Demonstração da Força de Lorentz, Manuais, Projetos, Pesquisas de Física

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

FACULDADE DE TECNOLOGIA

ENGENHARIA ELETRICA

RELATÓRIO lV: FORÇA DE LORENTZ

MANAUS

WILLIAM BITAR BARROSO DOS SANTOS

RELATÓRIO lV: FORÇA DE LORENTZ

Relatório solicitado na Universidade

Federal do Amazonas – UFAM, do curso de

bacharelado em Engenharia Elétrica, na

disciplina de Laboratório de Física IIE, sob a

orientação do professor Octavio, como requisito

para obtenção de nota parcial.

MANAUS

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1 - Balança de corrente Por muito tempo acreditou-se que o magnetismo era uma ciência separada da eletricidade. Até que, no ano de 1820, Oersted observou que a passagem de uma corrente elétrica causava uma deflexão na agulha imantada pela bússola, o que modificou o rumo dos estudos do magnetismo. A balança de corrente é um dispositivo que permite detectar e medir variações nas forças às quais um condutor é submetido enquanto é percorrido por uma corrente elétrica. Um imã permanente com o formato de ferradura suspenso por um eixo, produz um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente “i”. A interação entre a corrente elétrica i e o campo magnético B (gerado pelo imã) no qual o condutor desta corrente é imerso, resulta numa força dF, que neste caso, atua no trecho dL do condutor e é dada por: 𝑑𝐹 = 𝑖. 𝑑𝐿. 𝐵 O princípio da balança de corrente é similar ao de uma balança mecânica comum: o condutor (no qual circula a corrente elétrica) é suportado por contatos finos e flexíveis, que permitem mobilidade à balança. 2 - Força de Lorentz Na física, a força de Lorentz é combinação (ou superposição) da força elétrica proveniente de um campo elétrico E com a força magnética originada de um campo magnético B em um ponto de carga. Esta força é dada pela fórmula: 𝐹 = 𝑞. (𝐸 + 𝑣𝐵) Onde v é a velocidade, B o campo magnético, E o campo elétrico e q a carga elétrica. A fórmula que descreve a contribuição da força magnética em relação a força de Lorentz é: 𝐹𝑚 = 𝑞. (𝑣 𝑥 𝐵) Para que a superposição ocorra, é necessário que a partícula possua uma carga elétrica não nula (𝑞 ≠ 0 ) e esteja em movimento em uma região do espaço que possua o campo magnético. Observando somente as forças elétricas, se a velocidade foi nula, a partícula estará somente sob influência da força elétrica (𝐹 = 𝐹𝑒 = 𝑞𝐸). É importante notar que algumas referências definem a força de Lorentz apenas como a componente de origem magnética, dando à força eletromagnética total algum outro nome. Aqui está a se ver o termo força de Lorentz como a força elétrica mais a força magnética. A componente magnética da força de Lorentz se manifesta também como a força que atua em um fio conduzindo uma corrente elétrica, imerso em uma

região com campo magnético, também conhecido como força de Laplace.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Material Necessário:  1 balança de corrente;  1 espira, L = 50mm, n = 1;  1 espira, L = 50mm, n = 2;  1 fonte CC variável;  1 teslâmetro digital;  1 imã formato U;  Fios de conexão.

1. Instalou-se a placa de L = 50mm, n = 1 no braço da balança;
2. Conectou-se a placa com as fitas condutoras flexíveis e estas a um suporte e o suporte a uma fonte de tensão;
3. Mediu-se a massa da placa, e depois foi ligada a fonte;
4. Aumentou-se a corrente na espira e foi observado que a placa foi puxada para baixo devido a presença do campo magnético do imã;
5. A corrente foi alterada de 0,4 ate 4,0A e medimos a massa aparente de placa, para dez valores de corrente;
6. O procedimento foi repetido para a placa de L = 50mm, n = 2.

Tabela da variação de massa para verificação da força real aplicada, obtemos a força multiplicando a variação da massa pela aceleração da gravidade: 𝐹 = ∆𝑀. 𝑔 Com: g = 9 ,8m/s² I(A) ∆M n^ = 1(g) F n = 1(mN) ∆M n = 2(g) F n = 2(mN) 0,4 39,24 – 39,1 = 0,

A razão dos comprimentos de L, sendo L1 = 50mm, n =1 e L2 = 50mm, n = 2(L2 = 100mm) é: L2/L1 = 100mm/50mm = 2 Para uma corrente de 2,0 A , sendo I1 e I2 as correntes de L1 e L2 respectivamente, obtivemos a razão:

1 grafico de F x i para cada variação de L CONCLUSÕES É possível notar as interações existentes entre o campo magnético do imã e a corrente elétrica. Esta é comprovada pelo aparecimento da força magnética, paralela ao peso da placa. Tal força gera a força de Lorentz, com a combinação da corrente aplicada. Observamos também que alterando os pólos do ímã, alteramos o campo de indução magnética, o que reflete igualmente numa variação da massa na balança. Determinamos o sentido do campo magnético utilizando a regra ”da mão direita” e do “tapa”. De acordo com a literatura, experimentalmente se pode evidenciar que por existência da força de Lorentz a balança passa a registrar uma variação na massa proporcional a corrente aplicada. Constatou-se que o valor do campo magnético medido a partir da tangente das retas dos gráficos 𝐹 𝑥 𝑖 nos indutores de diferentes comprimentos chegou próximo a medida feita com o teslâmetro, que foi de 58,5mT. Visto que para L = 50mm obteve-se 57,8mT e para L = 100mm teve-se 60mT, por causa de ajustes feitos na escala na hora da confecção do gráfico. Essas pequenas diferenças são devidas a propagação de erro nos arredondamentos feitos nos cálculos e nas medidas em laboratório. Se as medidas tivessem sido feitas com mais rigor, teríamos forças mais precisas e teríamos a razão das forças ainda bem mais próximo de 2, que é o valor da razão dos comprimentos, mas isso não comprometeu a verificação da proporcionalidade da força de Lorentz e L. 0 5 10 15 20 25 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4, F^ n = 1 (mN) F n = 2 (mN) I(A)

Fm(mN) x i(A)

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