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Coordenador: Prof. Dr. José Joaquim Lunazzi Aluno: Carlos Alberto Mota Castro R.A.: 088210 Orientador: Prof. Dr. Richard Landers
1 - Resumo O trabalho realizado consistiu na construção de um experimento para mostrar o funcionamento de um motor eletromagnético, que tem por objetivo utilizar-se de energia eletromagnética para a sua locomoção. E também a construção de um galvanômetro caseiro. 2 - Objetivos Construir um protótipo de um motor eletromagnético como citado acima utilizando-se de uma pilha AAA, fio de estanho, madeira e dois ímãs e responder a pergunta por que o veículo funciona com pilhas AAA de 1,5v e não funciona com pilhas de 12v(pilhas de controle remoto de garagem de veículos). Construir também um galvanômetro a partir de fio de cobre, 2 pilhas, papelão ou isopor, uma agulha, linha de costura, ímã e silicone em bastão. 3 - Teoria 3.1.1 - Motor eletromagnético Na física chamamos de solenoide todo fio condutor longo e enrolado de forma que se pareça com um tubo formado por espiras circulares igualmente espaçadas. Este condutor também pode ser chamado de bobina chata. Portanto, ao se deparar com ambos os nomes, lembre-se que eles são sinônimos, pois nos dois casos temos um agrupamento de espiras. O enrolamento de um fio sobre um tubo de caneta, por exemplo, é um solenoide. Configuramos um solenoide a partir da reunião das configurações das linhas de campo magnético produzidas por cada uma das espiras. Para fazermos um solenoide basta enrolarmos um fio longo sobre um tubo de caneta, por exemplo. A figura abaixo nos mostra um solenoide percorrido por uma corrente elétrica i e de comprimento L.
i = Vab/(Ri+Rb) No qual VAB é a tensão aplicada no circuito, Ri é a resistência interna da pilha e Rb na resistência da bobina. É possível afirmar que o valor da força que é gerada pelo campo eletromagnético no interior da espira é dado por: 𝐹 𝑖 𝑑𝑙𝑥𝐵 =. No qual 𝑑𝑙 é o comprimento do fio (2 𝜋𝑟 𝑛. ), 𝑟 é o raio da bobina, 𝑖é a corrente e 𝐵é o campo magnético no interior da bobina. 3.1.2 - Tensão contínua A ddp medida numa fonte de tensão contínua quando não fornece corrente a um circuito, é numericamente igual à força electromotriz, E, da fonte. Num circuito alimentado por uma fonte de tensão ideal, a ddp entre os pontos A e B, VAB, é ainda igual à força electromotriz, E, da fonte. Contudo, num circuito com uma fonte real, é necessário ter em conta a resistência interna ri da própria fonte. Figura 3: Variação da tensão VAB aos terminais de uma fonte de tensão de força electromotriz E, em função da corrente eléctrica I: a) para uma fonte ideal; b) para uma bateria. Quando a bateria funciona na zona de variação aproximadamente linear é bem modelada como sendo uma fonte ideal em série com uma resistência (a sua resistência interna) e é costume designá-la, então, por fonte de tensão real.
Figura 4: Circuito elétrico alimentado por: a) fonte de tensão ideal; b) fonte de tensão real 3.1.3 - Resistência interna de uma pilha O valor da resistência interna de uma pilha pode ser determinado montando um circuito equivalente ao da figura 4-b) e medindo a ddp VAB para diferentes valores conhecidos da resistência de carga R. Uma vez que VAB = RI = E − ri.I, a representação gráfica de VAB em função da corrente eléctrica I que percorre o circuito – calculada para cada valor de R por aplicação da lei de Ohm –, permite extrair, da parte linear de VAB(I) (figura 3 -b)), o valor da resistência interna da pilha, ri. 3.2 - Galvanômetro O galvanômetro é um dispositivo utilizado nos instrumentos de medidas elétricas, capaz de detectar e medir pequenas intensidades de correntes elétricas que passam por ele, bem como de indicar o sentido da corrente elétrica. Para o estudo de medidas elétricas, ou seja, quando se trabalha com circuitos elétricos. Um ímã permanente suspenso pelo sentro de gravidade é colocado no interior de uma bobina. Quando não passa corrente pela bobina, o ímã fica com o eixo na direção do meridiano magnético do lugar. Quando passa a corrente I, que desejamos medir, ele cria um campo magnético. Os polos do ímã ficam sujeitos a forças, e o ímã se desloca, girando de um ângulo A.
Figura 6: estanho preso a madeira A partir desse passo separou-se os ímãs que estavam inicialmente grudados, colocou-os de lado e virou a posição de um dos lados de ponta cabeça para colocar em cada lado da pilha conforme figura 7. Figura 7: ímã junto a pilha A partir desse passo foi colocado cada ímã em um dos lados da pilha, formando desse modo o motor. É importante ressaltar que graças aos ímãs de neodímio, é possível gerar um campo magnético muito forte no interior da bobina. A partir desses passos colocou-se a pilha com os ímãs dentro da bobina feita de fio de estanho, resultando desse modo em um
movimento devido a um campo magnético que atrai um dos ímãs e repeli o outro. 4.1.1 - Determinação das resistências internas das pilhas Para a realização do experimento serão necessários:
4.1.1.6 - Construa o gráfico da tensão VAB em função da corrente I para a pilha de 12 V. Compare os gráficos obtidos com o representado na fig. 3-b) e, utilizando os pontos em que o comportamento da pilha pode ser aproximado por uma fonte de tensão real, determine a resistência interna da pilha. Gráfico 2: Gráfico VxI da pilha de 12 V o qual mostra uma resistência interna igual a 44,66 ohms Resistência interna da pilha de 12 V: 44,66 ohms 4.2 - Conclusões sobre o Mobil “de quem”:
B= u 0 n i = 4.π.
N** Como a resistência interna da pilha de 12 V é mais que 100 vezes maior que a resistência interna da pilha de 1,5 V, temos que a corrente produzida no circuito da pilha de 12 V é menor que a corrente produzida pelo circuito da pilha de 1,5 V e consequentemente também temos uma força gerada pelo campo eletromagnético menor aplicada sobre o circuito da pilha de 12 V. Tal força gerada no circuito da pilha 12 V não é suficientemente forte para mover a pilha dentro da bobina. 4.3 - Galvanômetro Para a realização do experimento serão necessários:
