09 Balança de Corrente

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento TURMA: 07
ALUNO: Saulo Victor Barbosa Sicupira
MATRÍCULA: 119210470
BALANÇA DE CORRENTE
CAMPINA GRANDE – PB
Maio, 2021
UFCG / CCT / UAF - DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II 
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento DATA: 09/03 PERÍODO: 2021.1
ALUNO(A): Saulo Vitor Barbosa Sicupira TURMA: 07
PREPARAÇÃO - BALANÇA DE CORRENTE
1. Um próton se desloca com velocidade v paralela a um fio longo e reto percorrido por uma corrente i, no sentido da corrente. 
a) Esse próton seria atraído ou repelido pelo fio? Explique. 
O próton seria atraído, pois o fato de o fio condutor percorrido pela corrente elétrica ser atraído ou repelido pelo ímã pode ser explicado em termos de força (uma interação entre dois ou mais corpos). E, neste caso, uma força de campo, já que a interação ocorre à distância, não existindo a necessidade de um contato direto entre o fio e o ímã. Essa interação é denominada força magnética. Podemos dizer, então, que a força magnética só surge quando o fio é percorrido por uma corrente elétrica. Portanto, o campo magnético do ímã possibilita o surgimento de forças magnéticas sobre as cargas elétricas quando elas estão em movimento ordenado, mas não age sobre elas quando estão em equilíbrio eletrostático ou em repouso, ou seja, na ausência de movimento ordenado.
b) De outro modo, um elétron se desloca em sentido contrário ao próton. Ele seria atraído ou repelido pelo fio? Explique. 
Já o elétron seria repelido, pois todos os corpos ou materiais são constituídos por átomos, e estes são formados por partículas menores denominadas elétrons, prótons e nêutrons. Prótons e elétrons possuem carga elétrica de mesma intensidade (valor), mas de sinais contrários, em que o próton é a carga positiva e o elétron, a carga negativa. Corpo eletrizado positivamente é quando um corpo possui uma maior quantidade de cargas positivas, dizemos que perdeu elétrons, e por isso está eletrizado positivamente. Corpo eletrizado negativamente é quando um corpo possui mais cargas negativas que positivas, ou seja, quando ganha elétrons. 
2. No caso anterior, há um campo elétrico e um campo magnético gerado pela corrente que circula no fio. Explique o surgimento desses campos. 
O surgimento desse campo magnético se dá pelo fato de ser uma região do espaço onde as cargas elétricas em movimento são sujeitas à ação de uma força magnética, capaz de alterar as suas trajetórias. O campo magnético é resultado da movimentação de cargas elétricas, como no caso de um fio que conduz corrente elétrica ou até mesmo na oscilação de partículas subatômicas, como os elétrons. Campo elétrico é definido como a força elétrica por unidade de carga. A direção do campo elétrico define a direção da força elétrica que surge entre duas cargas. Além disso, o campo elétrico é radial e pode apontar tanto para dentro quanto para fora da carga, para as cargas de sinal negativo e positivo, respectivamente. Costumamos chamar as cargas elétricas positivas de fontes de campo elétrico e as cargas elétricas negativas de sumidouros. Como dito, a origem do campo magnético está na movimentação das cargas elétricas. Quando o campo elétrico oscila em alguma região do espaço, essa oscilação dá origem a um campo magnético orientado em uma direção perpendicular (90º) ao campo elétrico. Para compreendermos melhor as propriedades do campo magnético, fazemos uso de um recurso conhecido como linhas 
de indução, por meio dele, podemos visualizar melhor o formato do campo magnético.
3. Escreva a expressão da força resultante que atua no próton e no elétron da questão 1 e explique cada termo. 
Considerando a expressão da força resultante abaixo, observa-se que: 
Como podemos ver na fórmula acima, as cargas elétricas podem interagir umas com as outras de forma repulsiva ou atrativa. Isto significa que uma carga exercerá sobre a outra uma força a qual denominamos de força elétrica. Vimos que cargas de mesmo sinal (positivas ou negativas) repelem-se e cargas de sinais opostos (negativa e positiva) atraem-se. Esses sinais, entretanto, são meramente arbitrários. O importante é que essas duas cargas atraem-se quando seu sinal é diferente, do contrário, elas tendem a repelir-se. Embora, não houvesse instrumentos precisos para fazer medidas elétricas, Coulomb conseguiu determinar relações matemáticas importantes na descrição das interações eletrostáticas. Ele observou que força atrativa ou repulsiva era proporcional ao produto das duas cargas interagentes (q1 e q2) e inversamente proporcional ao quadrado da distância “r” entre elas. 
4. No experimento de Balança de Corrente, tem-se uma espira retangular inserida no campo magnético gerado pelos pólos de um ímã permanente, dispostos de modo que o polo norte se localiza à esquerda e o polo sul à direita. O lado inferior da espira é inserido entre os pólos do ímã. Considerando que esse lado da espira é percorrido por uma corrente I, surge uma força magnética F que puxa a espira para baixo.
a) Explique a origem dessa força. 
A origem dessa força magnética é criada pela corrente que passa pela parte da espira que estava mergulhada no campo de indução magnética.
b) O que você faria para inverter o sentido dessa força?
Para inverter o sentido dessa força, bastaria mudar o sentido e direção da velocidade da partícula ou do campo magnético gerado pelos ímãs.
c) Calcule o módulo de F. Dados: B = 100 mT, I = 2,5 A e L = 100 mm (Comprimento do lado inferior da espira). 
Calcula-se o módulo de F, sabendo que, F = m x g, onde g é a aceleração da gravidade. Força que equilibra a força magnética para cada corrente aplicada Fpeso = Fmag. Ao plotar os gráficos de F x I e F x L, obtemos o valor de B. Considerando os dados fornecidos na questão: B = 100 mT, i = 2 A e L = 50 mm, podemos determinar a força através da seguinte fórmula:
Onde, IL.B = inclinação do gráfico; e IL é a corrente usada no experimento. Logo, calculando a força é igual a:
5. Dois fios paralelos, longos e retos são percorridos por corrente i, iguais e de mesmo sentido, separados por uma distância d. Obtenha a expressão da força que atua de um fio sobre o outro. Eles se atraem ou se repelem? Mostrem nos fios os pontos onde a força magnética F atua. 
Primeiramente, devemos fazer os cálculos da intensidade do campo magnético B1 na posição do fio 2. Dessa forma, o campo produzido pela corrente I1 vale: 
Em seguida, podemos efetuar os cálculos do módulo da força magnética que atua sobre o fio 2 por meio da seguinte equação: F1 = B1 x I2 x L. Nessa equação, L é o comprimento do fio. Dessa forma, podemos ver que a força magnética que atua no fio 2 é dada pela seguinte relação: 
Como I1 e I2 são iguais e de mesmo sentido, a equação se reduz para a seguinte expressão: 
No vácuo, temos que µ = 4π.10-7 T.m/A. De tal modo, podemos dizer que o mesmo efeito ocorre para o campo magnético gerado pelo fio 2. Assim, o campo magnético criado pela corrente I2, na posição do fio 1, também produz uma força sobre a corrente I1. Essa força tem a mesma intensidade que a força F2, mas tem sentido contrário. Essas duas forças formam um par de ação e reação. Nota-se que a força predominante entre os fios serão forças atrativas
1. Introdução
 Campos magnéticos uniformes, indução magnética, força magnética e etc. Na magneto-estática podem-se considerar dois tipos de problemas fundamentais o primeiro sobre a força entre um campo magnético e cargas em movimento. O segundo estuda as relações entre o campo magnético e suas fontes; partículas carregadas sem movimento ou distribuições de correntes. O experimento abordará o primeiro caso. A força magnética F que atua a em uma partícula com carga que q e velocidade v em um campo magnético E. A direção da força será determinada como função da corrente e da direção do campo magnético.
F = q.v x BAlgumas vezes, esta força é utilizada envolvendo corrente elétrica ao invés do movimento de cargas individuais.
 A equação acima toma a seguinte forma:
F = i.L x B → F = i.L.B.sen θ
Quando L é perpendicular a B; θ = 0 → F = i.L.B
Se L é paralelo a B, F = 0
A equação a seguir será utilizada nesse experimento:
F = i.L x B → B = F / i.L
 Espiras de vários tamanhos são suspensas em posição de equilíbrio, e a força magnética é determinada como função da corrente e da indução magnética. O campo magnético uniforme é gerado por um imã permanente.
1.1 Objetivos
 Como objetivo principal, este experimento busca analisar a Força magnética de um campo magnético uniforme sobre um segmento retilíneo de corrente.
1.2 Material Utilizado
Para realizar o experimento foram necessários os seguintes materiais:
· Balança;
· Blocos polares;
· Placas com espiras condutoras retangulares; 
· Fonte; 
· Amperímetro; 
· Cabos; 
· Teslômetro.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Procedimento Experimental
Para dar início ao experimento, realizou-se a seguinte montagem:
	Primeiramente, foi pendurado uma espira de 100mm no braço da balança, colocada de forma que ficasse dentro de um campo magnético de um íma. Posteriormente, tirou a balança, anotando a quantidade de massa necessária para equilibrar a balança como m0. Em seguida, ligou a fonte, ajustando a corrente para 0,5A. Com isto, provocou um campo magnético apontado para o centro da terra, causando um aumento de força de um dos braços da balança. Repetindo o processo inicial, acrescentou mais massa a balança de modo que a balança ficasse novamente equilibrava, anotando a massa como mi. Calculando o valor de M que era obtido por: 
M= mi- m0
	Com isto, utilizou a equação: F =qvB, encontramos o valor da força que está envolvendo a espira analisada. Assim, preenche a primeira coluna da tabela 1. Em seguida, aumentamos o valor da corrente para 1A, anotando o valor da mi para equilibrar a balança e achando o M e posteriormente o F2, preenchemos a coluna 2. Continuamos este processo até preencher toda a Tabela 1. 
	Na segunda etapa do experimento, retiramos a espira de 100mm e colocamos a de 12,5mm. Encontrando o valor de m0 de modo análogo a primeira parte do experimento. Em seguida, ajustou o amperímetro de modo que tivesse 2,5A e medimos o valor de m do mesmo modo que foi feito para a etapa anterior. Em seguida, encontra o valor de M e de F da mesma forma que é calculado na primeira etapa do experimento. Repete-se este procedimento para a espira de 25mm, 50mm e 100mm, preenchendo totalmente a Tabela 2.	
Usando o teslômetro é efetuada a medida do campo magnético no centro da abertura de 1cm do ímã permanente. Daí, é observado que antes de efetuar a medida o teslômetro deve ser “zerado” e colocado na posição de medição de campo contínuo, isso é feito colocando a ponta de prova tangencial distante do campo de atuação do ímã e ajustando o cursor de zeramento. Então, foi obtido o valor de B = 85 mT
2.2 Resultados e Discursões 
Gráfico 1 - F (força) em função de I (corrente)
Por meio do gráfico 1, conseguimos determinar o valor de B. Temos B = 80,0 mT. Os cálculos estão descritos no gráfico.
Gráfico 2 - F (força) em função de L (comprimento)
Também foi possível determinar B por meio do gráfico 2. Temos B = 86,4 mT. Os cálculos estão descritos no gráfico.
 Com os valores de B determinados, foi feito o cálculo dos erros percentuais.
Para o B do gráfico 1:
Para o B do gráfico 2:
3. CONCLUSÃO
 Graças a este experimento, fora possível entender a influência do campo magnético no peso de algum objeto, na qual uma balança pode detectar a presenta deste campo. Além disto, pudemos perceber a geração de um campo magnético a partir de uma corrente elétrica. e que a partir dele se pode estudar o comportamento da Força (N) em função da Corrente(I) e do Comprimento (L).
 Os erros obtidos não foram tão grandes observando pela perspectiva de que esta experiência é muito suscetível a influências externas e erros de leitura e observação, visto que a balança é extremamente sensível a fatores como o vento, impactos na bancada e outras possíveis interferências. Sendo assim, conclui-se que o experimento cumpriu o seu objetivo de analisar as forças magnética e os campos magnéticos obtidos pela presença do ímã e da corrente elétrica, bem como de poder compreender melhor o sentido e a posição dessas grandezas nas espiras e poder comparar os valores obtidos experimentalmente com os valores teóricos já vistos.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Laboratório De Óptica Eletricidade e Eletromagnetismo Física Experimental II/ Pedro Luiz do Nascimento... [et al..]. - Campina Grande: Maxgraf Editora, 2019. 280 p.: il.: color.
 HALLIDAY, David, 1916 – Fundamentos de Física, volume 3: Eletromagnetismo. / Halliday, Resnick, Jearl Walker; tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biasi. – Rio de Janeiro: LTC, 2009.
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