raio e comprimento fixos do solenoide) 1. Selecione os solenoides que tenham dimensões fixas, 𝑙 = 160 mm e 𝑑 = 25 mm. 2. Meça 𝐵(𝑧) para os três solenoides. 3. Anote os valores na Tabela 4.3. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 40 Tabela 4.3. Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides (raio e comprimento fixos do solenoide). 𝑵𝟏 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟐 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟑 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) Montagem III – Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides (raio fixo do soleoide) 1. Selecione os solenoides que tenham diâmentros iguais, 𝑑 = 40 mm. 2. Meça 𝐵(𝑧) para os três solenoides. 3. Anote os valores na Tabela 4.4. Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 41 Tabela 4.4. Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides (raio e relação ே fixos). 𝑵𝟏 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟐 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟑 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) Montagem IV – Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides (número de espiras fixo do solenoide) 1. Selecione os solenoides que tenham número de espiras iguas, 𝑁 = 300 espiras. 2. Meça 𝐵(𝑧) para os três solenoides. 3. Anote os valores na Tabela 4.5. Prof. Dr. AlexandreJean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 42 Tabela 4.5. Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides (raio e relação ே fixos do solenoide). 𝑵𝟏 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟏(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟐 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟐(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝑵𝟑 𝒛(𝐜𝐦) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑳𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) 𝒛(𝐜𝐦) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 𝒅𝟑(𝐦𝐦) 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐(𝐦𝐓) 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐(𝐦𝐓) Prof. Dr. Alexandre Jean René Serres Prof. Dr. Helder Alves Pereira Laboratório de Eletromagnetismo 43 Referências Bibliográficas SADIKU, M. N. O.Elementos de Eletromagnetismo. 5ª edição – 2012. Editora Bookman. BUCK, J. A.; HAYT JR., W. H. Eletromagnetismo. 7ª edição - 2008. Editora McGraw Hill. EDMINISTER, J. A. Eletromagnetismo. 2ª edição - 2006. Editora Bookman. CHENG, D. K. Field and wave electromagnetics. 2ª edição – 1992. Editora Addison Wesley. GRIFFITHS, D. J. Introduction to Electrodynamics. 3ª edição - 1998. Editora Prentice Hall. Anexo A – Capa Padronizada Universidade Federal de Campina Grande Centro de Engenharia Elétrica e Informática Unidade Acadêmica de Engenharia Elétrica Laboratório de Eletromagnetismo Professor: Alexandre Jean René Serres Experimento I II III IV Turma 2 4 6 A B Aluno(a): Data: Assinatura: Matrícula:
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