PROJETO Eletromagnetismo Caro aluno, Em breve estudaremos os conceitos e princípios do eletromagnetismo voltados ao entendimento dos geradores e motores elétricos. Para auxiliar no entendimento desses conhecimentos, propomos que vocês construam um dispositivo baseado em um dos temas abaixo: a) Efeito motor; b) Motorzinho elétrico; c) Descoberta de Oersted. O educador fará a divisão dos grupos (cada grupo desenvolverá um tema) e marcará o dia da apresentação. Os critérios de avaliação serão: 1) Montagem do Experimento (0,25 ponto) 2) Apresentação do Experimento (0,25 ponto) - Funcionamento 3) Relatório (0,5 ponto), para correção do relatório, atribuir: 3.1) Introdução, conclusão e bibliografia - 0,1 ponto 3.2) Procedimentos de montagem e relato sobre o funcionamento: dificuldades encontradas e soluções - 0,1 ponto 3.3) Explicações teóricas - 0,2 ponto 3.4) Ilustrações (fotos, links de vídeos, desenhos com esquemas da ação das forças magnéticas, etc) - 0,1 ponto Assim o desenvolvimento do seu projeto poderá acrescentar até 1,0 ponto na nota final de Eletromagnetismo. Materiais que serão fornecidos: Fio esmaltado n 21 (AWG) Imãs de ferrite em forma de disco D ext : 20 mm Varetas cilíndricas de latão -D ext : 2,4 mm. Fio tipo rabicho para circuito elétrico. Materiais que cada grupo deve providenciar: Pilhas e porta pilhas Bússola simples 1
a) Efeito motor Montagens alternativas sugeridas. Com a fonte de tensão de 3 V, o interruptor de 2 polos( dispensável), um imã de HD (ou outro qualquer) e uma base de madeira dotada de dois fios de cobre rígido A e B fixos e um outro fio C móvel, faça a montagem esquematizada. Observação: os fios A e B devem ficar na horizontal e um pouco acima do imã a ser usado; o fio A deve ser retilíneo e apoiado em A e B, de modo que ele se possa deslizar livremente. Observando o efeito motor. Fazendo circular corrente elétrica contínua pelo circuito, o fio C será defletido num ou noutro sentido obedecendo a força magnética resultante F sobre o fio C. b) Motor elétrico didático Material 2
1 metro de fio esmaltado de cobre n o 21( 0,7 mm de diâmetro) ( pode ser usado fio de cabo telefônico encapado com plástico); madeira compensada com dimensões de 1,5 x 14 x 18 cm; porta pilhas para duas pilhas grandes (fonte 3V); um imã ou pedaço de imã de alto falante; dois clipes; pedaços de fios; lâmina de alumínio para a lingueta do interruptor; parafusos, massa epoxi. Observação: não há necessidade do interruptor: a ligação pode ser direta, apenas encostando o fio no suporte do rotor. Dicas para a construção do rotor ( bobina circular ou retangular) Usando como molde a pilha grande, enrole cerca de 8 a 10 espiras para fazer uma bobina circular, deixando aproximadamente 5 cm de fio ( rabicho ) em cada extremidade. Os rabichos devem ser enrolados ao redor das espiras para melhor fixá-las. Com um estilete, raspar parcialmente o esmalte de um dos rabichos. O outro deve ser raspado totalmente. IMPORTANTE: passar lixa fina ou palhinha de aço para melhorar o contato elétrico. c) A descoberta de Oersted. O material pode ser utilizado para se verificar a descoberta de Oested, ou seja, a descoberta de que a corrente elétrica gera campo magnético. Para tal um circuito como o acima figurado pode ser usado. O fio de latão ( ou cobre) deve, inicialmente, ser posicionado paralelamente à agulha da bussola que indica a direção N-S local. Pesquise o sentido do campo magnético gerado ( mesmo sentido da agulha da bússola). Qual a configuração dos vetores que representam o campo magnético ao redor do fio conduzindo a 3
corrente elétrica I? Calcule o valor do campo magnético em diferentes pontos e mostre a direção e sentido do vetor campo magnéticos nestes pontos. OBSERVAÇÃO: a bússola não consta do material. APÊNDICES I - Construindo uma bússola de prego ou de agulha de costura Usar um prego de aço ou agulha de aço imantado ( para a imantação, atritar um dos polos do imã sempre num mesmo sentido - a extremidade pontiaguda do prego ou agulha). Prepare um flutuador, feito com umapequena semi-esfera de isopor. Coloque um lastro, para abaixar o centro de gravidade da esfera e melhorar a estabilidade do conjunto.transpasse o prego imantado no isopor e coloque o conjunto num recipiente com água. O prego se alinhará no campo magnético da Terra e apontará a direção Norte-Sul magnética. II - Força de Lorentz A interação de uma carga elétrica q com um campo magnético B e um campo elétrico E é descrita pela Lei de Lorentz : 4
Na ausência de um campo elétrico a força de Lorentz se reduz a F = qv B ; as direções que os três vetores F; ve B guardam entre sí são determinadas pela regra do produto vetorial; assim, o vetor Fé perpendicular ao vetor ve, também, ao vetorb. Os sentidos dos vetores participantes do produto vetorial podem ser visualizados por uma regra prática: a regra da mão direita para carga q ser positiva. Intensidade ou módulo da força magnética F = qv Bé assim expressa, conforme regra do produto vetorial: F = q.v.b.senθ, onde θ é o menor ângulo entre os vetores v e B. No caso em que θ = 90, a intensidade da força magnética se reduz a F = q.v.b. A intensidade força de Lorentz pode ser adaptada à corrente elétrica I, pois a corrente elétrica é, por convenção, a medida da quantidade de cargas positivas elétricas que passa por uma secção transversal do condutor na unidade de tempo, ou seja, I = dq/dt. Elétrons, portadores de cargas negativas, movendo-se num sentido corresponde a cargas positivas movendo-se em sentido oposto. Nos condutores são os elétrons que se movem. Assim a corrente eletrônica é num sentido é a CORRENTE ELETRICA CONVENCIONAL é no sentido oposto. Para conhecer o sentido da força magnética, adaptamos a regra da mão direita para cargas positivas em movimento, para CORRENTE ELÉTRICA I CONVENCIONAL, ou seja, oposto ao sentido de movimento dos elétrons livres no caso de condutores metálicos. Num circuito de corrente contínua a corrente elétrica flui do terminal POSITIVO para o terminal NEGATIVO da fonte de tensão ( por exemplo, de uma pilha ou bateria) 5
No caso acima figurado, o fio móvel C é posicionado acima da região I de um imã de HD. Devido à exígua distância entre o fio C e o imã, podemos considerar o campo magnético B perpendicular ao fio C ( e portanto, perpendicular à corrente elétrica convencional I). Conhecendo-se o sentido da corrente elétrica e o sentido da força magnética, pela regra da mão direita ( Regra de Laplace), conforme figurado, podemos determinar o sentido do campo magneto. Observação: os fios A e B devem ficar na horizontal e um pouco acima do imã a ser usado; o fio móvel C deve ser retilíneo e apoiado em A e B, de modo que ele se possa deslizar livremente. 6