Relatório Fisica Influência do número de espiras e distância sobre valor do campo magnético

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Influência do número de espiras e distância sobre valor do campo magnético
	O magnetismo é fundamental para a rotina que temos hoje, e no decorrer deste trabalho falaremos um pouco sobre os conceitos de magnetismo e eletromagnetismo e exemplos de sua aplicação no nosso dia a dia. Também trataremos dados experimentais realizados a partir do site Phet Colorado, que possibilitou a avaliação da influência do número de espiras sobre o campo magnético de uma bússola e o decaimento exponencial que sofre o campo magnético ao se afastar de um eletroímã. Por fim discutiremos os dados experimentais com dados conceituais, a fim de fazer uma avaliação mais crítica e teórica a respeito dos resultados do experimento. 
Instituto de Física – UFRGS 
Agosto de 2020
INTRODUÇÃO
	O magnetismo pode ser definido como um fenômeno de atração ou repulsão de corpos, também chamados de ímãs [1]. Cada ímã possui dois polos distintos que sofrem a influência magnética, sendo eles conhecidos como Norte e Sul. Os polos do ímã possuem efeitos sobre os polos de outro ímã, podendo ocasionar fenômenos de atração (entre dois polos distintos Norte/Sul) ou repulsão entre dois polos de mesma natureza. Todo ímã produz um campo magnético ao seu redor que é responsável pela interação com outros ímãs, substâncias magnéticas ou correntes elétricas. 
Ao lado é possível observar a imagem das linhas do campo magnético sobre um ímã. As linhas de campo sempre saem do polo norte e entram no polo sul. 
Além do magnetismo, existe outro ramo da física conhecido como eletromagnetismo, que é baseado no conceito de campo eletromagnético [2]. 
 Figura 1: linhas de indução do campo magnético
O campo eletromagnético pode ser definido como a junção do campo elétrico e campo magnético, e pode ser baseado em dois princípios: corrente elétrica gera campo magnético e variação de fluxo magnético produz campo elétrico [3]. Esses dois conceitos são de extrema importância na nossa vida cotidiana. Um exemplo de como o magnetismo está presente no nosso dia a dia são os detectores de metais, que vemos muitas vezes em filmes. 
Esse equipamento é composto por uma bobina, que é um conjunto de espiras, que quando é percorrida por uma corrente elétrica gera campo magnético. O detector de metais funciona da seguinte maneira: com a aproximação do equipamento a um objeto metálico acontece a variação do fluxo magnético na bobina, gerando uma corrente elétrica. Essa corrente causa o aparecimento de um campo magnético variável que é responsável pela indução de uma corrente elétrica na bobina oposta àquela que já a percorria. Essa variação da corrente é então medida por um amperímetro, que é o responsável pelo “bip” que escutamos ao aproximar o equipamento do e metais [4]. 
Figura 2: detector de metais 
desse relatório, insira alguns parágrafos descrevendo algum equipamento que faça uso DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
O experimento foi realizado utilizando uma página na internet como simulador: Phet Colorado [5]. Selecionou-se a opção Eletroímã e fonte de corrente elétrica DC. 
Primeiramente, o eletroímã com 1 espira e a bússola foram colados em um mesmo eixo com uma distância de 4 metros entre eles e voltagem constante de 10V (aqui vamos considerar cada mini bússola como um metro) como mostrado na figura 3. O medidor foi colocado sob a bússola no mesmo eixo da bobina. 
 
Figura 3 : Captura de tela do Phet demonstrando o experimento. 
A partir disso foi se aumentando o número de espiras até o máximo permitido (4 espiras) e anotando os valores do campo magnético resultante no ímã para avaliar a influência do número de espiras sobre o campo magnético. 
Depois foi avaliado a influência da distância sobre o valor do campo magnético, movendo o medidor de posições próximas ao eletroímã (com 1 espira e voltagem constante de 10V) para posições mais afastadas no mesmo eixo vertical. 
Figura 4: Demonstração do segundo experimento
RESULTADOS
Influência do número de espiras no campo magnético 
Foi avaliado a variação do campo magnético na bússola ao se aumentar o número de espiras no eletroímã, com uma distância constante de 4 metros. Os resultados foram anotados na tabela 1.
	Espiras
	Campo
	1
	0,76
	2
	1,51
	3
	2,17
	4
	3,02
 Tabela 1 : Variação do campo magnético de acordo com o número de espiras. 
Depois, com a ajuda do programa excel foi feito um gráfico Campo X Número de espiras (gráfico 1)
 
Gráfico 1 :gráfico mostrando dados experimentais (pontos) com uma curva ajustada a esses dados (linha contínua)
Influência da distância no campo magnético
Nesse segundo experimento foi avaliado o valor do campo ao se afastar o medidor do eletroímã com 1 espira e tensão constante de 10V. Os dados foram anotados na tabela 2.
	 Distância (metros)
	Campo (G)
	1
	75
	2
	19,23
	3
	5,9
	4
	2,58
	5
	1,33
Tabela 2: Influência da distância sobre o campo magnético
	Depois, foi feito um gráfico com os valores da distância e do campo ao se retirar o logaritmo natural dos dados com o objetivo de normalizá-los, para obtenção de um gráfico de regressão linear (gráfico 2).
 
Gráfico 2: gráfico mostrando dados experimentais (pontos) com uma curva ajustada a esses dados (linha contínua) bem como a equação da reta. 
DISCUSSÃO
	Um eletroímã é um dispositivo envolto por um solenóide (conjunto de espiras) que utiliza a diferença de potencial para produzir corrente elétrica e consequentemente gerar campo magnético [6]. A intensidade do campo e a distância que ele vai atingir a partir do eletroímã vai depender do número de voltas da espira e da intensidade da corrente elétrica. Essa corrente formará no solenóide um polo norte e sul, parecido com o que acontece no ímã em barra. 
O campo magnético de uma única espira pode ser dado pela Lei de Biot-Savart [7]:
Enquanto o de uma bobina é: 
Onde B é o campo, N o número de espiras e “i” a corrente. Pela expressão podemos ver exatamente o que ocorre no experimento 1: o valor do campo é diretamente proporcional ao número de espiras de uma bobina. Ao se aumentar o número de espiras, aumentamos também o valor do campo. 
No experimento 2 observamos o efeito da variação da distância sob o campo magnético. É possível observar que temos um decaimento exponencial ao aumentar a distância, como observado na equação: 
 B = (cte .I )/x^n 
Ao se normalizar os valores obtemos uma regressão linear que torna possível descobrirmos o expoente “n” que revela o decaimento do campo em função da distância. Segundo o experimento, a função decai com um coeficiente angular de n=2,5364. 
REFERÊNCIAS
[1]http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/imas-e-magnetismo.html#:~:text=Magnetismo
[2]https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletromagnetismo
[3]https://brasilescola.uol.com.br/fisica/eletromagnetismo.htm
[4]https://brasilescola.uol.com.br/fisica/como-funciona-detector-metais.htm
[5]https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/magnets-and-electromagnets
[6]https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletro%C3%ADm%C3%A3#:~:text=O%20eletro%C3%ADm%C3%A3%20ou%20eletro%C3%ADman%20
[7]Fundamentos de Física Vol. 3_ Eletromagnetismo -Halliday