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 13Turma 9831

SALVADOR – BA

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Índice

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

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

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

3.1 Material Utilizado .................................................................................................. p. 6

3.2 Procedimento Experimental .................................................................................. p. 6

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

4. Experimento 2 – Linhas de indução magnética .......................................................... p. 8

4.1 Material Utilizado .................................................................................................. p. 8

4.2 Procedimento Experimental .................................................................................. p. 8

4.3 Resultados ............................................................................................................. p. 9

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

5.1 Material Utilizado .................................................................................................. p. 10

5.2 Procedimento Experimental .................................................................................. p. 10

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

6. Experimento 4 – Indução eletromagnética ................................................................ p. 11

6.1 Parte I – Geração de Energia Elétrica ............................................................... p. 11

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

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

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

8. Referências Bibliográficas ......................................................................................... p. 15

1. Objetivos

Este relatório tem a finalidade de apresentar dados práticos úteis na comprovação das teorias clássicas do Eletromagnetismo. Através de experimentos relativamente simples, mas que requereram de grandes gênios, como Christian Oersted, Michael Faraday e tantos outros, anos de estudo, pode-se comprovar, por exemplo, que um condutor, 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 unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético.

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força eletromagnética quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos, motores e transformadores de tensão). Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo eletromagnético.

Esta unificação foi terminada por James Clerk Maxwell, e escrita em fórmulas por Oliver Heaviside, no que foi uma das grandes descobertas da Física no século XIX. Essa descoberta posteriormente levou a um melhor entendimento da natureza da luz, ou seja, pôde-se entender que a luz é uma propagação de uma perturbação eletromagnética. Foi também a teoria do eletromagnetismo que permitiu o desenvolvimento da teoria da relatividade espacial por Albert Einstein em 1905.

O estudo do eletromagnetismo possibilita a compreensão de uma variedade de instrumentos e fenômenos que fazem parte do nosso cotidiano como, por exemplo, o funcionamento da campainha elétrica, os motores elétricos, o funcionamento das usinas hidroelétricas, os transformadores de tensão, os cartões magnéticos, entre muitos outros.

Experimento de Oersted

Até o início do século XIX, os fenômenos elétricos e os magnéticos eram considerados distintos um do outro. A ligação entre os dois começou a ser notada em 1820, com o anuncio de um experimento realizado, no ano anterior, pelo físico dinamarquês Hans Christian Oersted. Utilizando-se inicialmente de um fio condutor retilíneo, por onde passava uma corrente elétrica, Oersted posicionou sobre esse fio uma agulha magnética, orientada livremente na direção norte-sul. Fazendo passar uma corrente

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no fio, observou que a agulha sofria um desvio em sua orientação, e que esse desvio era perpendicular a esse fio. Ao interromper a passagem de corrente elétrica, a agulha voltou a se orientar na direção norte-sul. Assim, ele concluiu que a corrente elétrica estabeleceu um campo magnético no espaço em torno dela, e esse campo foi o agente responsável pelo desvio da agulha magnética. Dessa forma, ele deixou claro que, além dos ímãs, as correntes elétricas também produzem campo magnético, cujo sentido depende 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 sobre a corrente. Ampère realizou então experimentos que comprovaram esse fato. Em seguida procurou verificar se haveria forças entre correntes, da mesma maneira que há força entre dois ímãs. Para tanto realizou experimentos entre fios retilíneos, paralelos e conduzindo correntes e verificou então que, de fato, havia forças entre 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 magnéticos originados por ímãs e correntes produzem os mesmos efeitos. Apesar disso, até a publicação, ao longo do século XIX, dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell, o eletromagnetismo não foi - nem começou a ser - considerado um autêntico ramo da física.

Indução eletromagnética

Após a divulgação do experimento de Oersted os físicos passaram a realizar experimentos na tentativa de descobrir se um campo magnético poderia ser criado por corrente elétrica. O primeiro a detectar esse fenômeno foi o professor americano Joseph Henry. Porém, antes que ele conseguisse terminar sua pesquisa, do outro lado do Atlântico, em meados de 1831, o inglês Michael Faraday também detectou o mesmo fenômeno. Por esse motivo, Faraday é considerado o descobridor da produção

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de corrente elétrica a partir do campo magnético, fenômeno conhecido como indução eletromagnética.

3. Experimento 1 – Experiência de Oersted e Regra de Ampère

3.1 Material Utilizado

Quantidade Especificação

1 Bússola

1 Fonte de Tensão Contínua

1 Multímetro Analógico

2 Isoladores

- Fios para ligações

3.2 Procedimento Experimental

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

Questionário

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

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

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

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

Dando continuação ao procedimento, liga-se a fonte, que inicialmente possui seus parâmetros zerados (tensão e corrente), e, gradativamente, aumentamo-los, até que uma corrente de 1A fosse atingida.

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

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

3.3 Resultados

Através dos dados acima é possível comprovar que ao redor de um condutor (fio) percorrido por uma corrente há uma “região” modificada. Esta região estaria ligada ao surgimento do campo magnético, que interage, conseguintemente com o campo magnético presente na bússola.O resultado foi satisfatório, apesar de vários inconvenientes, como por exemplo, a própria qualidade duvidosa da bússola.

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Condutor percorrido por uma corrente elétrica

Sentido do campo magnético

4. Experimento 2 – Linhas de indução magnética

4.1 Material Utilizado

Quantidade Especificação

1 Bobina de 500 espiras

1 Fonte de Tensão Contínua

1 Multímetro Analógico

- Limalhas de ferro

- Fios para ligações

1 Ímã cilíndrico

1 Cartão

1 Folha de papel (ofício ou papelão)

4.2 Procedimento Experimental

Monta-se o circuito série com uma bobina e uma fonte cc, em seguida encaixamos o cartão na bobina, de modo que esta sirva como suporte para 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 que elas configurem as linhas de indução magnética da bobina.

Em seguida, utilizando o mesmo aparato, embora agora a fonte de campo magnético fosse um ímã natural, percebeu-se como se configuram 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, através do ímã), é perceptível que a

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força magnética do ímã foi capaz de mover maior parte da limalha, enquanto, o da bobina, necessitou de um breve ajuste manual. Na figura abaixo, é possível elucidar a força do campo que arrasta a limalha, tornando as linhas de indução bem desenhadas.

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 de um eletroímã, a não ser pelo fato de que para que se obtenha uma intensidade de campo num eletroímã equivalente a um ímã natural seja necessária uma grande quantidade de corrente.

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5. Experimento 3 – Imantação

5.1 Material Utilizado

Quantidade Especificação

3 Pregos

1 Barra de ferro doce

1 Material usado no experimento anterior

5.2 Procedimento Experimental

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

Este processo se dá pela imantação do material, ou seja, o campo magnético foi capaz de orientar os domínios magnéticos da barra de ferro, e, por conseguinte, os domínios magnéticos dos pregos, imantando-os.

Ao desligar a fonte, os pregos caem rapidamente. Isto acontece por que não há mais campo magnético, e, portanto os domínios magnéticos rapidamente desorientam-se, uma vez que o material é ferromagnético.

5.3 Resultados

Nesta experiência foi possível comprovar satisfatoriamente o poder de alteração das propriedades físicas de um material. O prego, por exemplo, apesar de ser feito de ferro não possui, em certas circunstâncias, orientação de seus domínios magnéticos. Mergulhando-os dentro de um campo é possível que estes domínios sejam 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

6.1.1 Material Utilizado

Quantidade Especificação

1 Galvanômetro de zero central

1 Bobina de 500 espiras

1 Ímã

- Fios para ligações

6.1.2 Procedimento Experimental

Conecta-se à bobina um galvanômetro. Em seguida, com um ímã fazemos 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 fluxo magnético (movimento do ímã), numa espira, induz nesta, uma corrente elétrica.

Este é o princípio de geração da energia elétrica. O movimento do eixo de um motor (que nessas condições é chamado de gerador) faz com que um campo variável seja formado, induzindo, numa espira uma força eletromotriz.

Questionário

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

Ao se inserir o ímã (movendo-o), estamos variando o fluxo magnético nas bobinas, de tal modo há indução de uma força eletromotriz. Ao retirar, a indutância, propriedade física dos indutores (no caso, a bobina), 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 da bobina, dê uma parada com ele dentro da mesma e torne a retirá-lo. Repita esta operação com maior rapidez e compare os dois casos.

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

c) Segundo suas observações, como você diria que se relacionam a rapidez da variação do fluxo magnético, no interior 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.

6.1.3 Resultados

Com este experimento foi possível a comprovação física da Lei de Faraday 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

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

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Observar o ponteiro do galvanômetro quando tiramos e colocamos o conector do circuito (abrindo e fechando o mesmo), percebendo que há variação, todas as vezes que ligamos e desligamos o circuito, e que o ponteiro retorna a posição 0, quando se permanece num estado (ligado ou desligado)

6.2.3 Resultados

Neste experimento também foi possível verificar o fenômeno de indução magnética, e que a variação do fluxo, gera uma força eletromotriz. 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, ele tem a capacidade de concatenar o fluxo, aproveitando, assim, maior parte da energia do campo. Como a corrente é continua não há variação do campo para a geração da fem, só existe tal variação quando ligamos ou desligamos o circuito, que é o momento de movimento do ponteiro do galvanômetro.

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7. Conclusão

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

Através da reprodução de experiências clássicas, como o Experimento de Oersted, foi possível comprovar a existência da relação corrente elétrica e campo elétrico, bem como, na experiência 3, o conceito de domínios magnéticos e imantação. Na experiência 2 foi possível a visualização do que seriam as linhas de força de um campo magnético (ou linhas de indução), e, através da comparação entre as linhas geradas por um ímã e geradas pela corrente, foi possível 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 numa bobina, o que nos remete ao princípio utilizado para a geração da energia 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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