MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO

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1 Manual de Instruções e Guia de Experimentos MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO OBSERVAÇÃO SOBRE OS DIREITOS AUTORAIS Este manual é protegido pelas leis de direitos autorais e todos os direitos são reservados. Entretanto é permitida e garantida para instituições de ensino a reprodução de qualquer parte deste manual para ser fornecida e usada nos laboratórios e não para venda. A reprodução em qualquer outra circunstancia, sem a permissão da AZEHEB é proibida. GARANTIA A AZEHEB garante este produto contra defeitos de fabricação por um período de 3 anos a partir da data de envio para o cliente. A AZEHEB consertará OU trocará o produto com defeito se for constatado que defeito foi causado por problemas nos materiais que o compõe o produto ou falhas na fabricação. Esta garantia não cobre problemas causados por abuso ou uso incorreto do produto. A determinação se o defeito do produto é resultado de falha na fabricação ou se foi causado por uso impróprio será feita unicamente pela AZEHEB. A responsabilidade pelo envio do equipamento para o reparo dentro do período da garantia pertence ao consumidor O equipamento deverá se embalado corretamente para evitar danos e enviado com frete pré-pago. (Danos causados pelo transporte devido a embalagem imprópria não serão cobertos pela garantia). O transporte do equipamento, após o reparo, será pago pela AZEHEB. DEVOLUÇÃO DE PRODUTOS Se for necessário devolver o produto para a AZEHEB, por qualquer razão, é necessário notificar a AZEHEB por carta, ou por telefone ANTES de devolver o produto. Após a notificação, serão enviadas imediatamente a autorização e as instruções de devolução e transporte. Nota: Não será aceita a devolução de nenhum produto sem autorização prévia. Ao devolver produtos para o reparo, eles devem ser embalados corretamente. Os transportadores não aceitarão a responsabilidade dos danos causados pela embalagem imprópria. Para estar certo que o produto não será danificado no transporte, observe as recomendações abaixo: 1. A caixa deve ser forte o bastante para o produto enviado. 2. Assegure-se que há pelo menos 5cm entre o produto e as paredes da embalagem, evitando assim que o produto seja comprimido. 3. Assegure-se que o produto não balançará dentro da embalagem. Para evitar que o produto balance dentro da embalagem utilize calços para travá-lo. Endereço: AZEHEB Laboratórios de Física Rua Evaristo F.F. da Costa, 621 Bairro Jardim das Américas Curitiba PR CEP Telefone: (41) [email protected]

2 CONHECENDO IMÃS E POLOS MAGNÉTICOS DA TERRA PARTE I - Reconhecendo imãs, material ferromagnético e paramagnético. OBJETIVO: Analisar as propriedades dos imãs e reconhecer seus polos magnéticos. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs em forma de barra de ferrite clipes de metal. Elementos utilizados para o experimento 1. Segurar brandamente um imã em cada mão e aproximar vagarosamente as suas extremidades de cores iguais (polos magnéticos iguais). Observando a ação entre dois imãs. 2. Observar se eles apresentam facilidade ou dificuldade à aproximação. 3. Repetir os procedimentos anteriores aproximando agora as extremidades de cores diferentes (polos diferentes). 4. Colocar um clipe sobre a mesa e aproximar vagarosamente um dos polos de um imã. Observar o que ocorre. 5. Repetir o procedimento usando agora o outro polo do imã. 6. Repetir os procedimentos anteriores usando agora um objeto de alumínio em lugar do clipe. Observar e explicar o que ocorre.

3 1. O que se observa quanto à repulsão ou atração de polos iguais? E de polos diferentes? Polos de mesmo nome (mesma cor) se repelem e polos de nomes diferentes (diferentes cores) se atraem. 2. Que tipo de ação é exercida sobre o clipe quando é aproximado de um imã? O clipe que é constituído por uma liga de ferro é atraído pelo imã, numa ação semelhante à ação de um corpo eletricamente carregado sobre um corpo eletricamente neutro. O material que constitui o clipe é então denominado ferromagnético porque sofre uma forte ação do imã. 3. Há diferença na ação do imã sobre o clipe quando aproximado do polo norte e do polo sul? Justificar. Não. Tanto o polo norte quanto o polo sul do imã atraem igualmente o clipe, assim como um corpo eletricamente carregado com carga positiva ou negativa atrai um corpo neutro. A ação sobre o clipe ocorre pelo fato do imã exercer uma influência ao seu redor. Essa região é denominada campo magnético do imã. 4. Que ação o imã exerce sobre um corpo de alumínio? Quase nenhuma, ou nenhuma que se possa perceber. O Alumínio é material paramagnético 5. Que diferença foi observada no experimento quanto ao comportamento magnético do clipe e do corpo de alumínio quando aproximados de um imã? O material que constitui o prego é ferromagnético por isso ele é fortemente atraído pelo imã enquanto o alumínio é material paramagnético que é muito pouco ou quase nada atraído pelo imã.

4 PARTE II - Os polos magnéticos e os polos geográficos. OBJETIVO: Identificar os polos magnéticos de um imã através da orientação geográfica. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 cartaz com a rosa dos ventos. - 1 bússola didática. - 1 imã tipo anel de ferrite A bússola, a rosa dos ventos e os imãs usados para relacionar os polos magnéticos e geográficos da Terra. 1. Usar a placa com a Rosa dos Ventos. 2. Fixar a agulha magnetizada (bússola) no pedestal e aguardar que estabilize. 3. Com a ponta dos dedos, tirar a agulha ligeiramente da posição estável em que se encontrava. Liberar a agulha e observar o que ocorre. 4. Girar a placa de forma que a extremidade vermelha da bússola fique voltada para o norte geográfico mostrado na placa. Ajustando o posicionamento da bússola e da rosa dos ventos. 5. Aproximar da extremidade da bússola que indica o norte geográfico (pintada de vermelho), um ímã com o polo pintado de azul. Observar o que acontece com a agulha da bússola. 6. Repetir a operação com o outro polo do ímã (pintado de vermelho).

5 1. Porque a agulha tende sempre a se alinhar numa determinada posição? Um imã imerso num campo magnético tende a se alinhar com as linhas de força do campo. Neste caso o campo onde se encontra imerso o imã (agulha magnética) é o campo magnético da Terra. 2. O que aconteceu com a agulha magnética quando se aproximou a extremidade do imã pintada de azul? Esse polo do imã é norte ou sul? O polo do imã pintado de azul atrai o polo vermelho (norte) da agulha magnética (bússola), portanto o polo pintado de azul é sul magnético. 3. Qual a polaridade magnética da extremidade do imã pintada de vermelho? O polo do imã pintado de vermelho repele a extremidade vermelha da agulha. Como polos de mesmo nome se repelem o vermelho deve ser o polo norte do imã. 4. Que polo magnético da bússola indica o norte geográfico? A denominação de polos norte e sul dos imãs se deve historicamente ao fato da utilização da bússola para orientação geográfica. No experimento realizado observou-se que o polo norte da bússola (extremidade vermelha), ou de qualquer imã, aponta sempre para o norte geográfico. Foi visto ainda no experimento, que o polo norte (vermelho) da agulha era atraído pelo polo sul (azul) do imã, pois polos de nomes diferentes se atraem. Assim o polo norte geográfico da Terra deve ser o polo sul magnético.

6 PARTE III - Atração e repulsão magnética. OBJETIVO: Observar a repulsão entre polos de mesmo nome através de um amortecedor magnético. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 suporte com base e haste - 5 imãs tipo anel de ferrite Montagem do amortecedor magnético para verificação experimental da ação dos polos magnéticos. 1. Encaixar no suporte um imã cilíndrico tipo anel com o norte magnético (face vermelha), voltada para cima. 2. A seguir encaixar outro imã com a face vermelha voltada para baixo. Observar o que ocorre. 3. A seguir, colocar outros ímãs de forma que as faces de cores iguais fiquem voltadas uma para a outra, até preencher todo o suporte. 1. Descrever o que foi observado durante a montagem sugerida. Os imãs não se tocam. A força peso de cada um é menor que a força de repulsão entre os polos de mesmo nome (mesma cor) 2. Descrever o comportamento magnético de polos iguais ao serem aproximados. Polos magnéticos de mesmo nome se repelem. 3. Descrever o comportamento magnético de polos diferentes ao serem aproximados. Polos magnéticos de nomes diferentes se atraem.

7 LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO OBJETIVO: Obter uma visualização das linhas de indução do campo magnético gerado por um imã em forma de barra. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs em forma de barra de ferrite. - 1 base de acrílico com sapatas de borracha. - 1 frasco de limalha de ferro. Obtenção das linhas de indução do campo magnético de um imã. ATENÇÃO: Aos realizar experimentos com imãs e limalha de ferro, SEMPRE usar a placa de acrílico para isolar os imãs da limalha. Os imãs não devem entrar em contato direto com a limalha de ferro. 1. Colocar a placa de acrílico sobre dois ímãs em forma de barras chatas unidos, dispostos horizontalmente. 2. Espalhar limalha de ferro sobre a placa acrílica de maneira uniforme e bem distribuída. 3. Para melhorar a visualização do espectro, realizar toques leves sobre a placa. Observar o espectro formado pelas limalhas. 4. Usar quatro imãs em forma de barra chata. Juntá-los dois a dois. 5. Posicionar os dois imãs de tal forma que dois polos diferentes fiquem voltados um para o outro e distantes ± 3cm, conforme mostra a figura. Obtenção das linhas de indução do campo magnético de dois polos magnéticos.

8 6. Colocar sobre o conjunto a placa de acrílico e espalhar limalha de ferro sobre ela de forma bem distribuída (evitar que se forme montículos de limalha). 7. Realizar toques leves sobre a placa de acrílico e observar o espectro das linhas de indução do campo magnético obtido por meio deste arranjo. 8. Utilizar os diversos imãs para repetir os procedimentos com outros arranjos de posicionamento dos polos magnéticos. 1. Fazer um desenho mostrando os espectros das linhas de indução do campo magnético obtidos em cada configuração do experimento. 2. O que é que as linhas de indução indicam em cada ponto da região externa a dois polos magnéticos? As linhas dão uma idéia visível da influência do campo magnético ao redor do imã ou do arranjo de imãs utilizado. O vetor campo magnético é tangente às linhas de indução e indicam, portanto, a direção do campo magnético em cada ponto. 3. Qual é o sentido das linhas de indução na região externa ao ímã? Na região externa ao imã (ou arranjo de imãs) as linhas de indução do campo magnético saem do polo norte e entram no polo sul. Internamente ao imã essas linhas se orientam do polo sul para o polo norte. 4. Porque as linhas obtidas no experimento não são denominadas de linhas de força do campo magnético? Porque no caso do campo magnético a força magnética não possui a mesma direção do vetor campo magnético.

9 PROCESSOS DE IMANTAÇÃO OBJETIVO: Analisar os processos de imantação por indução, por contato e por atrito. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs de ferrite em forma de barra. - 3 hastes (de ferro, cobre e alumínio) com 60mm e diâmetro 13 mm cada uma. - 5 imãs de ferrite tipo anel. - 1 estilete. - 1 frasco de limalha de ferro. PARTE I - Magnetização por Indução. Magnetizando por indução. 1. Espalhar um pouco de limalha sobre uma folha de papel e aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha e em seguida afastar, conforme mostra a figura. Observar o que acontece. 2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e aproximar (sem encostar) da outra extremidade da barra, os ímãs tipo anel. Observar o que ocorre. 3. Manter os imãs bem próximos da extremidade (sem encostar) da haste de ferro e afastar a barra de ferro aproximadamente 3 cm da limalha de ferro. Observar o que ocorre. 4. Repetir o procedimento anterior afastando apenas o imã. Verificar o que ocorre. 5. Repetir os procedimentos acima para a barra de alumínio.

10 1. A barra de ferro sem a aproximação dos imãs se comporta como um imã? Não, porque não atrai a limalha. 2. Explicar o fato de a barra de ferro atrair a limalha quando dela se aproxima os imãs. A barra de ferro imersa no campo magnético do imã ficou imantada. As moléculas do material devido às suas peculiaridades (distribuição e movimento dos elétrons) se comportam como pequenos imãs elementares que estão distribuídos com direções aleatórias e, portanto, com campo magnético total nulo. Quando a barra é imersa num campo magnético, esses pequenos imãs se orientam todos numa mesma direção e a barra passa a se comportar como um imã provisório e por isso atrai a limalha. 3. O campo magnético criado pela barra de ferro pode ser considerado intenso? Justificar. Não, porque a atração à limalha é pequena. 4. Explicar por que a barra de ferro perde a imantação quando o imã é retirado. Retirado o campo magnético responsável pela orientação dos pequenos imãs as moléculas retornam a uma orientação caótica e perdem a propriedade magnética. 5. Explicar porque a barra de alumínio não adquire imantação. Porque o alumínio possui suscetibilidade magnética específica baixa (em torno de 0, cm 3 /g)

11 PARTE II - Magnetização por Contato 1. Aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha de ferro e em seguida afastar. Observar se a limalha é atraída ou não pela barra. Aproximando da limalha de ferro uma barra não imantada. 2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e encostar na outra extremidade os ímãs tipo anel. 3. Manter os imãs em contato com a extremidade da barra de ferro e afastá-la aproximadamente 3cm da limalha de ferro. Observar o que acontece. O contato do imã torna a barra imantada. 4. Afastar o ímã da barra de ferro em pelo menos 10 cm e observar o que ocorre com a limalha. 5. Repetir os procedimentos usando agora uma barra de alumínio e de cobre e observar o que ocorre.

12 1. Descrever o que foi observado quando apenas a barra de ferro foi aproximada da limalha. A limalha não foi atraída pela barra. 2. Ao encostar o imã na barra houve atração da limalha de ferro? Justificar o fenômeno observado. Quando o imã é encostado na barra ela fica imantada e atrai as limalhas. 3. Ao afastar o imã a barra de ferro continua se comportando como um imã? Descrever o que foi observado. Conforme o imã é afastado a barra perde a imantação até ficar totalmente desmagnetizada. 4. Descrever o que foi observado quanto ao comportamento das barras de alumínio e de cobre. O material dessas barras (alumínio e cobre) são paramagnéticos e não se imantam e por isso não atraem a limalha.

13 PARTE III - Magnetização por Atrito 1. Colocar a lâmina de um estilete em contato com a limalha de ferro. Observar o que ocorre. Pode-se também utilizar uma lâmina de barbear (de preferência sem uso). 2. Atritar, esfregando por cinco vezes ou mais a lâmina do estilete com um ímã, sempre no mesmo sentido. Depois disso, colocar em contato com a limalha de ferro. Observar o que acontece com a limalha de ferro. 1. Antes de ter siso atritada a lâmina exercia atração sobre a limalha? Antes de ter sido atritada a lâmina não se comportava como um imã. 2. Descrever o que se observou sobre as propriedades magnéticas da lâmina após ter sido atritada com o imã. Foi observado que após ter sido atritada com o imã a lâmina exerce sobre a limalha uma ação magnética bem acentuada. Observa-se ainda que essa magnetização permanece por um bom tempo.

14 CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR CORRENTE ELÉTRICA OBJETIVO: Verificar a existência e as características do campo magnético gerado por corrente elétrica em diferentes configurações. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Conjunto para experimento de Oersted - 2 Cabos de ligação. - 1 Fonte de alimentação 3 VDC. - 1 Bússola. - 1 Bobina plana montada em base de acrílico. PARTE I - CAMPO PRODUZIDO POR CONDUTOR RETILÍNEO (Experiência de Oesrted) A B Montagem para estudo da experiência de Oesrted. 1. Montar o equipamento conforme a figura. 2. Conectar os cabos de ligação de tal modo que, a corrente elétrica, circule no ramo superior do condutor acima da agulha magnética. 3. Girar o conjunto até que a agulha da bússola fique paralela ao condutor. 4. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica. Adotar como referência os pontos: A - extremidade do condutor com o borne vermelho. B extremidade do condutor com o borne azul. C extremidade do condutor com o borne preto. 5. Observar que a agulha magnética se encontra alinhada com o campo magnético da Terra. 6. Ligar a fonte DC e observar o comportamento da agulha magnética. 1. Qual o sentido da corrente no condutor: de A para B ou de B para A? A corrente circula no condutor acima da agulha, no sentido do borne A para o borne B. 2. Descrever o que se observou com relação ao movimento da agulha magnética quando uma corrente elétrica passa a circular no condutor.

15 A agulha magnética sofre uma deflexão devido à ação do campo magnético gerado pela corrente elétrica que circula no condutor. O polo norte da agulha se desloca para a esquerda do condutor, considerando o condutor no sentido de A para B, conforme ilustrado a seguir: Deflexão da agulha magnética devido à ação do campo magnético criado pela corrente no condutor retilíneo. B I A 3. Aplicar a regra da mão direita e identificar as características (direção e sentido do campo magnético gerado pela corrente elétrica que percorre o condutor). Usar a figura a seguir para ilustrar. A I B Condutor percorrido por corrente elétrica. A I B 4. O movimento da agulha da bússola obedece ao que prevê a regra da mão direita? Sim, pois de acordo com a regra da mão direita o campo magnético gerado pela corrente elétrica está dirigido entrando no papel abaixo do condutor e dessa forma, repele o polo norte e atrai o polo sul da agulha, causando a deflexão mostrada anteriormente. 5. Desligar o condutor do borne vermelho e conectá-lo ao borne preto para que a corrente elétrica circule pelo ramo inferior, abaixo da agulha magnética. Repetir o procedimento anterior e descrever o que ocorre nessa nova situação. Agora a corrente circula no condutor situado abaixo da agulha magnética. De acordo com a regra da mão direita, o campo magnético gerado acima do condutor está saindo do papel e, portanto, a agulha deflete em sentido contrário ao anterior. 6. Inverter o sentido da corrente elétrica e observar o comportamento da agulha da bússola. O movimento da agulha magnética foi o esperado? Agora conforme o esperado o campo magnético muda de sentido, entrando no papel abaixo do condutor, provocando uma deflexão em sentido contrário ao anterior.

16 PARTE II - Campo Produzido por uma Espira B A Obtenção do campo magnético produzido por uma espira. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, mantendo a chave desligada. 2. Posicionar a agulha magnética a ± 5,0 cm da espira do lado direito da espira considerando o sentido da corrente. espira A I N Posicionamento da agulha magnética paralela ao plano da espira 3. Girar a placa de acrílico até que a agulha magnética fique paralela à espira. 4. Ligar a chave da fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética. 5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento. B S

17 1. A bobina se comportou como um imã? Justificar e esboçar uma figura explicativa. Quando a chave é ligada, passa a circular corrente na espira e observa-se que o polo norte da agulha magnética sofre uma deflexão se aproximando de um dos lados da espira, indicando que este lado se comporta como um polo sul. Quando a agulha é deslocada para o outro lado, observa-se que o polo sul da agulha sofre uma deflexão se aproximando da espira e, portanto, esse lado se comporta como um polo norte. A figura mostra a espira vista de cima e ilustra os dois comportamentos da agulha. N I N N I S N S N S S S 2. Inverter o sentido da corrente e repetir o procedimento. Qual o comportamento da agulha magnética? Como a corrente passa a circular em sentido contrário o campo magnético se inverte e os polos também. Nessas condições a deflexão da agulha acontece em sentido contrário ao anterior. N N S S I

18 PARTE III - Campo Produzido por uma Bobina Plana Montagem para obtenção do campo magnético produzido por uma bobina plana. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura. 2. Posicionar a bússola a ± 5,0 cm da bobina. 3. Movimentar a placa de acrílico e a bússola de forma que a agulha magnética fique paralela às espiras da bobina. 4. Ligar a fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética da bússola. 5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento.

19 1. Descrever e esboçar na figura o que se observou a respeito do comportamento da agulha magnética. bobina N I S Posicionamento da bússola e agulha magnética paralela ao plano da bobina A agulha magnética sofre deflexões idênticas às apresentadas pela espira circular. Isto leva a concluir que a corrente circulando na bobina produz um campo magnético de tal forma que o conjunto se comporta como se fosse um imã. N N S S I 2. Comparar o campo magnético produzido pela bobina com o produzido pela espira circular. São idênticos, apenas o campo gerado pela bobina é mais intenso devido à diferença no número de espiras.

20 LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR UMA ESPIRA E POR UM SOLENÓIDE. OBJETIVO: Visualizar o espectro das linhas de indução do campo magnético gerado por uma bobina circular e um solenóide percorridos por corrente elétrica. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Bobina plana montada em base de acrílico. - 1 Solenóide montado em base de acrílico. - 1 Fonte de alimentação 3 VDC. - 2 Cabos de ligação. - 1 frasco de limalha de ferro. PARTE I - Espectro do Campo Gerado numa Bobina Chata Circular Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por uma bobina circular percorrida por corrente elétrica. 1. Montar o equipamento conforme figura. 2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa. 3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para melhorar a acomodação da limalha. 4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro.

21 1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução de uma bobina chata obtidas na placa. Visualização das linhas de indução na bobina chata.

22 PARTE II - Espectro do Campo Gerado num Solenóide Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por um solenóide percorrida por corrente elétrica. 1. Montar o equipamento conforme figura, usando a placa de acrílico com o solenóide. 2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa. 3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para uma boa acomodação da limalha. 4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro.

23 1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução do campo magnético de um solenóide. Visualização das linhas de indução no solenóide.

24 AÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO SOBRE A CORRENTE ELÉTRICA OBJETIVOS: - Analisar a ação do campo magnético sobre a corrente elétrica. - Reconhecer as características da força gerada pelo campo. - Aplicar corretamente a re3gra da mão direita espalmada >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Conjunto para experimento de força magnética. - 1 Pêndulo de metal. - 1 Imã em forma de U. - 1 Motor elétrico elementar. - 2 Cabos de ligação. - 1 Fonte de alimentação de 3 VDC. PARTE I - Força Magnética e a Regra da Mão Direita Espalmada Montagem para observação da ação do campo magnético sobre um condutor e aplicação da regra da mão direita espalmada. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, com o polo norte do imã (vermelho) para cima. 2. Identificar o sentido do campo magnético, para cima ou para baixo. O campo magnético se orienta sempre do polo norte para o polo sul magnético. Observando a figura (e a montagem) o campo magnético é portanto, vertical e esta dirigido para baixo. 3. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica que circula no ramo horizontal do condutor em balanço no interior do campo magnético. Considerando o sentido convencional, a corrente no ramo horizontal do balanço está dirigida da direita para a esquerda.

25 1. Aplicar a regra da mão direita espalmada para identificar a direção e o sentido da força magnética. Aplicando a regra da mão direita. Posicionando a mão direita espalmada, de maneira que o polegar coincida com o sentido convencional da corrente e os outros dedos coincidindo com o sentido do campo, a força magnética será perpendicular à palma da mão e saindo dela, conforme mostra a figura. Então de acordo com esse procedimento, a força sobre o segmento horizontal do condutor deverá ser perpendicular a ele e dirigida para fora do imã: I F B 2. Ligar a fonte DC e observar o comportamento do balanço. O experimento confirmou a regra da mão direita? Sim. Conforme o que foi estabelecido pela regra da mão direita, o campo magnético agiu sobre a corrente elétrica que circula no balanço afastando-o para fora do imã em U. 3. Inverter o sentido da corrente, repetir os procedimentos e descrever o que foi observado. Como o sentido da corrente foi invertido o balanço sofre ação do campo magnético em sentido contrário ao anterior se deslocando para dentro do imã, conforme estabelece a regra da mão direita espalmada. 4. Girar o imã em forma de U para inverter o sentido do campo magnético, repetir os procedimentos e descrever o comportamento do balanço. Com a inversão dos polos do imã os resultados obtidos são exatamente o contrário dos obtidos anteriormente.

26 PARTE II - Funcionamento do Motor Elétrico Ilustração da montagem do motor elétrico elementar. 1. Utilizar a mesma montagem da primeira parte. 2. Retirar o balanço de latão e colocar nos dois suportes circulares e entre os polos do ímã a bobina do motor elementar conforme mostra a figura. 3. Aplicar a regra da mão direita espalmada para determinar a direção e o sentido das forças que atuam nos ramos maiores da bobina do motor. 4. Completar a figura a seguir, mostrando as forças atuantes nos dois ramos maiores do rotor. N S I I Espira percorrida por corrente elétrica e imersa num campo magnético. De acordo com a regra da mão direita a força no ramo esquerdo da bobina será vertical e dirigida para cima enquanto que no ramo da direita a força será vertical dirigida para baixo. N S I I

27 5. Ligar a fonte DC 3V e observar o movimento de rotação. (pode ser necessário dar um pequeno impulso inicial). O movimento do motor está de acordo com o que foi previsto com a aplicação da regra da mão direita espalmada? Sim, pois de acordo com o previsto o rotor girou no sentido concordante com a ação das forças atuantes.

28 CORRENTE INDUZIDA POR VARIAÇÃO DE FLUXO MAGNÉTICO OBJETIVO: Verificar o surgimento de corrente elétrica induzida numa bobina quando ela é atravessada por um fluxo magnético variável. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Miliamperímetro com zero 2 ma. - 1 Imã com cabo. - 2 Cabos de ligação. - 1 Bobina de 200 espiras. A variação de fluxo magnético que atravessa uma bobina induz nela uma corrente. 1. Conectar o galvanômetro à bobina nos bornes para usar 200 espiras, conforme a figura. 2. Identificar o polo (N ou S) na extremidade do imã provido de cabo. 1. Movimentar o imã introduzindo-o no interior da bobina. Observar e descrever o que ocorre com o galvanômetro. O ponteiro do galvanômetro deflete indicando a presença de corrente elétrica na bobina. 2. O que acontece com o fluxo magnético que atravessa a bobina quando o imã é introduzido nela? Conforme o imã é aproximado o fluxo magnético que atravessa a bobina aumenta (o número de linhas de indução do campo magnético que atravessa a bobina aumenta). Isto significa que o fluxo magnético através da bobina é variável. 3. Manter o imã em repouso no interior da bobina e descrever o comportamento do ponteiro do galvanômetro. O ponteiro do galvanômetro não se movimenta indicando que não circula corrente na bobina. 4. Movimentar o imã retirando-o do interior da bobina e observar a indicação do galvanômetro. Na medida em que o imã é retirado o ponteiro do galvanômetro deflete indicando que uma corrente circula na bobina. Essa corrente induzida surge devido à variação de fluxo magnético que atravessa a bobina. 5. Utilizando uma bússola ou outro imã de polos definidos identificar a polaridade do imã indutor. 6. Aplicar a Lei de Lenz e identificar o sentido da corrente induzida na bobina com a aproximação do polo norte do imã. Com a aproximação do polo norte do imã o fluxo magnético está dirigido para dentro da bobina e aumenta com a aproximação. Nestas condições, (de acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida deve produzir um

29 fluxo em oposição à variação fluxo indutor) a corrente induzida produz um fluxo que tende a diminuir o fluxo indutor, portanto nessa extremidade da bobina surge um polo norte induzido. Pela regra da mão direita para que isso aconteça o sentido da corrente induzida deverá ser anti-horário. 7. Identificar a polaridade do campo magnético originado pela corrente induzida.na parte externa da bobina. 8. Justificar porque quando o imã permanece em repouso, não ocorre indicação de corrente induzida. Para que ocorra o surgimento de corrente induzida é necessário que haja variação de fluxo magnético. Como o imã permanece em repouso, não há variação de fluxo magnético e conseqüentemente não ocorre o surgimento de corrente induzida. 9. Repetir os procedimentos com as bobinas de 400 e 600 espiras. Explicar o que ocorre de diferente com a deflexão do ponteiro do galvanômetro. Como aumenta o número de espiras, a fem e a corrente induzida aumentam e o ponteiro do galvanômetro sofre deflexões maiores.

30 MANUAL DO ALUNO CONHECENDO IMÃS E POLOS MAGNÉTICOS DA TERRA PARTE I - Reconhecendo imãs, material ferromagnético e paramagnético. OBJETIVO: Analisar as propriedades dos imãs e reconhecer seus polos magnéticos. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs em forma de barra de ferrite clipes de metal. Elementos utilizados para o experimento 1. Segurar brandamente um imã em cada mão e aproximar vagarosamente as suas extremidades de cores iguais (polos magnéticos iguais). Observando a ação entre dois imãs. 2. Observar se eles apresentam facilidade ou dificuldade à aproximação. 3. Repetir os procedimentos anteriores aproximando agora as extremidades de cores diferentes (polos diferentes). 4. Colocar um clipe sobre a mesa e aproximar vagarosamente um dos polos de um imã. Observar o que ocorre. 5. Repetir o procedimento usando agora o outro polo do imã. 6. Repetir os procedimentos anteriores usando agora um objeto de alumínio em lugar do clipe. Observar e explicar o que ocorre.

31 MANUAL DO ALUNO 1. O que se observa quanto à repulsão ou atração de polos iguais? E de polos diferentes? Polos de mesmo nome (mesma cor) se repelem e polos de nomes diferentes (diferentes cores) se atraem. 2. Que tipo de ação é exercida sobre o clipe quando é aproximado de um imã? O clipe que é constituído por uma liga de ferro é atraído pelo imã, numa ação semelhante à ação de um corpo eletricamente carregado sobre um corpo eletricamente neutro. O material que constitui o clipe é então denominado ferromagnético porque sofre uma forte ação do imã. 3. Há diferença na ação do imã sobre o clipe quando aproximado do polo norte e do polo sul? Justificar. Não. Tanto o polo norte quanto o polo sul do imã atraem igualmente o clipe, assim como um corpo eletricamente carregado com carga positiva ou negativa atrai um corpo neutro. A ação sobre o clipe ocorre pelo fato do imã exercer uma influência ao seu redor. Essa região é denominada campo magnético do imã. 4. Que ação o imã exerce sobre um corpo de alumínio? Quase nenhuma, ou nenhuma que se possa perceber. O Alumínio é material paramagnético 5. Que diferença foi observada no experimento quanto ao comportamento magnético do clipe e do corpo de alumínio quando aproximados de um imã? O material que constitui o prego é ferromagnético por isso ele é fortemente atraído pelo imã enquanto o alumínio é material paramagnético que é muito pouco ou quase nada atraído pelo imã.

32 MANUAL DO ALUNO PARTE II - Os polos magnéticos e os polos geográficos. OBJETIVO: Identificar os polos magnéticos de um imã através da orientação geográfica. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 cartaz com a rosa dos ventos. - 1 bússola didática. - 1 imã tipo anel de ferrite A bússola, a rosa dos ventos e os imãs usados para relacionar os polos magnéticos e geográficos da Terra. 1. Usar a placa com a Rosa dos Ventos. 2. Fixar a agulha magnetizada (bússola) no pedestal e aguardar que estabilize. 3. Com a ponta dos dedos, tirar a agulha ligeiramente da posição estável em que se encontrava. Liberar a agulha e observar o que ocorre. 4. Girar a placa de forma que a extremidade vermelha da bússola fique voltada para o norte geográfico mostrado na placa. Ajustando o posicionamento da bússola e da rosa dos ventos. 5. Aproximar da extremidade da bússola que indica o norte geográfico (pintada de vermelho), um ímã com o polo pintado de azul. Observar o que acontece com a agulha da bússola. 6. Repetir a operação com o outro polo do ímã (pintado de vermelho).

33 MANUAL DO ALUNO 1. Porque a agulha tende sempre a se alinhar numa determinada posição? Um imã imerso num campo magnético tende a se alinhar com as linhas de força do campo. Neste caso o campo onde se encontra imerso o imã (agulha magnética) é o campo magnético da Terra. 2. O que aconteceu com a agulha magnética quando se aproximou a extremidade do imã pintada de azul? Esse polo do imã é norte ou sul? O polo do imã pintado de azul atrai o polo vermelho (norte) da agulha magnética (bússola), portanto o polo pintado de azul é sul magnético. 3. Qual a polaridade magnética da extremidade do imã pintada de vermelho? O polo do imã pintado de vermelho repele a extremidade vermelha da agulha. Como polos de mesmo nome se repelem o vermelho deve ser o polo norte do imã. 4. Que polo magnético da bússola indica o norte geográfico? A denominação de polos norte e sul dos imãs se deve historicamente ao fato da utilização da bússola para orientação geográfica. No experimento realizado observou-se que o polo norte da bússola (extremidade vermelha), ou de qualquer imã, aponta sempre para o norte geográfico. Foi visto ainda no experimento, que o polo norte (vermelho) da agulha era atraído pelo polo sul (azul) do imã, pois polos de nomes diferentes se atraem. Assim o polo norte geográfico da Terra deve ser o polo sul magnético.

34 MANUAL DO ALUNO PARTE III - Atração e repulsão magnética. OBJETIVO: Observar a repulsão entre polos de mesmo nome através de um amortecedor magnético. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 suporte com base e haste - 5 imãs tipo anel de ferrite Montagem do amortecedor magnético para verificação experimental da ação dos polos magnéticos. 1. Encaixar no suporte um imã cilíndrico tipo anel com o norte magnético (face vermelha), voltada para cima. 2. A seguir encaixar outro imã com a face vermelha voltada para baixo. Observar o que ocorre. 3. A seguir, colocar outros ímãs de forma que as faces de cores iguais fiquem voltadas uma para a outra, até preencher todo o suporte. 1. Descrever o que foi observado durante a montagem sugerida. Os imãs não se tocam. A força peso de cada um é menor que a força de repulsão entre os polos de mesmo nome (mesma cor) 2. Descrever o comportamento magnético de polos iguais ao serem aproximados. Polos magnéticos de mesmo nome se repelem. 3. Descrever o comportamento magnético de polos diferentes ao serem aproximados. Polos magnéticos de nomes diferentes se atraem.

35 MANUAL DO ALUNO LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO OBJETIVO: Obter uma visualização das linhas de indução do campo magnético gerado por um imã em forma de barra. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs em forma de barra de ferrite. - 1 base de acrílico com sapatas de borracha. - 1 frasco de limalha de ferro. Obtenção das linhas de indução do campo magnético de um imã. ATENÇÃO: Aos realizar experimentos com imãs e limalha de ferro, SEMPRE usar a placa de acrílico para isolar os imãs da limalha. Os imãs não devem entrar em contato direto com a limalha de ferro. 1. Colocar a placa de acrílico sobre dois ímãs em forma de barras chatas unidos, dispostos horizontalmente. 2. Espalhar limalha de ferro sobre a placa acrílica de maneira uniforme e bem distribuída. 3. Para melhorar a visualização do espectro, realizar toques leves sobre a placa. Observar o espectro formado pelas limalhas. 4. Usar quatro imãs em forma de barra chata. Juntá-los dois a dois. 5. Posicionar os dois imãs de tal forma que dois polos diferentes fiquem voltados um para o outro e distantes ± 3cm, conforme mostra a figura. Obtenção das linhas de indução do campo magnético de dois polos magnéticos.

36 MANUAL DO ALUNO 6. Colocar sobre o conjunto a placa de acrílico e espalhar limalha de ferro sobre ela de forma bem distribuída (evitar que se forme montículos de limalha). 7. Realizar toques leves sobre a placa de acrílico e observar o espectro das linhas de indução do campo magnético obtido por meio deste arranjo. 8. Utilizar os diversos imãs para repetir os procedimentos com outros arranjos de posicionamento dos polos magnéticos. 1. Fazer um desenho mostrando os espectros das linhas de indução do campo magnético obtidos em cada configuração do experimento. 2. O que é que as linhas de indução indicam em cada ponto da região externa a dois polos magnéticos? As linhas dão uma idéia visível da influência do campo magnético ao redor do imã ou do arranjo de imãs utilizado. O vetor campo magnético é tangente às linhas de indução e indicam, portanto, a direção do campo magnético em cada ponto. 3. Qual é o sentido das linhas de indução na região externa ao ímã? Na região externa ao imã (ou arranjo de imãs) as linhas de indução do campo magnético saem do polo norte e entram no polo sul. Internamente ao imã essas linhas se orientam do polo sul para o polo norte. 4. Porque as linhas obtidas no experimento não são denominadas de linhas de força do campo magnético? Porque no caso do campo magnético a força magnética não possui a mesma direção do vetor campo magnético.

37 MANUAL DO ALUNO PROCESSOS DE IMANTAÇÃO OBJETIVO: Analisar os processos de imantação por indução, por contato e por atrito. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 4 imãs de ferrite em forma de barra. - 3 hastes (de ferro, cobre e alumínio) com 60mm e diâmetro 13 mm cada uma. - 5 imãs de ferrite tipo anel. - 1 estilete. - 1 frasco de limalha de ferro. PARTE I - Magnetização por Indução. Magnetizando por indução. 1. Espalhar um pouco de limalha sobre uma folha de papel e aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha e em seguida afastar, conforme mostra a figura. Observar o que acontece. 2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e aproximar (sem encostar) da outra extremidade da barra, os ímãs tipo anel. Observar o que ocorre. 3. Manter os imãs bem próximos da extremidade (sem encostar) da haste de ferro e afastar a barra de ferro aproximadamente 3 cm da limalha de ferro. Observar o que ocorre. 4. Repetir o procedimento anterior afastando apenas o imã. Verificar o que ocorre. 5. Repetir os procedimentos acima para a barra de alumínio.

38 MANUAL DO ALUNO 1. A barra de ferro sem a aproximação dos imãs se comporta como um imã? Não, porque não atrai a limalha. 2. Explicar o fato de a barra de ferro atrair a limalha quando dela se aproxima os imãs. A barra de ferro imersa no campo magnético do imã ficou imantada. As moléculas do material devido às suas peculiaridades (distribuição e movimento dos elétrons) se comportam como pequenos imãs elementares que estão distribuídos com direções aleatórias e, portanto, com campo magnético total nulo. Quando a barra é imersa num campo magnético, esses pequenos imãs se orientam todos numa mesma direção e a barra passa a se comportar como um imã provisório e por isso atrai a limalha. 3. O campo magnético criado pela barra de ferro pode ser considerado intenso? Justificar. Não, porque a atração à limalha é pequena. 4. Explicar por que a barra de ferro perde a imantação quando o imã é retirado. Retirado o campo magnético responsável pela orientação dos pequenos imãs as moléculas retornam a uma orientação caótica e perdem a propriedade magnética. 5. Explicar porque a barra de alumínio não adquire imantação. Porque o alumínio possui suscetibilidade magnética específica baixa (em torno de 0, cm 3 /g)

39 MANUAL DO ALUNO PARTE II - Magnetização por Contato 1. Aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha de ferro e em seguida afastar. Observar se a limalha é atraída ou não pela barra. Aproximando da limalha de ferro uma barra não imantada. 2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e encostar na outra extremidade os ímãs tipo anel. 3. Manter os imãs em contato com a extremidade da barra de ferro e afastá-la aproximadamente 3cm da limalha de ferro. Observar o que acontece. O contato do imã torna a barra imantada. 4. Afastar o ímã da barra de ferro em pelo menos 10 cm e observar o que ocorre com a limalha. 5. Repetir os procedimentos usando agora uma barra de alumínio e de cobre e observar o que ocorre.

40 MANUAL DO ALUNO 1. Descrever o que foi observado quando apenas a barra de ferro foi aproximada da limalha. A limalha não foi atraída pela barra. 2. Ao encostar o imã na barra houve atração da limalha de ferro? Justificar o fenômeno observado. Quando o imã é encostado na barra ela fica imantada e atrai as limalhas. 3. Ao afastar o imã a barra de ferro continua se comportando como um imã? Descrever o que foi observado. Conforme o imã é afastado a barra perde a imantação até ficar totalmente desmagnetizada. 4. Descrever o que foi observado quanto ao comportamento das barras de alumínio e de cobre. O material dessas barras (alumínio e cobre) são paramagnéticos e não se imantam e por isso não atraem a limalha.

41 PARTE III - Magnetização por Atrito MANUAL DO ALUNO 1. Colocar a lâmina de um estilete em contato com a limalha de ferro. Observar o que ocorre. Pode-se também utilizar uma lâmina de barbear (de preferência sem uso). 2. Atritar, esfregando por cinco vezes ou mais a lâmina do estilete com um ímã, sempre no mesmo sentido. Depois disso, colocar em contato com a limalha de ferro. Observar o que acontece com a limalha de ferro. 1. Antes de ter siso atritada a lâmina exercia atração sobre a limalha? Antes de ter sido atritada a lâmina não se comportava como um imã. 2. Descrever o que se observou sobre as propriedades magnéticas da lâmina após ter sido atritada com o imã. Foi observado que após ter sido atritada com o imã a lâmina exerce sobre a limalha uma ação magnética bem acentuada. Observa-se ainda que essa magnetização permanece por um bom tempo.

42 MANUAL DO ALUNO CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR CORRENTE ELÉTRICA OBJETIVO: Verificar a existência e as características do campo magnético gerado por corrente elétrica em diferentes configurações. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Conjunto para experimento de Oersted - 2 Cabos de ligação. - 1 Fonte de alimentação 3 VDC. - 1 Bússola. - 1 Bobina plana montada em base de acrílico. PARTE I - CAMPO PRODUZIDO POR CONDUTOR RETILÍNEO (Experiência de Oesrted) A B Montagem para estudo da experiência de Oesrted. 1. Montar o equipamento conforme a figura. 2. Conectar os cabos de ligação de tal modo que, a corrente elétrica, circule no ramo superior do condutor acima da agulha magnética. 3. Girar o conjunto até que a agulha da bússola fique paralela ao condutor. 4. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica. Adotar como referência os pontos: A - extremidade do condutor com o borne vermelho. B extremidade do condutor com o borne azul. C extremidade do condutor com o borne preto. 5. Observar que a agulha magnética se encontra alinhada com o campo magnético da Terra. 6. Ligar a fonte DC e observar o comportamento da agulha magnética.

43 MANUAL DO ALUNO 1. Qual o sentido da corrente no condutor: de A para B ou de B para A? A corrente circula no condutor acima da agulha, no sentido do borne A para o borne B. 2. Descrever o que se observou com relação ao movimento da agulha magnética quando uma corrente elétrica passa a circular no condutor. A agulha magnética sofre uma deflexão devido à ação do campo magnético gerado pela corrente elétrica que circula no condutor. O polo norte da agulha se desloca para a esquerda do condutor, considerando o condutor no sentido de A para B, conforme ilustrado a seguir: Deflexão da agulha magnética devido à ação do campo magnético criado pela corrente no condutor retilíneo. B I A 3. Aplicar a regra da mão direita e identificar as características (direção e sentido do campo magnético gerado pela corrente elétrica que percorre o condutor). Usar a figura a seguir para ilustrar. A I B Condutor percorrido por corrente elétrica. 4. O movimento da agulha da bússola obedece ao que prevê a regra da mão direita? Sim, pois de acordo com a regra da mão direita o campo magnético gerado pela corrente elétrica está dirigido entrando no papel abaixo do condutor e dessa forma, repele o polo norte e atrai o polo sul da agulha, causando a deflexão mostrada anteriormente. 5. Desligar o condutor do borne vermelho e conectá-lo ao borne preto para que a corrente elétrica circule pelo ramo inferior, abaixo da agulha magnética. Repetir o procedimento anterior e descrever o que ocorre nessa nova situação. Agora a corrente circula no condutor situado abaixo da agulha magnética. De acordo com a regra da mão direita, o campo magnético gerado acima do condutor está saindo do papel e, portanto, a agulha deflete em sentido contrário ao anterior. 6. Inverter o sentido da corrente elétrica e observar o comportamento da agulha da bússola. O movimento da agulha magnética foi o esperado? Agora conforme o esperado o campo magnético muda de sentido, entrando no papel abaixo do condutor, provocando uma deflexão em sentido contrário ao anterior.

44 MANUAL DO ALUNO PARTE II - Campo Produzido por uma Espira B A Obtenção do campo magnético produzido por uma espira. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, mantendo a chave desligada. 2. Posicionar a agulha magnética a ± 5,0 cm da espira do lado direito da espira considerando o sentido da corrente. espira A I N Posicionamento da agulha magnética paralela ao plano da espira 3. Girar a placa de acrílico até que a agulha magnética fique paralela à espira. 4. Ligar a chave da fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética. 5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento. B S

45 MANUAL DO ALUNO 1. A bobina se comportou como um imã? Justificar e esboçar uma figura explicativa. Quando a chave é ligada, passa a circular corrente na espira e observa-se que o polo norte da agulha magnética sofre uma deflexão se aproximando de um dos lados da espira, indicando que este lado se comporta como um polo sul. Quando a agulha é deslocada para o outro lado, observa-se que o polo sul da agulha sofre uma deflexão se aproximando da espira e, portanto, esse lado se comporta como um polo norte. A figura mostra a espira vista de cima e ilustra os dois comportamentos da agulha. N I N S N S S 2. Inverter o sentido da corrente e repetir o procedimento. Qual o comportamento da agulha magnética? Como a corrente passa a circular em sentido contrário o campo magnético se inverte e os polos também. Nessas condições a deflexão da agulha acontece em sentido contrário ao anterior.

46 MANUAL DO ALUNO PARTE III - Campo Produzido por uma Bobina Plana Montagem para obtenção do campo magnético produzido por uma bobina plana. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura. 2. Posicionar a bússola a ± 5,0 cm da bobina. 3. Movimentar a placa de acrílico e a bússola de forma que a agulha magnética fique paralela às espiras da bobina. 4. Ligar a fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética da bússola. 5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento. 1. Descrever e esboçar na figura o que se observou a respeito do comportamento da agulha magnética. bobina N I S Posicionamento da bússola e agulha magnética paralela ao plano da bobina A agulha magnética sofre deflexões idênticas às apresentadas pela espira circular. Isto leva a concluir que a corrente circulando na bobina produz um campo magnético de tal forma que o conjunto se comporta como se fosse um imã. 2. Comparar o campo magnético produzido pela bobina com o produzido pela espira circular. São idênticos, apenas o campo gerado pela bobina é mais intenso devido à diferença no número de espiras.

47 MANUAL DO ALUNO LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR UMA ESPIRA E POR UM SOLENÓIDE. OBJETIVO: Visualizar o espectro das linhas de indução do campo magnético gerado por uma bobina circular e um solenóide percorridos por corrente elétrica. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Bobina plana montada em base de acrílico. - 1 Solenóide montado em base de acrílico. - 1 Fonte de alimentação 3 VDC. - 2 Cabos de ligação. - 1 frasco de limalha de ferro. PARTE I - Espectro do Campo Gerado numa Bobina Chata Circular Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por uma bobina circular percorrida por corrente elétrica. 1. Montar o equipamento conforme figura. 2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa. 3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para melhorar a acomodação da limalha. 4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro.

48 MANUAL DO ALUNO 1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução de uma bobina chata obtidas na placa. Visualização das linhas de indução na bobina chata.

49 MANUAL DO ALUNO PARTE II - Espectro do Campo Gerado num Solenóide Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por um solenóide percorrida por corrente elétrica. 1. Montar o equipamento conforme figura, usando a placa de acrílico com o solenóide. 2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa. 3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para uma boa acomodação da limalha. 4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro. 1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução do campo magnético de um solenóide. Visualização das linhas de indução no solenóide.

50 MANUAL DO ALUNO AÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO SOBRE A CORRENTE ELÉTRICA OBJETIVOS: - Analisar a ação do campo magnético sobre a corrente elétrica. - Reconhecer as características da força gerada pelo campo. - Aplicar corretamente a re3gra da mão direita espalmada >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Conjunto para experimento de força magnética. - 1 Pêndulo de metal. - 1 Imã em forma de U. - 1 Motor elétrico elementar. - 2 Cabos de ligação. - 1 Fonte de alimentação de 3 VDC. PARTE I - Força Magnética e a Regra da Mão Direita Espalmada Montagem para observação da ação do campo magnético sobre um condutor e aplicação da regra da mão direita espalmada. 1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, com o polo norte do imã (vermelho) para cima. 2. Identificar o sentido do campo magnético, para cima ou para baixo. O campo magnético se orienta sempre do polo norte para o polo sul magnético. Observando a figura (e a montagem) o campo magnético é portanto, vertical e esta dirigido para baixo. 3. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica que circula no ramo horizontal do condutor em balanço no interior do campo magnético. Considerando o sentido convencional, a corrente no ramo horizontal do balanço está dirigida da direita para a esquerda.

51 MANUAL DO ALUNO 1. Aplicar a regra da mão direita espalmada para identificar a direção e o sentido da força magnética. Posicionando a mão direita espalmada, de maneira que o polegar coincida com o sentido convencional da corrente e os outros dedos coincidindo com o sentido do campo, a força magnética será perpendicular à palma da mão e saindo dela, conforme mostra a figura. Então de acordo com esse procedimento, a força sobre o segmento horizontal do condutor deverá ser perpendicular a ele e dirigida para fora do imã: 2. Ligar a fonte DC e observar o comportamento do balanço. O experimento confirmou a regra da mão direita? Sim. Conforme o que foi estabelecido pela regra da mão direita, o campo magnético agiu sobre a corrente elétrica que circula no balanço afastando-o para fora do imã em U. 3. Inverter o sentido da corrente, repetir os procedimentos e descrever o que foi observado. Como o sentido da corrente foi invertido o balanço sofre ação do campo magnético em sentido contrário ao anterior se deslocando para dentro do imã, conforme estabelece a regra da mão direita espalmada. 4. Girar o imã em forma de U para inverter o sentido do campo magnético, repetir os procedimentos e descrever o comportamento do balanço. Com a inversão dos polos do imã os resultados obtidos são exatamente o contrário dos obtidos anteriormente.

52 MANUAL DO ALUNO PARTE II - Funcionamento do Motor Elétrico Ilustração da montagem do motor elétrico elementar. 1. Utilizar a mesma montagem da primeira parte. 2. Retirar o balanço de latão e colocar nos dois suportes circulares e entre os polos do ímã a bobina do motor elementar conforme mostra a figura. 3. Aplicar a regra da mão direita espalmada para determinar a direção e o sentido das forças que atuam nos ramos maiores da bobina do motor. 4. Completar a figura a seguir, mostrando as forças atuantes nos dois ramos maiores do rotor. N S I I Espira percorrida por corrente elétrica e imersa num campo magnético. De acordo com a regra da mão direita a força no ramo esquerdo da bobina será vertical e dirigida para cima enquanto que no ramo da direita a força será vertical dirigida para baixo. 5. Ligar a fonte DC 3V e observar o movimento de rotação. (pode ser necessário dar um pequeno impulso inicial). O movimento do motor está de acordo com o que foi previsto com a aplicação da regra da mão direita espalmada? Sim, pois de acordo com o previsto o rotor girou no sentido concordante com a ação das forças atuantes.

53 MANUAL DO ALUNO CORRENTE INDUZIDA POR VARIAÇÃO DE FLUXO MAGNÉTICO OBJETIVO: Verificar o surgimento de corrente elétrica induzida numa bobina quando ela é atravessada por um fluxo magnético variável. >>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> - 1 Miliamperímetro com zero 2 ma. - 1 Imã com cabo. - 2 Cabos de ligação. - 1 Bobina de 200 espiras. A variação de fluxo magnético que atravessa uma bobina induz nela uma corrente. 1. Conectar o galvanômetro à bobina nos bornes para usar 200 espiras, conforme a figura. 2. Identificar o polo (N ou S) na extremidade do imã provido de cabo. 1. Movimentar o imã introduzindo-o no interior da bobina. Observar e descrever o que ocorre com o galvanômetro. O ponteiro do galvanômetro deflete indicando a presença de corrente elétrica na bobina. 2. O que acontece com o fluxo magnético que atravessa a bobina quando o imã é introduzido nela? Conforme o imã é aproximado o fluxo magnético que atravessa a bobina aumenta (o número de linhas de indução do campo magnético que atravessa a bobina aumenta). Isto significa que o fluxo magnético através da bobina é variável. 3. Manter o imã em repouso no interior da bobina e descrever o comportamento do ponteiro do galvanômetro. O ponteiro do galvanômetro não se movimenta indicando que não circula corrente na bobina. 4. Movimentar o imã retirando-o do interior da bobina e observar a indicação do galvanômetro. Na medida em que o imã é retirado o ponteiro do galvanômetro deflete indicando que uma corrente circula na bobina. Essa corrente induzida surge devido à variação de fluxo magnético que atravessa a bobina. 5. Utilizando uma bússola ou outro imã de polos definidos, identificar a polaridade do imã indutor. 6. Aplicar a Lei de Lenz e identificar o sentido da corrente induzida na bobina com a aproximação do polo norte do imã.

54 MANUAL DO ALUNO Com a aproximação do polo norte do imã o fluxo magnético está dirigido para dentro da bobina e aumenta com a aproximação. Nestas condições, (de acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida deve produzir um fluxo em oposição à variação fluxo indutor) a corrente induzida produz um fluxo que tende a diminuir o fluxo indutor, portanto nessa extremidade da bobina surge um polo norte induzido. Pela regra da mão direita para que isso aconteça o sentido da corrente induzida deverá ser anti-horário. 7. Identificar a polaridade do campo magnético originado pela corrente induzida.na parte externa da bobina. 8. Justificar porque quando o imã permanece em repouso, não ocorre indicação de corrente induzida. Para que ocorra o surgimento de corrente induzida é necessário que haja variação de fluxo magnético. Como o imã permanece em repouso, não há variação de fluxo magnético e conseqüentemente não ocorre o surgimento de corrente induzida. 9. Repetir os procedimentos com as bobinas de 400 e 600 espiras. Explicar o que ocorre de diferente com a deflexão do ponteiro do galvanômetro. Como aumenta o número de espiras, a fem e a corrente induzida aumentam e o ponteiro do galvanômetro sofre deflexões maiores.