DESENVOLVIMENTO DE APARATO PARA MEDIÇÃO DE

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS UTILIZANDO ARDUINO E

SENSORES DE EFEITO HALL Arquimedes Luciano – arquimedes.luciano@hotmail.com

Universidade Estadual de Maringá – PCM

Av. Colombo, 5790

Maringá - Paraná

Ana Paula Giacomassi Luciano – apgluciano@hotmail.com

Universidade Estadual de Maringá – PCM

Av. Colombo, 5790

Maringá - Paraná

Aline Bortoloto Gomes Ferreira – liborto@gmail.com

Universidade Estadual de Maringá - DEQ

Av. Colombo, 5790

Maringá – Paraná

Resumo: Com a atual revolução tecnológica dispositivos eletromagnéticos tem se tornado

cada vez mais necessários. Suas aplicações vão desde dispositivos de memórias,

semicondutores até finalidades médicas, como exames e manipulação de medicamentos no

interior do corpo humano. Os equipamentos capazes de medir campo magnético e classificar

materiais quanto as suas características magnéticas, além de serem de difícil aquisição, tem o

custo elevado. Se faz necessário desenvolver recursos didáticos que possam ser amplamente

utilizados com a finalidade de apresentar aos educandos de ciências exatas tais

aprimoramentos da área afim de permitir que a tecnologia e a ciência de ponta sejam

discutidas também no ambiente educacional. Com base na literatura foram estabelecidos os

parâmetros básicos de campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos. Também estabeleceu-

se os tipos de materiais pela sua classificação magnética. Para resolver a problemática de

mensurar campos e classificar materiais segundo o seu comportamento, quando submetidos a

campos eletromagnéticos construiu-se um equipamento para mensurar o grau de histerese de

materiais, com custo reduzido, o equipamento foi baseado em sensores comercias de efeito

Hall. A interface entre os sensores e o usuário é feita através de um Arduino Uno. O tratamento

dos dados adquiridos se deu pelo cálculo dos valores médios e da construção de gráficos.

Foram estabelecidos valores de base adquiridos matematicamente e comparados aos valores

adquiridos de forma experimental. Pela análise dos gráficos foi possível verificar a linearidade

do equipamento, que apresentou resultados satisfatórios.

Palavras-chave: Histeresímetro, Magnetômetro, Efeito Hall, Arduino, Ensino de Física

1 INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas tem se notado um desenvolvimento exponencial em todas as áreas

tecnológicas. Nessa revolução tecnológica novos materiais são desenvolvidos para atender as

frequentes demandas por novos processos e produtos. Produtos que tenham menor custo, maior

durabilidade e melhor desempenho, certamente são o objetivo de desenvolvimento das mais

diversas áreas. Com a finalidade de selecionar materiais para aplicações especificas é necessário

parametrizar suas características magnéticas. Algumas características importantes de um

determinado material são suas propriedades físicas e químicas. Dentre as principais

características físicas tem-se as propriedades mecânicas e as elétricas. Dentro das propriedades

elétricas tem-se as eletromagnéticas.

De forma a acompanhar tais inovações em materiais magnéticos, se faz necessário

desenvolver recursos didáticos que possam ser amplamente utilizados com a finalidade de

apresentar aos educandos de ciências exatas tais aprimoramentos da área afim de permitir que

a tecnologia e a ciência de ponta sejam discutidas também no ambiente educacional.

Os materiais magnéticos desde suas origens seguem desempenhando um papel de extrema

importância na história das civilizações. Suas contribuições vão desde uma simples bússola

usada na navegação, passando pela criação do telefone e do telégrafo, fundamentados no

princípio de Oersted, até os tempos mais recentes no armazenamento de dados em meios

magnéticos e na medicina como, por exemplo, em hipertermia para eliminação de tumores

malignos e para aplicação de drogas em locais específicos do corpo humano (drug delivery)

(CULLITY, 2011). Para o desenvolvimento de equipamentos elétricos, eletromecânicos e

eletrônicos é dada especial atenção ao estudo das características eletromagnéticas, e dos

materiais ferromagnéticos que são utilizados largamente nestes equipamentos, visando maior

rendimento e aproveitamento da energia.

Todo sistema físico pode ser avaliado pela análise de sua resposta a um estímulo externo,

assim sendo quando um dado material é exposto a um campo eletromagnético esse responde

com a produção de um campo induzido. Os métodos experimentais utilizados para a avaliação

e parametrização dos materiais continuam em desenvolvimento, nestes são utilizados sensores

de campo, técnicas de alimentação elétrica e excitação de campo magnético.

Com o objetivo de mensurar o momento magnético em um determinado material

magnético, amostras deste são avaliadas em equipamentos denominados magnetômetros. Um

magnetômetro consiste basicamente em um conjunto de equipamentos formado por uma fonte

de corrente, um eletroímã, sensor de campo magnético, um sistema de posicionamento da

amostra ou da fonte de corrente. Existem sensores de campo magnético, com variações de

sensibilidade, ou seja, à capacidade de detecção de campo, sendo a leitura destes a principal

dificuldade de utilização dos mesmos. Citando apenas alguns destes sensores tem-se:

Magnetômetro SQUID, Sensor de Efeito Hall e Magnetômetro de Amostras Vibrantes.

Nota-se dificuldade de acesso à utilização destes dispositivos por parte dos estudantes de

cursos de Engenharia e de Física sendo que estes acadêmicos apresentam dificuldades em

compreender adequadamente fenômenos magnéticos. Quando se trata de conceitos

relacionados ao eletromagnetismo, conteúdo que se encontra na componente curricular Física,

logo se associa com uma vasta quantidade de cálculos e uma necessária condição de abstração

matemática para sua compreensão. Muitos trabalhos tem se prestado em investigar diversos

recursos didáticos que podem favorecer o processo de aprendizagem destes conteúdos

(ZACHARIA, 2007; NURMI, 2008; DORNELES; ARAUJO; VEIT, 2012). Desta forma este

trabalho vem somar em mais um dispositivo que sendo aliado a metodologia de seu uso, possa

ser um facilitador na compreensão de assuntos que antes, muitas vezes, eram apresentados

apenas teoricamente pela matemática.

Neste trabalho propomos a construção de um Histeresímetro, utilizando a plataforma

Arduino, plataforma esta que diversos autores apontam a sua utilização e aplicação em

dispositivos que podem favorecer o ensino (CAVALCANTE et. al. 2011; SOUZA et. al. 2011;

LUCIANO, 2014). Estes autores apontam que o uso do Arduino na construção de atividades

experimentais favorece o desenvolvimento do ensino de matemática, programação, Física

sendo todos componentes que abarcam os conceitos de eletromagnetismo. Assim, o aparato

proposto foi construído utilizando-se tecnologia disponível no mercado nacional, se

considerando as facilidades de construção e utilização, sem se perder a condição de permitir o

estudo do comportamento dos materiais magnéticos.

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nos dois últimos séculos o magnetismo se tornou um importante campo da ciência e

tecnologia. Em 1820, Oersted e Ampère, descobriram que uma corrente elétrica gerava um

campo magnético propiciando a invenção do motor elétrico. A descoberta da indução

eletromagnética por Faraday e Henry na década de 1840, abriu as portas para o

desenvolvimento do gerador elétrico (ALMEIDA, 2003).

A palavra magnetismo está conexa ao fenômeno pelo qual um ente tem o poder de atrair e

influenciar outro ente. Sua procedência está ligada ao nome de uma cidade chamada Magnésia

localizada na região da Turquia Antiga que era rica em um minério de ferro. (CULLITY, 1972).

Antes do século XVIII, pouco se conhecia em relação a fenômenos elétricos e magnéticos.

Sabia-se que o minério magnetita possuía uma propriedade intrínseca que o fazia atrair

materiais ferrosos (ELLIOTT, 1988).

Pierre Curie no final do século XIX realizou medidas de magnetização em função da

temperatura, revelando que a magnetização diminui com o aumento da temperatura e vai ao

zero em um valor crítico. Em 1905, Pierre Weiss construiu o primeiro modelo para um material

ferromagnético (LANDAU & LIFSHITZ, 1985). O século XX foi apontado pelo aparecimento

da Mecânica Quântica, permitindo assim o entendimento moderno do Magnetismo. Este

entendimento foi fortemente ligado ao desenvolvimento da mecânica estatística e

termodinâmica quântica especialmente quanto aos fenômenos cooperativos (CEHN, 1977).

O valor do estudo do magnetismo não está somente vinculado à pesquisa básica. Os

materiais magnéticos cumprem um importante papel na tecnologia moderna, pois possibilitam

um grande número de aplicações em produtos e processos industriais dos mais variados setores.

As aplicações vão desde dispositivos com funções muito simples, como os pequenos ímãs

permanentes usados para fechaduras de portas de móveis e utensílios, a inúmeros componentes

sofisticados usados na indústria eletroeletrônica. Muitas das aplicações atuais dos materiais

magnéticos resultaram de avanços científicos e tecnológicos conseguidos nos últimos 20 anos

nas universidades, laboratórios industriais e centros de pesquisa localizados principalmente no

Japão, Estados Unidos e Rússia (SBF, 1990).

A total caracterização dos materiais magnéticos abrange uma série de propriedades

magnéticas e termodinâmicas. As duas fundamentais são: magnetização e susceptibilidade

magnética. Em comum, mede-se a magnetização em função do campo magnético aplicado à

temperatura constante, têm-se então as curvas ou isotermas de magnetização (M x H) T. A

susceptibilidade (em geral AC) em função da temperatura é outra propriedade muito utilizada,

por ser simples e não necessitar de campos magnéticos e nos informar como a parte inicial da

magnetização varia com a temperatura. Muitas vezes estas propriedades não são suficientes

para elucidar o comportamento magnético, especialmente os microscópicos e para tanto é

necessário utilizar também técnicas experimentais como: difração de nêutrons, ressonância

magnética, espectroscopias óticas. (NOVAK, 2000).

O magnetismo é um dos campos de pesquisas mais férteis e na Física da Matéria

Condensada. Os objetivos fundamentais da pesquisa que os cientistas têm neste campo, são a

compreensão das origens microscópicas das propriedades magnéticas dos materiais. O

magnetismo tem ainda uma vasta variedade de aplicações em tecnologias que passaram a ser

valorizadas com a descoberta de novos materiais magnéticos, bem como o desenvolvimento de

novas aplicações tecnológicas (BAIBICH et. al., 1988).

Alguns materiais são diretamente associados ao magnetismo por apresentarem elevada

magnetização espontânea abaixo da temperatura de Curie (Tc). Isso é possível, pois existe

interação entre os momentos magnéticos atômicos que os ordena direcionalmente, resultando

em um momento magnético não nulo. Exemplos de elementos ferromagnéticos são ferro

(número atômico 26), Cobalto (27), Níquel (28), Gadolínio (64), Térbio (65), Disprósio (66),

Hólmio (67), Érbio (68), Túlio (69). A magnetização destes materiais é muito superior quando

comparada à dos materiais paramagnéticos e diamagnéticos e não possuem relação linear com

o campo H (RODRIGUEZ, 1998).

De um modo geral, em um elemento o número de elétrons que tem certo spin é igual ao

número de elétrons que tem o spin oposto e o efeito global é uma estrutura magneticamente

nula. Porém, em um elemento com subníveis internos não completamente preenchidos, o

número de elétrons com spin num sentido é diferente do número de elétrons com spin contrário.

Dessa forma esses elementos trazem um momento magnético global não nulo. Os átomos

ferromagnéticos adjacentes se alinham mutuamente, de forma a terem suas orientações numa

mesma direção formando domínios magnéticos (DUNLOP, 1997).

Uma particularidade importante sobre os materiais magnéticos é que, acima de uma

determinada temperatura, eles perdem suas propriedades magnéticas, pois o calor gera um

desordenamento na disposição das suas partículas. Esta temperatura, que é constante para cada

substância, é denominada temperatura de Curie (Tc) ou ponto de Curie. Esta transição é

reversível através do resfriamento do material. Quando T << Tc, os momentos magnéticos (μ)

de um ferromagneto estão praticamente alinhados na escala microscópica. No entanto, numa

amostra macroscópica, o momento magnético é muito menor que o de saturação, sendo

necessária a aplicação de um campo externo para saturá-la (MACHADO, 2002).

A susceptibilidade magnética é uma particularidade intrínseca de cada material e sua

identidade está catalogada com a composição atômica e molecular. Os átomos têm períodos de

dipolo magnético em virtude do movimento orbital dos respectivos elétrons. Além disso, cada

elétron apresenta um momento de dipolo magnético intrínseco coligado ao seu spin. O momento

magnético de um átomo depende da disposição dos elétrons no seu interior. Um material pode

produzir um campo magnético tanto porque está magnetizado, como porque transporta uma

corrente de portadores de carga (CARNEIRO, 2003).

Conforme explicitado por TIPLER, 2006, p.239, é possível relacionar a capacidade de

magnetização de um material com os seus momentos magnéticos permanente, de cada átomo

ou dos elétrons. Assim sendo devido ao alinhamento permanente de alguns dipolos do material,

variando a quantidade conforme o material, as deformações residuais se opõem à aleatoriedade

dos domínios, levando o material a passar por um ciclo de histerese, que é tido com a perda de

energia no processo de magnetização e desmagnetização do material. Para se criar a curva de

histerese de um material é feita a magnetização gradual de uma amostra desmagnetizada deste

material, até o ponto de saturação de magnetização máxima, quando todos os dipolos livres

estarão alinhados ao campo magnetizante. Então o campo externo magnetizante é removido,

mas há um campo remanescente na amostra pela interação dos dipolos magnéticos no interior

da mesma. Aplica-se então um campo contrário ao aplicado inicialmente para desmagnetizar a

amostra, mas a magnetização tem o sentido de saturação oposto. Depois de saturado para se

chegar a saturação oposta é então finalmente aplicado o campo de magnetização inicial

novamente até chegar a saturação positiva, obtendo-se assim a curva de histerese do material.

Uma técnica utilizada para mensurar o campo magnético produzido por uma amostra é

a medida do Efeito Hall, que é um efeito que surge devido a ação de uma força de origem

magnética sobre um condutor que porta uma corrente e tem o movimento microscópico de

portadores de carga afetado em virtude desta ação de origem magnética. Edwin Hall, em 1879

notou que quando o campo magnético é aplicado na direção transversal à velocidade de deriva

de seus portadores de cargas se obtém uma deflexão desses portadores para um dos lados da

amostra (HALL, 1879).

3 METODOLOGIA

3.1 Materiais e Métodos

Nesta seção descrevemos os materiais utilizados bem como os procedimentos técnicos

empregados na construção do aparato de medidas magnéticas. Para essa aplicação particular as

principais razões para utilizar sensores de efeito Hall se devem aos seguintes fatores: o

desempenho na aquisição de dados, o custo e a facilidade de compra. Dentre as características

que mais se destacam é a grande durabilidade, fácil interface de controle, o fato de operar com

entrada estacionária, possuir alta velocidade de operação, ser um dispositivo de detecção

magnética de estado sólido, operar em uma ampla variação de temperatura (de -40oC a 125oC).

(Honeywell, 2008)

Figura 1: Diagrama funcional do interior do sensor A1301

Fonte: (Allegro, 2005,2006)

O modelo específico de sensor de efeito selecionado foi o A1301, do fabricante Allegro.

O principal requisito que conduziu a decisão por este sensor foi o tipo de sinal de saída. Grande

parte dos sensores de efeito Hall disponíveis no mercado fornecem o sinal de saída em forma

digital, o sinal digital oferece grandes dificuldade para interpretação da leitura dos dados. O

sensor escolhido fornece o sinal de saída em formato analógico proporcional ao campo

magnético aplicado, sendo a sensibilidade do sensor de 2,5 mV/G. Na figura 1 pode ser

observado o interior do encapsulamento do sensor. Neste diagrama se percebe que inclui um

elemento sensível ao efeito Hall, um amplificador linear e um transistor CMOS para a saída.

Integrando desta forma o amplificador e o elemento sensível ao efeito Hall, se elimina grande

parte dos problemas relacionados a baixa tensão do sinal analógico de saída, bem como os

tratamentos subjacentes.

Para a construção do suporte dos sensores foi escolhido uma estrutura de technyl devido

às propriedades eletromagnéticas e mecânicas, o custo e a disponibilidade de mercado. Technyl

é o nome comercial registrado pela empresa Rhodia, é um plástico de engenharia obtido através

da poliamida 6.6. As principais características para sua escolha foram: possuir baixo coeficiente

de atrito, é isolante elétrico, tem baixo peso específico (cerca de 0,143 do bronze), boa

resistência a desgaste, resistência a temperatura entre -40° e 100°C e de fácil usinagem. Este

plástico é comumente utilizado como substituto de bronze, latão, alumínio, duralumínio, ferro

fundido e aço. Sua apresentação comercial é em tarugos, tubos e chapas. É utilizado para

confecção de buchas, engrenagens cremalheiras, polias, roletes, parafusos, arruelas, guias,

rotores, roldanas, mancais, rolo para maquinas de corte e vinco, placas de desgaste e sapatas.

(Incoplast, 2012) (Day Brasil, 2010) (Steel Companyce, 2010)

A bobina construída em torno do suporte dos sensores foi confeccionada com fio de

cobre coberto por verniz isolante, e foi utilizado fio de espessura 24 AWG. As dimensões da

bobina foram calculadas de modo a fornecer um campo magnético uniforme na região central

da bobina, e com intensidade suficiente para promover uma orientação adequada nas amostras

utilizadas e assim favorecer a correta leitura pelos sensores.

O enrolamento das espiras foi feito de forma manual, com três camadas e para serem

fixadas foi utilizado um verniz isolante próprio para a aplicação em equipamentos

eletroeletrônicos, além de isolar, o verniz, desempenhou a função de fixar as espiras mantendo

o enrolamento firme. A alimentação da bobina precisa ser estável e para atingir este objetivo

foi utilizada uma bateria selada, comumente utilizada em nobreaks. Devido a necessidade de

variar a diferença de potencial fornecida para excitação da bobina se utilizou um reostato.

O posicionamento das amostras no interior do suporte se deu com a utilização de um

motor de passo unipolar. A escolha ocorreu em virtude da precisão oferecida por esse tipo de

motor, disponibilidade no mercado e viabilidade de acionamento. Para realizar o controle do

motor de passo, fez-se necessária a escolha de um microcontrolador e foi selecionado o Atmega

328P-PU. Este microcontrolador pode ser disposto em uma plataforma com algumas facilidades

embarcadas, o Arduino é uma destas plataformas. O Arduino é um projeto de uma plataforma

que busca facilitar o uso do hardware e do software. Este projeto é open-source, ou seja, é

disponível para que qualquer usuário adquira o projeto do hardware e do software livremente.

Disponível no mercado tem-se as placas Arduino Uno, Arduino Leonardo, Arduino

Mega 2560, Arduino Due, Arduino Ethernet, Arduino Mega ADK, Arduino Micro, Arduino

Nano, Arduino Fio, Arduino Mini, Arduino Pro Mini, Arduino Lily Pad e Arduino Pad. Todas

essas placas são baseadas no microcontrolador Atmega, variando o modelo deste

microcontrolador, as entradas, saídas, memória, osciladores, reguladores de tensão, software e

mais características. Estão disponíveis também acessórios para o Arduino chamados de Shields,

que normalmente são fixadas sobre o Arduino, e são expansões para este. Os Shields podem ser

para conexão ethernet, wi-fi, acionamento de motores, dentre outras possíveis aplicações.

Dentre as placas disponíveis o modelo mais acessível e simples é o Arduino Uno.

Devido ao nível de complexidade do projeto em questão o modelo mais simples apresenta

recursos suficientes, para a execução deste equipamento, portanto o modelo selecionado foi o

Arduino Uno. Foi adquirido um exemplar de um fabricante paralelo, devido o baixo custo e

facilidade de compra. Além da placa a interface (IDE) de programação do Arduino também é

disponibilizada de forma gratuita no endereço arduino.cc, a programação foi feita em linguagem

C devido a conhecimentos prévios.

Através do uso do Arduino é possível controlar as diferentes direções, a quantidade de

passos e a velocidade do motor de passo. Além do Arduino é necessária a utilização de um

circuito driver, o ULN2003, que proporciona o acionamento correto das bobinas do motor de

passo. O ULN2003 é uma matriz de transistores darlington de alta voltagem e alta corrente, ele

contém sete pares de coletores darlington com entradas comuns. Cada canal suporta corrente

de trabalho de 500mA e corrente de pico de 600mA. Este componente é versátil sendo muito

útil no direcionamento de uma larga gama de solenoides, motores DC, displays de Leds,

cabeçotes de impressoras e buffers de alta potência.

Para a leitura dos valores dos sensores de efeito Hall foi selecionado o mesmo

microcontrolador Atmega 328, implantado na plataforma Arduino Uno, assim como no módulo

de controle do motor de passo, o Arduino oferece facilidade de interface com os sensores,

viabilizando assim a leitura dos valores na porta USB do computador. De modo que tanto o

posicionamento da amostra, como a aquisição dos valores das grandezas medidas no

experimento ocorressem de maneira automática.

3.2 Desenvolvimento do Histeresímetro

Para visualizar a construção do equipamento foi montado um projeto inicial, como pode

ser observado na Figura 2. Nesta temos a bobina, os sensores montados em seu interior, o motor

de passo e a correia com o porta amostra.

Figura 2: Projeto do Histeresímetro

Pela facilidade de usinagem no torno, e por poder utilizar o suporte de technyl para

enrolar as bobinas foi utilizado um tarugo de technyl cilíndrico. Foi localizado um motor de

passo com uma engrenagem e uma fita (correia) dentada, que se demonstraram bastante

adaptadas a aplicação. De modo que ao movimentar o motor de passo a correia levava o porta

amostra até o ponto central da bobina e permitia assim a realização adequada das medidas.

Figura 3: Sensores Posicionados Abaixo da Bobina

Os sensores foram posicionados e fixados com cola de cianoacrilato no interior dos

rebaixos do suporte de technyl, conforme a Figura 3. Depois de posicionados os sensores, foi

enrolada a bobina na área rebaixada do suporte de technyl. O suporte foi torneado para ter esse

rebaixo que permitiu que esses sensores tivessem a bobina enrolada com menor grau de

dificuldade e com aumento de qualidade no resultado final. Na placa onde foram fixados os conectores dos sensores, montou-se um botão do tipo

“push-bottom”, para iniciar a curso do motor de passo posicionando a amostra e dando início

as leituras dos sensores quando as amostras estivessem adequadamente posicionadas no centro

dos sensores.

Para a conexão de cada um dos sensores, estes foram presos aos fios um encaixe para

pino, assim o tempo de soldagem foi reduzido de forma considerável. Após montados nos

conectores foram colocados uma capa termo retrátil em cada um dos terminais dos sensores,

ficando estes isolados entre si. Com a posição utilizada para alocar os sensores, as linhas de

campo produzidas pelo indutor incidem perpendicularmente ao elemento sensor. Este

posicionamento torna a aquisição das medidas de campo magnético muito mais confiáveis.

Foi elaborado um programa na IDE Arduino 1.0.1, este programa aguardava até que o

botão fosse acionado, uma vez o botão acionado o motor de passo deveria posicionar a amostra

no interior do suporte de technyl. Enquanto o motor estivesse na etapa de posicionamento não

seriam lidas as saídas dos sensores. Ao se atingir a posição central, iniciava-se a aquisição de

dados e os dados eram disponibilizados na porta serial do Arduino e assim coletadas por uma

aplicação que vinculava os dados da porta serial à um arquivo de dados em formato Excel.

Quando o botão fosse pressionado novamente o motor retornaria a amostra à posição inicial.

Os sensores de Efeito Hall foram conectados às portas analógicas de 0 a 4 na plataforma

Arduino. O botão foi conectado à porta digital 1, e o acionamento do motor de passo foi

temporizado em virtude de diversas medidas de calibração.

O equipamento foi montado conforme figura 2, sendo realizados diversos testes com

variadas amostras, basicamente ferritas comerciais. Para as amostras foram escolhidos

materiais ferromagnéticos, em forma de ferrites utilizados na confecção do núcleo de indutores

e transformadores. O material é ferrite de magnésio (o MnZn apresenta alta permeabilidade e

baixa resistividade), é utilizado como núcleo para frequências de até 50 MHz e o MgZn possui

permeabilidade baixa apresentando alta resistividade podendo ser usado em frequências que

chegam a centenas de MHz. Utilizamos as amostras moídas por um processo mecânico de

maceração.

Tabela 1: Permeabilidade Padrão das Amostras Utilizadas. Fonte (Thornton, 2008)

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com a crescente utilização de dispositivos eletromagnéticos, a necessidade de pesquisa

de base de eletromagnetismo tem se tornado uma das áreas de grande interesse no estudo de

Física. Os equipamentos comerciais que medem campo magnético apresentam elevado custo.

Este trabalho teve como objetivo a construção de um equipamento de baixo custo, capaz de

medir campo magnético e as variações deste campo por interferências externas, com sensores

comerciais de efeito Hall.

Este equipamento após as medidas realizadas se mostrou equivalente em diversos

aspectos aos dispositivos encontrados comercialmente, visto que após a calibração os valores

detectados correspondiam aos valores esperados dentro de certa precisão. Assim, foi possível

apresentar a construção de um equipamento que servindo de recurso didático nas aulas de

Eletromagnetismo venha a colaborar com o aprendizado de conceitos como magnetização,

susceptibilidade e histerese. Dsta forma se pode favorecer a aprendizagem dos estudantes com

relação a estes assuntos que são em geral de dificil compreensão, visto o grau de abstração

matemática necessário para a formulação deste conhecimento. Utilizando um dispositivo deste

em aula os estudantes poderão ter acesso a situações concretas, antes discutidas apenas

teoricamente.

A construção não se trata de muita complexidade, e todo o desenvolvimento se deve a

materiais de baixo custo tornando assim um recurso didático de fácil acesso. Apresentamos ao

final um dos gráficos que foram produzidos à partir da coleta dos dados realizados pelo

dispositivo construído.

Figura 4: Curva de Histerese para Amostra TH-50 apenas no primeiro quadrante

Conforme se percebe na Figura 4, os valores observados para o campo densidade

magnética induzida B correspondem aos valores estimados na tabela de características da

amostra fornecida pelo fabricante.

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DEVELOPMENT EQUIPMENT FOR MEASUREMENT OF

PROPERTIES MAGNETIC, USING ARDUINO AND HALL EFFECT

SENSORS

Abstract: With the current technological revolution electromagnetic devices has become

increasingly necessary. Its applications range from memory devices, semiconductor to medical

purposes such as testing and handling of drugs within the body. The equipment capable of

measuring magnetic field and classify materials as their magnetic characteristics, besides

being difficult to purchase, the cost is high. It is necessary to develop educational resources

that can be widely used for the purpose of presenting to students of exact sciences such

enhancements in order to allow technology and cutting edge science are also discussed in the

educational environment area. Based on literature were established basic parameters of

electric fields, magnetic and electromagnetic. It also established the types of materials for their

magnetic classification. To solve the problem of measuring fields and classify materials

according to their behavior when subjected to electromagnetic fields built a device to measure

the level of hysteresis materials, with reduced cost, the equipment was based on Hall effect

sensors commercials. The interface between the sensors and the user is made using an Arduino

Uno. The data acquired is given by calculating the mean values and graphing. We established

baseline purchased mathematically and compared with values obtained experimentally. By

analyzing the charts was possible to verify the linearity of the device, which showed satisfactory

results.

Key-words: Histeresimeter, magnetometer, Hall Effect, Arduino, Physics Teaching.