RELATÓRIO - Vitor Souza Premoli - Força Magnética Fio Retilíneo e Espiras Percorridas por corrente elétrica

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Força Magnética 
Vitor Souza Premoli Pinto de Oliveira 
 
Física exp. II – Licenciatura em Física – CCENS 
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES 
2019/02 - Alegre-ES 
 
 
Resumo. O vigente relatório consiste no estudo e análise teórica acerca da força magnética atuante 
sobre um fio retilíneo e uma espira que recebem uma corrente elétrica à medida que são imersos 
em um campo magnético produzido por dois imãs; seus comportamentos foram analisados à 
proporção que sentido do fluxo e direção do campo eram alternados. 
 
Palavras chave: Torque Magnético, regra de Fleming, Força de Lorentz 
_______________________________________________________________________________________ 
 
 
1. Introdução 
Muitos dispositivos utilizam a força 
magnética ou o torque sobre uma espira 
condutora, como é o caso dos motores 
elétricos; utilizados em sua maioria em 
motores de arranque, eletrodomésticos, 
equipamentos industriais e dentre outros 
aparatos. “Em um motor, o torque 
magnético atua sobre um condutor que 
transporta uma corrente e a energia é 
convertida em energia mecânica” [1] 
 
1.1. O motor de corrente contínua 
No decorrente relatório será usado como 
objeto de análise um tipo simples de motor 
de corrente continua. 
Seu funcionamento consiste na 
utilização de uma bobina(espira), que pode 
girar no próprio eixo e possui extremidades 
abertas ligadas a uma fonte de força 
eletromagnética (Fem). Essa ligação resulta 
em uma corrente elétrica(i) que percorre a 
espira. Imerso em um campo 
magnético localizada entre polos opostos de 
dois imãs, a bobina sofre um par de forças 
eletromagnéticas resultante da interação do 
fluxo de cargas elétricas com o campo 
magnético. 
A origem dessa força ocorre pois quando 
uma carga elétrica está em movimento, 
segundo a lei de Bio-Savart, a mesma gera 
campo magnético, esse por si só interage 
com o outro campo ao qual o fluxo de 
cargas está imerso. 
 
 
Figura 1 esquematização da força 
eletromagnetica sendo exercido a medida que um 
fluxo de cargas percorre um campo magnético 
Essas forças também podem ser 
conhecidas como força de Lorentz. 
Podemos visualizar pela figura 1 que essas 
forças são perpendiculares ao sentido da 
corrente e direção do campo magnético, 
podendo dessa forma serem representadas 
da seguinte forma. 
 
�⃗� = 𝑖𝑟 𝑥 �⃗⃗� (1) 
 
Onde 𝑟 é o sentido do fio ao qual 
percorre o fluxo de cargas. A expressão 
também pode ser representada em termos de 
velocidade (�⃗�) da carga. 
 
�⃗� = 𝑞�⃗� 𝑥 �⃗⃗� (2) 
 
Esse par de forças provoca um torque na 
espira, sendo dessa forma o responsável por 
fazer o motor girar. No entanto, levando em 
analise a figura 1, se observarmos quando a 
espira gira 90°, segundo a regra de 
Fleming, as duas forças eletromagnéticas 
estariam perpendiculares ao sentido da 
corrente e do campo magnético, porém de 
sentidos opostos, dessa forma o torque seria 
zero, devido ao somatório de forças, ou seja, 
a bobina atingiria um ponto de equilíbrio e 
ficaria oscilando nesse ponto. 
Para resolver esse detalhe, parte da 
espira é revestida com um material isolante, 
no nosso caso tinta, logo quando o objeto 
atinge 90°, o fluxo de corrente é 
interrompido devido a presença do isolante 
presente em uma das partes da ponta da 
espira. Logo, não há presença de forças 
magnéticas atuando, no entanto, em virtude 
da inércia, a bobina continua a girar 
completando 180° e a partir desse momento 
a corrente flui novamente através das 
pontas, dessa vez, não cobertas com 
material isolante. Novamente surge o torque 
na espira e assim é repetido esse 
procedimento seguidas vezes. 
1.2. Balanço de latão 
O presente relatório não estará sujeito a 
somente o motor de corrente contínua; não 
obstante estará sendo usado como objeto de 
prática um balanço de latão, assim como é 
aludido na figura 2, como instrumento de 
análise para o estudo da força magnética.
 
Figura 2 esquematização de um balanço de 
latão sofrendo um torque magnético 
O processo é similar ao praticado pela 
bobina, no entanto, sem o movimento 
rotatório que a espira sofria. Assim como 
ocorre na espira, o balanço sofrerá uma 
força devido a presença da corrente elétrica 
que interage com o campo magnético dos 
dois imãs, resultando dessa forma em um 
torque no objeto. 
O sentido dessa força, assim como 
também ocorre na bobina, dependerá do 
sentido da corrente, influenciando em como 
o balanço se comportará, sendo ele podendo 
ser inclinado para frente ou para trás, 
dependendo de qual é a direção do fluxo de 
cargas. Para identificação desse sentido, no 
presente relatório será usada a regra de 
Fleming, esquematizada na figura 3. 
 
Figura 3 Regra de Fleming ou também 
conhecida como regra da mão direita. 
Onde, usando a mão direita, o dedo 
indicador é direcionado para o sentido do 
campo magnético (sendo do Norte para o 
Sul), o dedo médio apontando para o 
sentido convencional do fluxo de cargas e 
por fim o polegar sendo automaticamente 
direcionado para o sentido da força 
eletromagnético, identificada aqui, como já 
mencionado, como a força de Lorentz. 
2. Procedimento Experimental 
O primeiro experimento a ser praticado 
foi o balanço de latão (assim como é aludido 
na figura 2); para montagem se deu ao uso 
dos seguintes materiais: 
• Bússola; 
• 01 base de acrílico para força 
magnética; 
• 02 hastes com apoios; 
• 01 balanço de latão; 
• 02 imãs 
• 01 suporte metálico para os imãs; 
• 01 par de cabos de ligação 
banana/banana; 
• Fonte regulável. 
 
Antes de iniciar a montagem, foi 
necessário identificar os polos dos imãs 
utilizados, como forma de orientar a direção 
do campo magnético formado pelos dois. 
 
 
Figura 4 O sentido do campo magnético 
direcionado para o Polo norte geografico(sul 
magnético) ao polo sul geográfico(norte 
magnético) 
 
Com o auxílio de uma bússola, assim 
como é mostrado na figura 4, foi traçado no 
próprio suporte para os imãs a orientação do 
campo magnético gerado. Em seguida, foi 
montado o aparato assim como é aludido na 
figura 2, porém na substituição da placa de 
montagem, foi utilizada uma fonte 
regulável. 
Ajustando a fonte para 5 V e conectado 
o par de cabos na base acrílica, foi 
observado o comportamento do balanço de 
latão; invertendo-se o sentido da corrente, 
foi repetido o procedimento, e novamente, 
porém invertendo-se os polos dos ímãs. 
A segunda parte da prática se deu pelo 
uso do motor de corrente continua. Para 
montagem foi utilizado os seguintes 
materiais. 
• 01 base de acrílico para força 
magnética; 
• 02 hastes com apoios; 
• 01 bobina para motor elétrico de 
corrente contínua; 
• 01 imã "U" com suporte 
metálico; 
• 01 par de cabos de ligação 
banana/banana; 
• Fonte regulável. 
Montado o aparato assim como é 
demonstrado na figura 5, foi ajustado a 
fonte regulável na tensão de 5 V, conectado 
o par de cabos na base acrílica através das 
hastes de apoio; e dado partido na 
experimentação. 
 
Figura 5 esquematização de como foi montado 
o motor de corrente contínua 
Observando o comportamento da 
bobina, foi feito repetidas vezes o 
experimento até que se entenda o 
funcionamento do motor. Assim como 
ocorreu no balanço, invertendo-se o sentido 
da corrente, foi repetido o procedimento, e 
novamente, porém invertendo-se os polos 
dos ímãs. 
 
3. Resultados e Discussão 
3.1. Balanço de latão 
Observado o sentido do campo 
magnético( assim como é indicado por uma 
flecha e uma letra B na base de ferro dos 
imãs) e o sentido da corrente adotando que 
a mesma segue do polo positivo para o 
negativo( da haste vermelha para a preta); 
usando a Regra de Fleming, foi previsto que 
o balanço irá sentir uma força magnética 
para dentro do suporte. 
 
Figura 6 A fonte regulável desligada na 
primeira foto. A segunda foto jáestá sobre ação 
de uma corrente elétrica. 
Determinando um comparativo podemos 
ver que de fato o balanço sofreu uma força 
magnética de tal modo que o sentido da 
mesma fosse direcionado para dentro do 
suporte. 
Intuitivamente, invertendo o sentido da 
corrente, o balanço sofreria uma força 
contrária a situação anterior. 
 
Figura 7 Mesmo experimento apresentado 
anteriormente, porém com o sentido da corrente 
elétrica invertida 
E assim como é demonstrado na figura 7, 
o balanço sofreu um torque direcionado 
para contrário ao da situação anterior. 
Invertendo os polos dos imãs e repetindo 
o procedimento foi observado uma inversão 
de forças se compararmos com as situações 
anteriores.
 
Figura 8 Ambas com o sentido do campo 
magnético invertido. A segunda foto representa o 
mesmo experimento, porém com o sentido da 
corrente também invertido 
Invertendo o sentido do campo 
magnético, vemos que aplicando a regra da 
mão direita dessa vez, a direção da força de 
Lorentz se aplica ao contrário das situações 
anteriores. 
3.2. Motor de corrente contínua 
Colocado nos dois suportes e entre os 
polos dos imãs a bobina do motor, foi 
observado o comportamento da mesma. 
 
Figura 9 ambas espiras sofrendo ação do 
torque magnético. A segunda foto representa o 
mesmo experimento, porém com o sentido da 
corrente também invertida 
Como previsto anteriormente, e assim 
como é mostrado na figura 9; no momento 
que percorreu uma corrente elétrica, imersa 
em um campo magnético, a bobina sofreu 
um torque magnético capaz de fazê-lo girar; 
onde assim como teorizado, para evitar que 
entrasse em um ponto de equilíbrio( ou seja, 
situação em que o torque fosse nulo), ao 
atingir 90° a corrente da bobina era cortada 
e por inercia a espira continuava a girar ao 
ponto que voltasse a ter corrente elétrica e 
assim retornasse ao mesmo movimento, ou 
seja, um processo em looping capaz de fazer 
a bobina obter um movimento giratório 
continuo. 
O sentido do torque foi teorizado usando 
a regra da mão direita, onde comprovados 
experimentalmente, assim como é mostrado 
na figura 9, no dado sentido convencional 
da corrente( direcionado da garra vermelha 
para a garra preta), a espira sentia um torque 
apontado para dentro do suporte, enquanto 
ao inverte-se o sentido , o torque era 
redirecionado para fora. 
4. Conclusão 
É importante ressaltar em como os 
valores teóricos esperados foram 
comprovados com êxito na experimentação. 
Com relação ao motor de corrente 
continua foi possível observar que o 
movimento provocado pelo torque não era 
algo totalmente perpétuo. À medida que o 
aparelho girava, ao mesmo tempo ele sofria 
uma força contrária ao seu movimento, 
nesse caso levando a crer sendo além do 
atrito que a espira sofria sobre as hastes 
como também pela própria resistência do ar 
que havia no laboratório. Dado isso, é visto 
que contado um certo tempo a espira 
entrava em repouso, ou seja, em sua posição 
de equilíbrio. Sendo novamente necessário 
um impulso para que a própria por inercia 
girasse e efetuasse seu movimento 
provocado pelo torque magnético. 
5. Referências 
[1] H. D. Young, R. A. Freedman., F. W. 
Sears, & M. W. Zemansky. (2009). Sears e 
Zemansky física III: eletromagnetismo. 
Pearson. 12° edição.226.