Campo magnético da terra, Trabalhos de Física Experimental

Baixe Campo magnético da terra e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity! Universidade Federal de Campina Grande Curso: Engenharia mecânica Disciplina: Física experimental II Professor : Pedro Luiz do Nascimento Aluno: Lucas Duarte Silva Matrícula:119111334 PREPARAÇÃO - CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA 1. A agulha de uma bússola, quando não se encontra submetida a ação de um campo magnético artificial, sempre se orienta na direção norte-sul. Explique por que isto acontece. Resposta: Isso acontece porque a agulha da bússola se alinha com a direção do campo magnético da terra. 2. Haveria situações em que um campo magnético artificial poderia não ser detectado pela agulha da bússola? Explique. Resposta: Sim, poderia quando o ângulo entre o campo magnético produzido no laboratório e o campo magnético produzido pela terra forma um ângulo de 45º. 3. Descreva a influência de um campo magnético artificial sobre a direção da agulha de uma bússola que se encontra na superfície da terra. Resposta: Influencia quando submetermos uma bússola qualquer ao efeito do campo magnético criado no laboratório, a mesma não irá mais se alinhar segundo a direção do campo da terra, mas segundo a do campo resultante Br = Bh + Ba, como a direção do campo magnético resultante depende dos valores de Bh e Ba, podemos variar a direção do ponteiro da bússola variando o valor de Ba. 4. Dê um argumento qualitativo para o fato de que no centro de uma espira quadrada o campo magnético é perpendicular ao plano da espira. Resposta: Para uma dada espira, o campo no seu centro será 4 vezes esse valor. No nosso caso temos uma espira quadrada, isto é, y = a. Assim, fazendo Ba = 4Bp e substituindo y = a, o campo resultante Ba será dado por: Como temos oito voltas de fios, o campo no centro da bobina será 8 vezes esse valor. 5. Em um ponto fora do centro da espira, porém situado no plano da mesma, o campo magnético ainda é perpendicular ao plano da espira? Justifique. Resposta: Sim, o campo magnético continua sendo perpendicular ao plano da espira. A componente do campo magnético perpendicular passando para a área é constante em toda a área, e que a área é plana. Se isso não for o caso, então o cálculo teria que ser usado para localizar o fluxo. 6. Em um ponto fora da espira, porém situado sobre o eixo da mesma, o campo magnético ainda é perpendicular ao plano da espira ? Justifique. Resposta: Sim, o campo magnético continua sendo perpendicular ao plano da espira, considerando que quando ligamos as extremidades ou pontas de um fio condutor temos uma espira. De uma forma geral, a espira é sempre representada por uma figura plana, como um retângulo, um triângulo, uma elipse ou um círculo. No caso da espira circular, o campo magnético associado a ela apresenta as seguintes características no seu centro: ● Direção: perpendicular ao plano da espira; ● Sentido: é obtido utilizando-se a Lei de Ampère, regra da mão direita. Aqui, consideramos cada trecho da espira como se fosse um pedaço de fio reto e longo; ● Intensidade: Pode ser calculada pela expressão: B=u.I2.r. Onde r é o raio da circunferência formado pela espira. Se considerarmos várias voltas iguais em torno da mesma circunferência, teremos uma superposição de espiras (bobina chata ou plana) e o valor da intensidade do campo magnético no centro da bobina será dado por: B=N.u.I2.r Onde, N representa o número de espiras que formam a bobina. Isso ocorre quando o comprimento da bobina for pequeno, comparado com o seu raio. Devemos notar que um observador colocado acima da espira vai enxergar as linhas de campo saindo. E essa parte representa o pólo norte do ímã (espira circular percorrida por corrente elétrica). Já quem estiver abaixo verá as linhas de campo entrando, e essa parte representa o pólo sul do ímã. Essas regiões podem ser representadas da seguinte maneira: Logo, se um ponto estiver fora do centro da espira, porém, situado no plano da mesma, o campo magnético continua sendo perpendicular ao campo da espira. 7. Há regiões próximas a espira onde o campo magnético não seja perpendicular ao plano da mesma? Explique qualitativamente quais são estas regiões. Resposta: Somente existem regiões próximas a espira onde o campo magnético seja perpendicular ao plano da mesma. Ou seja, um campo magnético uniforme B passa perpendicularmente através de espiras de fio formando uma espira. O fluxo líquido do campo magnético B, denotada ΦB (Fluxo é a letra grega phi). Da nossa compreensão qualitativa do fluxo, sabemos que apenas a parte perpendicular do campo contribuirá para ΦB. De uma extensão direta temos que, neste caso, o fluxo líquido magnético através do circuito é dada por: ΦB= NB 丄 A. E esta definição assume que a componente do campo bússola, ela não se alinhará mais somente de acordo com o campo magnético da Terra, mas sim de acordo com o campo resultante entre o da Terra e o gerado artificialmente. É possível fazer, então, a seguinte esquematização: A figura (a) representa o alinhamento da bússola segundo somente à presença do campo magnético terrestre. A figura (b) representa um campo resultante Br devido à interação entre os campos terrestre Bh e artificial Ba, com um determinado ângulo ፀ. Como a direção do campo magnético resultante depende de Bh e Ba, é possível variar a direção do ponteiro da bússola uma vez variando o valor de Ba. O campo Ba será gerado por uma bobina quadrada, de lados 2a. O campo no centro desta bobina é perpendicular ao plano da mesma e pode facilmente ser calculado, bastando para isso, que calculemos o campo produzido por um dos lados da bobina e multipliquemos por quatro. Para isso sabemos que o campo produzido por um fio percorrido por uma corrente num ponto P equidistante das extremidades é dado por: Sendo os ângulos de 45° e y = a: Nesse caso, temos uma espira quadrada e Ba = 4.B. Como temos 8 voltas de fios, será 8 vezes esse valor: Podemos observar que Ba = CI, onde: Objetivos Aplicação de um método simples de medição da intensidade da componente horizontal do campo magnético (indução magnética B) da terra em laboratório, determinando o valor do campo magnético terrestre. Material Utilizado Para realizar o experimento foram necessários os seguintes materiais: ● Fonte de tensão DC regulável ● Reostato ● Amperímetro ● Sistema constituído de bobina quadrada e bússola Desenvolvimento Procedimento experimental Para iniciar o experimento, fez-se a seguinte montagem: Ao completar a montagem do circuito, ajustamos a bobina-bússola de modo que o ponteiro da bússola indicasse o eixo Norte-Sul. Em seguida, colocamos a fonte de tensão na posição 4V DC e aplicamos uma corrente de 0,1A no circuito. O campo magnético criado pela corrente, provocou uma inclinação na direção da agulha da bússola. Este deslocamento angular foi anotado na Tabela 1. Em seguida, aumentamos a corrente para 0,2A e anotamos o deslocamento angular. Foi medido o deslocamento angular a cada aumento de 0,1A até 1A. Posteriormente, repetimos todo o procedimento mais duas vezes e calculamos a média de cada variação angular em função da variação da corrente. Completando assim a Tabela 1. Resultados e discussões Para calcular a componente horizontal do campo magnético da terra, usamos a seguinte equação: Como N=8; = 4π*10-7μ; I=0,7; a = 13,85; ፀ = 45º, substituindo os valores: Bh= 0,000000229 T Agora, com o valor de Bh podemos calcular o desvio percentual entre esse Bh calculado e o Bh esperado que equivale a Bh = 0,23 gauss - 1 gauss = 10^-4w/A.m