Física Experimental II

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1 Universidade Federal Fluminense - PUVR Física Experimental II Experiência: Campo Magnético da Terra 1 Objetivos 1. Estudar conceitos básicos do campo magnético produzido por uma bobina. 2. Calcular a componente paralela B M do campo magnético da terra em Volta Redonda. 2 Material e equipamentos Multímetro digital, cabos, fonte de tensão, bobina, bússola, placa com componentes elétricos. 3 Fundamentos teóricos Na Fig. 1 representamos o circuito a ser montado. Este circuito consiste numa fonte de tensão fem em série com uma resistência (R) e uma bobina. Uma corrente elétrica I é gerada desta forma no circuito. Sabemos que partículas carregadas em movimento produzem campo magnético. Em partícular, quando uma corrente elétrica passa por uma bobina o campo magnético B B produzido no centro do eixo que atravessa a sua seção reta é dada por B B = µ 0IN 2R, (1) sendo µ 0 a permeabilidade do vácuo, N o número de espiras na bobina e R o raio das mesmas. Para calcular o campo magnético da terra, usaremos o fato de que uma bússola sempre aponta para o norte geográco da terra. Realizamos o seguinte procedimento: localizamos a bússola no centro da bobina tendo o cuidado 1

2 Figura 1: Circuito para a experiência de deixar a agulha da bússola perpendicular ao campo magnético que será produzido pela bobina, veja Fig. 2(a). Finalizado este processo conectamos a fonte de tensão ao circuito produzindo uma corrente I no mesmo. Quando a corrente circule pela bobina se observará uma deexão da agulha da bússola. Isto é devido a que a bússola apontará agora na direção do campo resultante B R produzido pela soma dos campos B B e B M, como mostra a Fig. 2(b). Analisando o ângulo de deexão θ, em função da corrente que atravessa a circuito I, poderemos calcular o valor de B M Figura 2: (a) Localização correta da bússola em relação à bobina no caso em que não há corrente circulando. (b) Deexão da agulha da bússola por causa do campo magnético produzido pela bobina. 2

3 4 Procedimento 1. Varie a tensão aplicada ao circuito até obter uma deexão do ângulo θ = 5 o. Meça a corrente I que passa pelo circuito. 2. Repita o procedimento anterior aumentando de cinco em cinco graus o ângulo θ até atingir uma deexão total de 30 o. 3. Encontre a expressão que relaciona a corrente I na bobina e a tangente do ângulo entre o campo magnético da Terra e o campo produzido pela bobina. 5 Análise dos dados 1. Construa o gráco tan θ vs I. Que tipo de dependência foi encontrada no gráco? Justique se o gráco está de acordo com o esperado teoricamente. Usando o método de mínimos quadrados determine o valor de B M. Escreva o resultado na forma padrão. 2. Compare o valor obtido no item anterior com aquele tabelado para a região. 6 Elaboração do relatório De posse dos dados obtidos, dos cálculos, das tabelas, dos grácos e das respostas da Seção 5, elabore um relatório contendo pelo menos os itens: 1. Folha rosto com os nomes dos integrantes do grupo devidamente assinado por eles. 2. Título. 3. Introdução: Importância da experiência e caracterização do problema. 4. Objetivos: O que se pretende realizar? O que se tenciona provar? 5. Fundamentação teórica. 6. Material e equipamentos utilizados. 7. Montagem da experiência: Descrever a montagem da experiência assim como também os cuidados tomados na mesma. 3

4 8. Resultados: Apresentação de tabelas, desenhos e leituras de instrumentos de medida. 9. Discussão dos resultados: Os resultados do relatório necessariamente precisam de uma análise de erro cuidadosa. Os resultados estão em acordo com a teoria? Sim? Não? Justique. Que diculdades foram encontradas durante a experiência? 10. Conclusão: O que aprederam? O que conseguiram (ou não conseguiram) provar? Como poderia ser melhorada a experiência? Como poderia ser melhorada a coleta de dados? Etc. 11. Bibliograa. 4

5 Formulário: N i=1 σ = (T i T ) 2 σ N 1 m = σ N f(x, y,...) f = f x 2 x 2 + f y 2 y Mínimos quadrados (erros diferentes): Y = ax + b a = ( i w i)( w i y i x i ) ( i w iy i )( i w ix i ) b = ( i w iy i )( i w ix 2 i ) ( i w iy i x i )( i w ix i ) σa 2 = ( i w i) σ2 b = ( i w ix 2 i ) = ( i w i )( i w i x 2 i ) ( i w i x i ) 2 w i = 1. σi 2 Mínimos quadrados (erros iguais): Y = ax + b a = N( i y ix i ) ( i y i)( i x i) b = ( i y i)( i x2 i ) ( i y ix i )( i x i) σa 2 = N σ2 σb 2 = ( i x2 i ) σ2 = N( i x 2 i ) ( i x i ) 2 OBS: Se os erros da variável y são desconhecidos, os mesmos podem ser calculados com a seguinte expressão: i (Y i) 2 σ 2 = N 2 onde Y i = y i (ax i + b). 5