Aula Prática III - Fisica III

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CONSTRUINDO O SEU FUTURO
	CURSO: EGENGHARIA CIVIL – 4º PERÍODO - NOTURNO PERÍODO: 2019-2 TURMA: SALA: DISCIPLINA: FISICA III (LABORATÓRIO DE FISICA)
PROFESSOR: FRANKLIN ROOSEVELT RODRIGUES DO Ó 
ALUNO (A): DIMMY GLEYSON FONSÊCA PINTO DATA: 20/11/2019
Adaptado da Fonte: Manual dos equipamentos do CIDEPE (Centro Industrial de Equipamentos de Ensino e Pesquisa). Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos.
O EXPERIMENTO DE OERSTED E O ELETROMAGNETISMO
Habilidades e competências:
Conceituar o campo magnético e o vetor indução magnética 
Diferenciar o campo elétrico do campo magnético.
Reconhecer que:
A carga elétrica em movimento gera um campo com indução magnética B em torno dela;
A corrente elétrica é capaz de produzir feitos magnéticos.
Utilizar os conhecimentos adquiridos com a experiência de Oersted.
Informações teóricas:
Oersted, Físico dinamarquês escreveu trabalhos que tratam do efeito de uma corrente elétrica sobre uma agulha magnética.
Também observou que os campos magnéticos produzidos por correntes elétricas, em fios retilíneos, tinham a forma de círculos concêntricos cujo sentido é indicado pelo norte da agulha magnética (bússola).
Material necessário:
Uma fonte de alimentação;
Uma bussola;
Uma chave de três posições;
Um Imã NdFeB (Neodymium Iron Boron Magnetics).
Procedimento:
Coloque sobre a linha norte sul da bussola um fio condutor.
Com a chave auxiliar desligada, ligue a fonte de alimentação e ajuste a tensão para 3 volts.
Ligue a chave auxiliar mantendo a polaridade no circuito. Comente o observado.
Ao circular uma corrente elétrica no fio, o que surgiu ao redor do condutor capaz de movimentar a agulha da bússola? 
Os campos magnéticos produzidos por correntes elétricas, em fios retilíneos, têm a forma de círculos concêntricos cujo sentido é indicado pelo norte da agulha magnética (bússola).
Outra forma de se determinar o sentido das linhas de indução B é usar a regra da mão direita.
PROCEDIMENTOS DA EXPERIÊNCIA
Conectamos a chave de três posições à fonte de tensão e colocamos a bússola sobre a 
mesa.
ATIVIDADES
A experiência de Oersted trata do efeito da corrente elétrica sobra uma agulha magnética.
Posicionamos o conjunto bússola e fio sobre a mesa. Alinhamos o conjunto com a 
Posicionamos o conjunto bússola e fio sobre a mesa. Alinhamos o conjunto com a orientação do campo magnético, de forma que o norte e o sul estivesse m projetados sobre a linha do campo da terra.
Com a chave auxiliar desligada, ligamos a fonte de alimentação e ajustamos a tensão para 3 VCC. Colocamos sobre a linha Norte- Sul, um fio condutor. O aluno Patrick segurou o fio condutor para mantermos o trecho retilíneo.
Ligamos a chave auxiliar mantendo a polaridade no circuito.
Ao circular corrente elétrica pelo fio condutor, surgiu um campo magnético 
movimentando assim a bússola.
Mantendo o fio condutor na mesma posição, ligamos a chave auxiliar de modo a inverter o sentido da corrente.
O sentido do vetor indução magnética B foi modificado em função da corrente que circulou pelo fio condutor.
Posicionamos o fio condutor num plano acima da agulha magnética.
O sentido do vetor indução magnética B continua na mesma posição do experimento anterior, porém, a intensidade diminui em relação à distância que impomos a bússola.
Oersted também observou que os campos magnéticos produzidos por correntes elétricas, em fios retilíneos, tinham a forma de círculos concêntricos cujo sentido é indicado pelo norte da agulha magnética (bússola).
Uma outra forma de se determinar o sentido das linhas de indução B é usar a regra da mão direita.
Utilizando a regra da mão direita indicamos nas figuras abaixo o sentido do vetor indução magnética B gerado pela corrente elétrica i que circula no fio condutor.
Dobramos o fio, conforme foto abaixo, de maneira que o mesmo ficasse paralelo. Com isso circulará duas vezes mais corrente (no mesmo sentido) na proximidade do imã.
Ligamos a chave e observamos que a intensidade do vetor indução depende do número de espiras do fio e também da forma e ordem em que elas se agrupam.
CONCLUSÃO
Verificando a veracidade da seguinte afirmação: “Ao circular uma corrente elétrica por um condutor, surge no meio que o circunda uma indução magnética, cujo sentido, num dado ponto, depende do sentido da corrente que circula.”
A afirmação é verdadeira. 
Segundo Heinrich Friedrich Emil Lens, “o sentido da corrente elétrica induzida é que o campo magnético criado pela corrente se opõe à variação do campo magnético que produz a corrente.” Podemos dizer que as orientações das linhas de indução dependem do sentido da corrente que circula em um determinado condutor.
OS FENÔMENOS ELETROMAGNÉTICOS, A LEI DE INDUÇÃO DE FARADAY E LENZ, COM BOBINAS PARALELAS.
Habilidades e competências:
Representar e/ou descrever o campo magnético e o vetor indução magnética; 
Diferenciar o campo elétrico do campo magnético;
Reconhecer que:
A variação do fluxo da indução magnética pode induzir uma corrente elétrica em um condutor;
Uma carga elétrica em movimento gera um campo com indução magnética B em torno dela;
 Uma corrente elétrica é capaz de produzir feitos magnéticos.
Relacionar a corrente elétrica induzida em um indutor coma variação do fluxo de indução magnética que a originou;
 Utilizar os conhecimentos adquiridos com a Lei de Lenz e Faraday.
Material necessário:
Uma base principal;
Um multímetro;
Um sistema com bobinas paralelas;
Um Imã;
Cabos condutores;
Uma chave de três posições;
Uma fonte de alimentação DC.
Informações teóricas:
 Heinrich Frederic Lenz, físico russo que estudou a condutividade de vários materiais sujeitos a corrente elétrica e o efeito da temperatura sobre a condutividade. Ficou famoso por ter formulado a Lei de Lenz em 1833.
Lei da indução eletromagnética de Lenz: 
“O sentido da corrente elétrica induzida é tal que o campo magnético criado pela corrente se opõe à variação do campo magnético que produziu a corrente”.
Michael Faraday, Físico e Químico inglês, responsável pela Lei de Faraday da eletrólise e pela Lei da Indução de Faraday.
Lei da indução eletromagnética de Faraday:
“Se o fluxo magnético através de uma área limitada por um circuito condutor mudar com o tempo, uma corrente e uma força eletromotriz (fem) são produzidas nesse circuito condutor fechado”.
Lei da indução eletromagnética de Faraday e Lenz:
“A lei de Faraday-Lenz enuncia que a força eletromotriz induzida num circuito elétrico é igual à velocidade da variação do fluxo magnético através da área limitada pelo circuito condutor fechado”.
A indução de uma corrente elétrica em um condutor, a partir da indução magnética:
Você irá verificar se o caminho inverso é verdadeiro, isto é, se é possível induzir num condutor uma corrente elétrica , a partir da indução magnética B.
Conecte o sistema com sequencias de espiras paralelas ao multímetro, Conforme a figura 1.
Figura 1
Aproxime o polo norte do imã do interior da bobina e torne a retira-lo.
Verifique o que ocorre. Justifique o que observou.
Torne a aproximar o polo norte do imã à bobina. Pare o mesmo próximo à bobina e torne a afasta-lo.
Refaça essa operação com maior rapidez e compare os dois casos.
Segundo suas observações, como se relaciona a rapidez da variação do fluxo magnético B, com a intensidade da corrente induzida que circula pelo condutor?
A Figura 2 mostra as espiras da bobina (vista de frente) com o símbolo X. Esse símbolo representa o sentido do vetor B devido à aproximação do polo norte do imã.
 
Figura 2
O que ocorre com a densidade de linhas de indução B que penetram no interior da bobina quando o polo norte do imã se aproxima dela?
O que ocorre com a densidade de linhas de indução magnética que penetram no interior da bobina quando o imã é afastado?
Ao aproximar o imã da bobina, a variação do fluxo magnético B faz surgir uma fem no sistema bobina- amperímetro e o sentido
da corrente induzida é tal que os seus efeitos tentam anular os que a provocaram. Ou seja, ao aproximar o polo norte do imã, o numero de linha de indução (símbolo X) aumenta no interior da bobina. A corrente induzida circulará num sentido tal, que as linhas de indução geradas por ela, contrariarão o aumento do numero de linhas de indução (X). O único jeito disso ocorrer é a corrente elétrica induzida gerar uma indução magnética com o sentido de fluxo contrario (simbolizado por ( ).
Considere os pontos no interior da Figura 2 como sendo gerados pela corrente induzida circulante na bobina.
Aplique a regra da mão direita e observe que os pontos indicam o sentido de Bi. Esse é induzido pela corrente elétrica circulante na bobina e o sentido desta corrente realmente confere com o sentido indicado pelo amperímetro, nesse caso, sentido anti-horário.
A Figura 3 mostra as espiras da bobina (vista de frente) com o símbolo . Esse símbolo representa o sentido do vetor B devido à aproximação do polo sul do imã. 
Figura 3
O que ocorre com a densidade de linhas de indução B que penetram no interior da bobina quando o polo sul magnético do imã se aproxima dela?
Monte o circuito da Figura 4 e ajuste a tensão da fonte para 5 volts DC.
Faca a ligação das bobinas em paralelo para obter um ganho no valor do campo magnético gerado por elas.
Posicione o imã a frente das bobinas. Afaste o imã a dois centímetros das bobinas com um dos polos de frente para elas.
NÃO DEIXE A BOBINA LIGADA POR MAIS DE 10 SEGUNDOS
Ligue o circuito e observe.
Inverta o sentido da corrente e descreva suas conclusões.
Os fenômenos eletromagnéticos, que a primeira vista parecem ser muito numerosos, na realidade são apena três, a saber (complete as lacunas):
Uma corrente elétrica passando por um condutor, AO REDOR SE PRODUZ UM CAMPO MAGNÉTICO, A CORRENTE ELÉTRICA SE COMPORTA COMO UM IMÃ.
Variando o fluxo magnético sobre um condutor fechado, surgirá (nesse condutor) uma corrente induzida, cujo sentido é tal que PRODUZ UM CAMPO MAGNÉTICO
Um condutor, percorrido por uma corrente elétrica, colocado m um campo magnético, fica sujeito à ação de uma força eletromagnética.
A AÇÃO DA FORÇA ELETROMAGNETICA ATUANTE NUM CONDUTOR IMERSO NUM CAMPO MAGNÉTICO, QUANDO POR ELE CIRCULA UMA CORRENTE ELÉTRICA.
Habilidades e competências:
Identificar o vetor indução magnética e o sentido da corrente elétrica que circula num condutor;
Reconhecer que uma carga elétrica em movimento gera campo magnético em torno dela;
Reconhecer que uma corrente elétrica produz efeitos magnéticos;
Utilizar conhecimentos da ação do vetor indução magnética sobre cargas em movimento;
Aplicar convenientemente a regra da mão direita;
Utilizar conhecimentos sobre experimento de Oersted.
Material necessário:
Uma base principal (1);
 Duas hastes paralelas (3) com Imãs NdFeB (2) e Afastador (4).
Um balanço condutor elétrico (5);
Uma fonte de alimentação para 3 VCC (10);
Uma chave inversora (9);
Conexões de fios;
Palha de aço fina.
Fundamentos teóricos:
O magnetismo. Magnetismo terrestre.
O magnetismo (termo derivado de Magnésia, antiga cidade grega) tem sua mais antiga fonte no imã natural magnetita, um ferrromagneto natural (Fe3O4).
A observação de que a magnetita, pedra comum naquela região, atraia o ferro e interagia com outras “pedras” semelhantes, fez surgir a ciência denominada magnetismo.
Os chineses, já em 121 DC sabiam que uma haste de ferro aproximada desses magnetos naturais adquiriria e reteria as propriedades magnéticas e que essa haste, ao ser suspensa por um fio, se alinharia na direção norte-sul. Essa observação provocou a invenção da bússola.
 O ELETROMAGNETISMO:
A descoberta feita por Oersted (físico dinamarquês com importante contribuição para o eletromagnetismo), em 1820, de que um condutor percorrido por uma corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético, uniu a eletricidade e o magnetismo (considerados independentes), surgindo a denominação eletromagnetismo.
A força eletromagnética:
Você irá constatar a interação entre o campo magnético de um imã permanente e o campo magnético gerado pela corrente elétrica que circula nesse condutor.
A ação da força eletromagnética fará esse condutor se movimentar. Esta força de suma importância esta intimamente ligada à corrente elétrica e ao vetor indução magnética. 
Montagem:
Execute a montagem conforme a figura 4
 Figura 4
Encaixe o balanço nos orifícios existentes nas hastes.
Coloque o separador intermediário no conjunto de hastes paralelas magnéticas, tornando-o um imã permanente em U (Figura 5).
Figura 5
Posicione o imã em U na base acrílica, conforme a Figura 4.
Conecte o balanço magnético a chave inversora de polaridade. Essa chave possui três posições. Identifique-as.
Conclua as ligações elétricas com a fonte de alimentação. Ajuste-a para uma tensão de 3 VCC.
Todas as operações de ligar, desligar e inverter o sentido da corrente elétrica serão feitas através da chave inversora.
Como a resistência elétrica do circuito que iremos alimentar é muito baixa, praticamente estamos colocando a fonte em curto-circuito. Porem ela foi projetada para trabalhar nessa condição sem danificá-la quando em uso por curtos intervalos de tempo. Por isso, recomendamos a utilização da fonte em curto-circuito por no máximo 20 segundos. 
Procedimento: 
Ligue a chave de modo que a corrente circule no sentido indicado na Figura 6:
Figura 6
 Comente o que ocorreu.
Que agente físico atuou sobre o balanço para que ele saísse do repouso?
 Coloque o imã com o polo norte para baixo
Posicione o indicador para a nova orientação de (vetor campo magnético). (Figura 7).
Ligue a chave de modo que a corrente circule no sentido indicado na figura.
Comente o observado.
Como se o sentido da força eletromagnética, que atuou no balanço, em relação ao sentido (vetor campo magnético)
Figura 7
 Posicione o imã com o polo norte para cima e a posicionar o indicador da nova orientação de (Figura 8).
Indique na figura o sentido da força eletromagnética que atuou no balanço.
 
Figura 8
Inverta o sentido da corrente através da chave inversora (Figura 9).
Figura 9
Indique na figura o sentido da força eletromagnética que atuou no balanço.
O sentido da força eletromagnética atuante no condutor imerso em B depende do sentido da corrente que por ele circula? Justifique sua resposta.
Qual é a natureza da força que provocou o deslocamento do condutor retilíneo na região submetida à indução magnética B?
A regra da mão direita:
Utilize a regra da mão direita para identificar o sentido de uma das três grandezas. 
Exemplo: Omita a informação do sentido da corrente I, informe o sentido de B e ligue o sistema.
 Identifique a orientação da corrente I.
A Lei de Biot e Savart:
Indique as características da força eletromagnética que provocou o deslocamento do condutor retilíneo.
A direção da força eletromagnética F atuante é _________________ ao plano formado pelas direções de B e I.
 O sentido da força eletromagnética atuante F pode ser definida pela regra da mão direita que diz ____________________________________
O módulo da força eletromagnética atuante F e calculada pela expressão:
 Identifique cada termo da expressão acima.
FORÇA ELETROMAGNÉTICA QUE ATUA NUM CONDUTOR PERCORRIDO POR UMA CORRENTE ELETRICA E IMERSO NUM CAMPO MAGNÉTICO.
Habilidades e competências:
 Reconhecer que uma corrente elétrica produz efeitos magnéticos;
Utilizar conhecimentos da ação do vetor indução magnética sobre cargas em movimento;
Aplicar convenientemente a regra da mão direita;
Utilizar conhecimentos sobre experimento de Oersted.
Material necessário:
Uma base principal (1);
Duas hastes paralelas (3) com Imãs NdFeB (2);
Uma fonte de alimentação
para 3 VCC (10);
Uma placa removível (8);
Uma chave inversora (9);
Um corpo de prova (6);
Conexões de fios;
Palha de aço fina.
Montagem:
 Execute a montagem conforme a figura 10.
 Figura 10
 Interligue os imãs permanentes com a placa removível (8), tornando-o um imã em U de hastes longas, conforme a Figura 11.
Figura 11
Posicione o imã em U de hastes longas na base com o polo norte voltado para cima. 
Baixe o trilho articulável de modo que o condutor retilíneo não role quando posto sobre ele.
Andamento das atividades:
Ligue o interruptor e mantenha a polaridade por alguns segundos.
Observe e justifique o fenômeno.
Verifique a validade da regra da mão direita.
Inverta o sentido da corrente.
Aplique a regra da mão direita para determinar o sentido da força.
UM MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
Habilidades e competências:
Ao termino desta atividade o aluno deverá ser capaz de:
Identificar o vetor indução magnética e o sentido da corrente elétrica que circula num condutor;
Reconhecer que uma carga elétrica em movimento gera campo magnético em torno dela;
Verificar a força produzida pela indução magnética sobre cargas em movimento;
Aplicar a regra da mão direita para determinar o efeito de um campo magnético externo sobre um condutor no qual circula uma corrente, identificando B, i e F;
Reconhecer o funcionamento de um motor elétrico DC;
Construir um modelo de um motor elétrico DC.
Material necessário:
Uma base principal (1);
Duas hastes paralelas (3) com Imãs NdFeB (2) e afastador (4);
Uma fonte de alimentação para 3 VCC (10);
Um motor elementar (7);
Uma chave inversora (9);
Conexões de fios;
Palha de aço fina.
 
Figura 12
Montagem:
Mantendo a fonte desligada, monte o sistema conforme a figura 13.
Figura 13
Levante as duas hastes paralelas articuláveis e afaste os protetores deslizantes dos pequenos orifícios existentes nessas hastes.
Encaixe o motor elementar nos orifícios das hastes e torne a fecha-los com os protetores para o motor não cais.
Coloque o separador (4) entre as hastes (3). Isso fará com que o conjunto se comporte como um imã em U. Figura 14.
Figura 14
Posicione o imã em U de hastes longas na base com o polo norte voltado para cima e próximo do motor elementar.
Andamento das atividades: 
Verifique o caminho que será percorrido pela corrente elétrica dando especial atenção às pequenas hastes do motor (veja detalhes na Figura 12).
Para que serve o esmalte ao redor do fio da bobina do motor?
Girando o motor lentamente com a mão, verifique se existe situações em que a corrente elétrica pode ou não circular pelo circuito.
Ligue a chave e dê um giro inicial na bobina.
Descreva o observado.