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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA CAMPUS SALVADOR

ELETROMAGNETISMOEsther Soares nº 8

Felipe Marques nº 10Franklin Lima nº 12

Glauber Silveira nº 13

 Turma 9831

SALVADOR – BA

Índice

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1. Objetivos .................................................................................................................. p. 3

2. Introdução ................................................................................................................ p. 4

3. Experimento 1 – Experiência de Oersted e Regra deAmpère .................................... p. 6

3.1 MaterialUtilizado .................................................................................................. p. 6

3.2 ProcedimentoExperimental .................................................................................. p. 6

3.3 Resultados .............................................................................................................. p. 7

4. Experimento 2 – Linhas de induçãomagnética .......................................................... p. 8

4.1 MaterialUtilizado .................................................................................................. p. 8

4.2 ProcedimentoExperimental .................................................................................. p. 8

4.3 Resultados ..........................................................................................

................... p. 9

5. Experimento 3 –Imantação ...................................................................................... p. 10

5.1 MaterialUtilizado .................................................................................................. p.10

5.2 Procedimento

Experimental .................................................................................. p. 10

5.3 Resultados ............................................................................................................. p. 10

6. Experimento 4 – Induçãoeletromagnética ................................................................ p.11

6.1 Parte I – Geração de EnergiaElétrica ............................................................... p. 11

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6.1.1 Material Utilizado ........................................................................................ p.11

6.1.2 Procedimento Experimental ........................................................................ p.11

6.1.3 Resultados ....................................................................................................p. 12

6.2 Parte II –Transformador .................................................................................. p.12

6.2.1 Material Utilizado ........................................................................................ p.12

6.2.2 Procedimento Experimental ........................................................................ p.12

6.2.3 Resultados ....................................................................................................p. 13

7. Conclusão ................................................................................................................. p. 14

8. ReferênciasBibliográficas ......................................................................................... p. 15

1. Objetivos

Este relatório tem a finalidade de apresentar dados práticos úteis nacomprovação das teorias clássicas do Eletromagnetismo. Através deexperimentos relativamente simples, mas que requereram degrandes gênios, como Christian Oersted, Michael Faraday e tantosoutros, anos de estudo, pode-se comprovar, por exemplo, que umcondutor, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, gera um campo

magnético, ao passo que a variação do fluxo magnético induzirá,segundo Faraday, uma força eletromotriz num condutor.

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2. Introdução

O Eletromagnetismo

No estudo da Física, o eletromagnetismo é o nome da teoria unificadadesenvolvida por   James Maxwell para explicar a relação entre aeletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito decampo eletromagnético.

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ouseja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético poderesultar em uma força eletromagnética quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismoutilizado em geradores elétricos, motores e transformadores detensão). Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera umcampo magnético. Devido a essa interdependência entre campoelétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidadechamada campo eletromagnético.

Esta unificação foi terminada por  James Clerk Maxwell, e escrita em

fórmulas por Oliver Heaviside, no que foi uma das grandesdescobertas da Física no século XIX. Essa descoberta posteriormente

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levou a um melhor entendimento da natureza da luz, ou seja, pôde-seentender que a luz é uma propagação de uma perturbaçãoeletromagnética. Foi também a teoria do eletromagnetismo quepermitiu o desenvolvimento da teoria da relatividade espacial por

Albert Einstein em 1905.O estudo do eletromagnetismo possibilita a compreensão de umavariedade de instrumentos e fenômenos que fazem parte do nossocotidiano como, por exemplo, o funcionamento da campainhaelétrica, os motores elétricos, o funcionamento das usinashidroelétricas, os transformadores de tensão, os cartões magnéticos,entre muitos outros.

Experimento de Oersted

Até o início do século XIX, os fenômenos elétricos e os magnéticoseram considerados distintos um do outro. A ligação entre os doiscomeçou a ser notada em 1820, com o anuncio de um experimentorealizado, no ano anterior, pelo físico dinamarquês Hans ChristianOersted. Utilizando-se inicialmente de um fio condutor retilíneo, poronde passava uma corrente elétrica, Oersted posicionou sobre essefio uma agulha magnética, orientada livremente na direção norte-sul.Fazendo passar uma corrente no fio, observou que a agulha sofria umdesvio em sua orientação, e que esse desvio era perpendicular a esse

fio. Ao interromper a passagem de corrente elétrica, a agulha voltou ase orientar na direção norte-sul. Assim, ele concluiu que a correnteelétrica estabeleceu um campo magnético no espaço em torno dela, eesse campo foi o agente responsável pelo desvio da agulhamagnética. Dessa forma, ele deixou claro que, além dos ímãs, ascorrentes elétricas também produzem campo magnético, cujo sentidodepende do sentido da corrente.

Ao tomar conhecimento do experimento de Oersted, o francês André-

Marie Ampère relacionou-o com a Lei da Ação e Reação de Newton:se uma corrente exerce força sobre um ímã, este deve exercer força

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sobre a corrente. Ampère realizou então experimentos quecomprovaram esse fato. Em seguida procurou verificar se haveriaforças entre correntes, da mesma maneira que há força entre doisímãs. Para tanto realizou experimentos entre fios retilíneos, paralelos

e conduzindo correntes e verificou então que, de fato, havia forçasentre eles: de atração quando as correntes tinham o mesmo sentido,e de repulsão que as correntes tinham sentidos opostos.

Com isso, os físicos se convenceram de que os campos magnéticosoriginados por ímãs e correntes produzem os mesmos efeitos. Apesardisso, até a publicação, ao longo do século XIX, dos trabalhos doinglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell, oeletromagnetismo não foi - nem começou a ser - considerado umautêntico ramo da física.

Indução eletromagnética

Após a divulgação do experimento de Oersted os físicos passaram arealizar experimentos na tentativa de descobrir se um campomagnético poderia ser criado por corrente elétrica. O primeiro adetectar esse fenômeno foi o professor americano Joseph Henry.Porém, antes que ele conseguisse terminar sua pesquisa, do outrolado do Atlântico, em meados de 1831, o inglês Michael Faradaytambém detectou o mesmo fenômeno. Por esse motivo, Faraday éconsiderado o descobridor da produção de corrente elétrica a partirdo campo magnético, fenômeno conhecido como induçãoeletromagnética.

3. Experimento 1 – Experiência de Oersted e Regra deAmpère

3.1 Material Utilizado

Quantidade

Especificação

1 Bússola

1 Fonte de Tensão Contínua

1 Multímetro Analógico

2 Isoladores

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- Fios para ligações

3.2 Procedimento Experimental

O circuito visto na fig. 1 foi montado, dispondo o fio de cobre sobreuma bússola, paralelamente à agulha magnética da mesma. Emseguida ajusta-se a chave seletora do multímetro para o calibre demedição de corrente contínua.

Questionário

a) Qual seria o sentido do campo magnético criado pelacorrente elétrica do fio, no local onde se encontra abússola, usando a regra de Ampère?

Considerando o sentido convencional da corrente elétrica eaplicando a regra da mão direita, ou regra de Ampère, temos:

b) Para qual lado desviará o pólo Norte da agulha se vocêfechar o circuito?

O norte magnético do ímã deverá apontar para o sul magnéticodo campo.

Dando continuação ao procedimento, liga-se a fonte, que inicialmentepossui seus parâmetros zerados (tensão e corrente), e,

gradativamente, aumentamo-los, até que uma corrente de 1A fosseatingida.

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Condutor percorridopor uma correnteelétrica

Sentido do campomagnético

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Assim foi possível comprovar que a idéia proposta no item b, baseadona regra de Ampère, foi seguida à risca.

Em seguida, inverte-se o sentido da corrente elétrica (trocando asponteiras), e verifica-se que o campo magnético é invertido, e, porisso, a bússola deverá ir para o sentido contrário (do anterior) –lembrando que o sul da bússola aponta para o norte do campo, e osul do mesmo para o norte da bússola.

3.3 Resultados

Através dos dados acima é possível comprovar que ao redor deum condutor (fio) percorrido por uma corrente há uma “região”modificada. Esta região estaria ligada ao surgimento do campo

magnético, que interage, conseguintemente com o campomagnético presente na bússola.

O resultado foi satisfatório, apesar de vários inconvenientes,como por exemplo, a própria qualidade duvidosa da bússola.

4. Experimento 2 – Linhas de indução magnética

4.1 Material Utilizado

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Quantidade

Especificação

1 Bobina de 500 espiras

1 Fonte de Tensão Contínua1 Multímetro Analógico

- Limalhas de ferro

- Fios para ligações

1 Ímã cilíndrico

1 Cartão

1 Folha de papel (ofício oupapelão)

4.2 Procedimento Experimental

Monta-se o circuito série com uma bobina e uma fonte cc, em seguidaencaixamos o cartão na bobina, de modo que esta sirva como suportepara a limalha de ferro.

Em seguida, verifica-se se os parâmetros da fonte estão zerados, e,gradativamente, aumentamo-los, até que 1A fosse atingido.

Para facilitar a dispersão da limalha, dão-se alguns toques, até queelas configurem as linhas de indução magnética da bobina.

Em seguida, utilizando o mesmo aparato, embora agora a fonte decampo magnético fosse um ímã natural, percebeu-se como seconfiguram as linhas de indução magnética oriundas de um ímã.

Comparando as linhas de indução das diferentes fontes de campo

magnético (eletromagnético, através da corrente, e natural, atravésdo ímã), é perceptível que a força magnética do ímã foi capaz demover maior parte da limalha, enquanto, o da bobina, necessitou deum breve ajuste manual. Na figura abaixo, é possível elucidar a forçado campo que arrasta a limalha, tornando as linhas de indução bemdesenhadas.

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4.3 Resultados

Com os dados do procedimento acima é possível concluir que as

linhas de indução de um ímã nada diferem das linhas de indução deum eletroímã, a não ser pelo fato de que para que se obtenha umaintensidade de campo num eletroímã equivalente a um ímã naturalseja necessária uma grande quantidade de corrente.

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5. Experimento 3 – Imantação

5.1 Material Utilizado

Quantida

de Especificação

3 Pregos

1 Barra de ferro doce

1Material usado noexperimento anterior

5.2 Procedimento ExperimentalConservando o aparato montado anteriormente (item 4),introduzindo-se no núcleo da bobina uma barra de ferro, e, ligando afonte, encosta-se os pregos na barra, percebendo que estes ficam“flutuando”.

Este processo se dá pela imantação do material, ou seja, o campomagnético foi capaz de orientar os domínios magnéticos da barra deferro, e, por conseguinte, os domínios magnéticos dos pregos,

imantando-os.Ao desligar a fonte, os pregos caem rapidamente. Isto acontece porque não há mais campo magnético, e, portanto os domíniosmagnéticos rapidamente desorientam-se, uma vez que o material éferromagnético.

5.3 Resultados

Nesta experiência foi possível comprovar satisfatoriamente o poderde alteração das propriedades físicas de um material. O prego, por

exemplo, apesar de ser feito de ferro não possui, em certascircunstâncias, orientação de seus domínios magnéticos.Mergulhando-os dentro de um campo é possível que estes domíniossejam alinhados de forma que o prego torna-se um ímã.

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6. Experimento 4 – Indução eletromagnética

6.1 Parte I – Geração de Energia Elétrica

6.1.1Material Utilizado

Quantidade

Especificação

1 Galvanômetro de zero central

1 Bobina de 500 espiras

1 Ímã

- Fios para ligações

6.1.2Procedimento Experimental

Conecta-se à bobina um galvanômetro. Em seguida, com um ímãfazemos movimentos repentinos interiormente ao núcleo da bobina,percebendo que o ponteiro do galvanômetro move-se.

Este fato é explicado por Michael Faraday: A variação do fluxomagnético (movimento do ímã), numa espira, induz nesta, umacorrente elétrica.

Este é o princípio de geração da energia elétrica. O movimento doeixo de um motor (que nessas condições é chamado de gerador) fazcom que um campo variável seja formado, induzindo, numa espirauma força eletromotriz.

Questionário

a) Aproxime o pólo norte do ímã no interior da bobina eretire. O que você observou?

Ao se inserir o ímã (movendo-o), estamos variando o fluxo magnéticonas bobinas, de tal modo há indução de uma força eletromotriz. Aoretirar, a indutância, propriedade física dos indutores (no caso, abobina), tende a contrabalancear a corrente que originou a variação,e, por isso, o ponteiro do galvanômetro, que ao inserir-se o ímã havia

se deslocado para a direita, quando retirado o ímã, é deslocado,numa maior proporção, para a esquerda.

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b) Torne a introduzir o pólo norte do ímã no interior dabobina, dê uma parada com ele dentro da mesma e tornea retirá-lo. Repita esta operação com maior rapidez ecompare os dois casos.

Ao introduzir o ímã, estamos variando o fluxo e, portanto induzindotensão. Quando deixamos o ímã parado a variação cessa, e, portantonão há tensão.Se fizermos movimentos rápidos, perceberemos que o ponteiro nãopára, indo, numa escala, de valores negativos a positivos.

c) Segundo suas observações, como você diria que serelacionam a rapidez da variação do fluxo magnético, nointerior da bobina, com a intensidade de corrente

induzida que circula pela mesma?Pela lei de Lenz, temos:

e = - ΔΦ/Δt

Com isso, quanto menor o tempo maior o valor da força eletromotriz.Pela lei de Ohm, temos que U = I x R, logo, se a tensão aumenta,aumenta-se também a corrente, para um R constante.

6.1.3Resultados

Com este experimento foi possível a comprovação física da Lei deFaraday e Lenz, onde a relação entre a variação do fluxo e o tempo,gerará uma força eletromotriz.

6.2 Parte II – Transformador

6.2.1 Material Utilizado

Quantidade

Especificação

1 Transformador desmontável

1 Fonte de Tensão Contínua

1 Galvanômetro de zero central

- Fios para ligações

6.2.2 Procedimento Experimental

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Ligar a fonte CC no primário do transformador e no secundário ogalvanômetro. Em seguida liga-se a fonte de 5V.

Observar o ponteiro do galvanômetro quando tiramos e colocamos oconector do circuito (abrindo e fechando o mesmo), percebendo que

há variação, todas as vezes que ligamos e desligamos o circuito, eque o ponteiro retorna a posição 0, quando se permanece numestado (ligado ou desligado)

6.2.3 Resultados

Neste experimento também foi possível verificar o fenômeno deindução magnética, e que a variação do fluxo, gera uma forçaeletromotriz. O seu diferencial está pelo fato de que quem conduz,agora, o fluxo é o elemento constituinte do transformador, o ferrite, e

não o ar. Sabemos que o ferro é mais ferromagnético, e, por isso, eletem a capacidade de concatenar o fluxo, aproveitando, assim, maiorparte da energia do campo. Como a corrente é continua não hávariação do campo para a geração da fem, só existe tal variaçãoquando ligamos ou desligamos o circuito, que é o momento demovimento do ponteiro do galvanômetro.

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7. Conclusão

Este relatório teve finalidade de apresentar conceitos básicos queconcernem ao Eletromagnetismo, um ramo da Física que estuda oscomportamentos relacionados a eletricidade e ao magnetismo.

Através da reprodução de experiências clássicas, como oExperimento de Oersted, foi possível comprovar a existência darelação corrente elétrica e campo elétrico, bem como, na experiência3, o conceito de domínios magnéticos e imantação. Na experiência 2foi possível a visualização do que seriam as linhas de força de umcampo magnético (ou linhas de indução), e, através da comparaçãoentre as linhas geradas por um ímã e geradas pela corrente, foipossível perceber que não existem diferenças entre elas.

Nas experiências 4 e 5 foi possível a comprovação de que a variação

do fluxo num determinado tempo gera uma tensão induzida numabobina, o que nos remete ao princípio utilizado para a geração daenergia elétrica que chega até nossas casas.

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8. Referências Bibliográficas

CALÇADA, Caio Sérgio. SAMPAIO, José Luiz. Física Clássica -Eletricidade. Vol. 3. Ed. Atual. São Paulo, 1985.

ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física, volume 3. Editora Harba Ltda.

São Paulo, 1994.

Está contido em:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo

http://www.brasilescola.com/fisica/eletromagnetismo.htm

http://www.if.usp.br/gref/eletromagnetismo.html

Acesso em 10 de outubro

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