Baixe Experimento de Força Magnética: Análise da Interação entre Campo Magnético e Condutor e outras Exercícios em PDF para Física Experimental, somente na Docsity!
FÍSICA 3 EXPERIMENTAL
TURMA 03
Experimento 4 – força magnética 25/10/ Participantes:
- Samuel Lucas Soares dos Santos - 222016405
- Guilherme de Andrade Sanita - 211041615
- Mateus Sottomaior Safe Feitosa - 211068753 1.0 introdução teórica A força magnética é uma interação fundamental que ocorre quando partículas carregadas eletricamente estão em movimento dentro de um campo magnético. Essa força é responsável por inúmeros fenômenos e aplicações na física e engenharia, como o funcionamento de motores elétricos, geradores, e tecnologias de ressonância magnética. Quando uma carga 𝑞 com velocidade 𝑣 ⃗atravessa um campo magnético 𝐵 ⃗, a força magnética exercida sobre ela é dada pela equação vetorial: 𝐹 ⃗= 𝑞 𝑣 ⃗× 𝐵 ⃗ No caso de um condutor com corrente elétrica, a força magnética sobre um segmento do fio é descrita por: 𝐹 ⃗= 𝐼 𝐿 ⃗× 𝐵 ⃗
onde 𝐼 é a corrente no fio, 𝐿 ⃗é o vetor comprimento do segmento do fio, e 𝐵 ⃗é o campo magnético. A direção e o sentido da força são determinados pelo produto vetorial e seguem a regra da mão direita. Esse fenômeno permite manipular forças em circuitos e determinar os efeitos de campos magnéticos em sistemas físicos. O comportamento dessa interação também é influenciado pelo ângulo 𝜃 entre 𝐿 ⃗e 𝐵 ⃗, sendo a força máxima quando o ângulo é 90º e nula quando 𝜃 = 0º. Neste experimento, utilizam-se equipamentos como balanças, bobinas e um teslâmetro com sonda Hall para mensurar e analisar a força magnética em diferentes condições controladas. Variáveis como a intensidade do campo magnético, o comprimento do segmento do condutor e a corrente elétrica serão exploradas para compreender as relações funcionais desses parâmetros. 2.0 objetivos O experimento tem como objetivo principal estudar a força magnética exercida por um campo magnético uniforme sobre um segmento de condutor retilíneo percorrido por corrente elétrica constante. Para isso, busca-se compreender como diferentes grandezas influenciam a interação entre o campo magnético e o condutor. Inicialmente, utiliza-se um teslâmetro com sonda Hall para determinar a relação entre o campo magnético gerado pelas bobinas e as diferentes intensidades de corrente que as alimentam. Essa etapa é fundamental para quantificar a magnitude do campo magnético presente no sistema. Além disso, o experimento avalia a variação da força magnética em função de dois parâmetros principais: o comprimento do segmento do condutor imerso no campo magnético e a corrente elétrica que o percorre. Isso permite verificar como essas variáveis alteram a intensidade da força. Outro aspecto investigado é a relação entre a força magnética e o módulo do campo magnético, mantendo constante a corrente elétrica no condutor enquanto se varia a corrente aplicada nas bobinas, o que possibilita compreender a influência direta da intensidade do campo magnético sobre a força gerada. Por fim, será analisada a dependência angular da força magnética, determinando como a orientação relativa entre o vetor campo magnético e o vetor comprimento do condutor afeta a magnitude da força. Para isso, mede-se a variação da força em função do seno do ângulo 𝜃 θ
de 0 a 5 A, registrando-se os valores do peso aparente em cada caso. Esse procedimento foi repetido para espiras de diferentes comprimentos (L = 25 mm, L = 50 mm e L = 100 mm), com os respectivos valores do peso aparente sendo anotados. Ademais, A espira de L = 100 mm foi posicionada na balança, e a corrente na espira iL foi ajustada para aproximadamente 3 A. A corrente no circuito de enrolamento iB foi então variada de 0 a 2 A, enquanto os valores do peso aparente foram registrados em cada caso. Esse mesmo procedimento foi realizado para outra espira de comprimento L =50mm, mantendo-se iL = 3 A. Por fim, os blocos polares foram posicionados a uma distância de 4 cm. A espira de L = 25 mm foi utilizada, com a corrente na espira iL ajustada para 5 A e a corrente no circuito de enrolamento iB ajustada para 2 A. O núcleo de ferro foi então rotacionado de 0° a 90°, enquanto os valores do peso aparente foram medidos e registrados. 5.0 resultados e análises 5.1a Resposta à corrente de enrolamento(1cm de distância) Utilizando os dados da tabela 1 foi plotado um gráfico de Corrente(A) vs Campo Magnético(mT)
É notável que há um comportamento linear do campo magnético conforme aumentamos a corrente, conforme prevê a equação: 𝐹 ⃗= 𝐼 𝐿 ⃗× 𝐵 ⃗ 5.1b Resposta à corrente de enrolamento (4cm de distância) Utilizando os dados da tabela 2, foi plotado outro gráfico de Corrente(A) vs Campo Magnético(mT) É notável também um comportamento linear, conforme a mesma equação já mencionada, porém, como os blocos polares estão mais afastados, o campo magnético possui valores menores, isso se dá pelo fato das linhas de campo estarem mais espalhadas entre os dois blocos, o que faz com que a detecção seja menor neste caso.
Com os dados do ajuste, o valor do campo magnético é de – 133,55 ± 0,07 mT, por se tratar de um experimento semelhante, o sinal do campo se dá pelo mesmo motivo do 5.2a. Esse resultado é condizente, uma vez que espera-se que o módulo do campo magnético seja menor uma vez que o comprimento da espira aumentou de comprimento. 5.2c Força Magnética(espira de 50mm) Utilizando os dados da tabela 5, foi plotado um gráfico de Corrente(A) x Peso Aparente(g)
Com os dados do ajuste, o valor do campo magnético é de – 109,3 ± 0,1 mT, o sinal do campo se dá pelo mesmo motivo do experimento 5.2a, e o resultado, assim como o anterior é condizente, porque a espira é maior nesse caso. 5.2d Força Magnética(espira de 100mm) Utilizando os dados da tabela 5, foi plotado um gráfico de Corrente(A) x Peso Aparente(g)
Com os dados do ajuste, o valor do campo magnético nesse caso é de - 161,7 ± 0,3 mT, o valor é negativo porque, como anteriormente, o campo está na direção contrária a força peso. 5.3b Força Magnética(espira de 50mm) Utilizando os dados da tabela 7, foi plotado um gráfico de Corrente(A) x Peso Aparente(g)
Com os dados do ajuste, o valor do campo magnético é de - 167,1 ± 0,2 mT. O valor é condizente, visto que seu módulo aumentou quando a espira diminuiu. 5.4 Dependência angular Utilizando os dados da tabela 8, foi plotado um gráfico de sen θ x Peso Aparente(g)
Distancia: 4cm Corrente A Campo mT 3.97 60 3.47 55 2.98 49 2.48 34 1.98 29 1.47 24 1.00 15 0.50 8 0.03 0 6b Espira L=12.5mm Distancia: 1cm Corrente iL A Peso Aparente 4.85 27. 4.47 27. 3.98 28. 3.50 28. 3.00 28. 2.53 28. 1.99 28. 1.51 28. 1.00 28. 0.52 28. 0.00 28. Espira L=25mm Distancia: 1cm Corrente iL A Peso Aparente 4.91 30. 4.50 30.
Espira L=50mm
Distancia: 1cm Espira L=100mm Distancia: 1cm
- 3.97 31.
- 3.48 31.
- 3.03 31.
- 2.55 31.
- 2.05 31.
- 1.49 31.
- 1.00 32.
- 0.49 32.
- 0.00 32.
- 4.93 35. Corrente iL A Peso Aparente
- 4.51 35.
- 4.01 36.
- 3.46 36.
- 2.97 36.
- 2.48 36.
- 1.94 37.
- 1.49 37.
- 0.98 37.
- 0.47 38.
- 0.00 38.
- 4.86 34. Corrente iL A Peso Aparente
- 4.50 34.
- 3.99 35.
- 3.50 35.
- 3.00 36.
- 2.48 36.
- 1.98 37.
- 1.51 37.
- 1.00 38.
- 0.52 39.
- 0.00 39.
Ângulo Peso Aparente 0 32. 30 32. 60 32. 90 32. 6.0 conclusões Através do experimento, observou-se que diversos fatores afetam a força magnética. Entre eles, foram analisados a influência da intensidade da corrente que circula pela espira, a intensidade do campo magnético em que a espira está inserida, o comprimento do fio que conduz a corrente e o ângulo entre as linhas do campo e o fio. Conclui-se que o experimento é válido para estudar a força magnética e para confirmar experimentalmente sua teoria. Além disso, pode-se afirmar com clareza que a intensidade do campo magnético gerado por uma bobina é diretamente proporcional à corrente que circula por ela, o que possibilita a criação de campos eletromagnéticos controlados. 7.0 referências bibliográficas
- 1. WALKER, Jearl; HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de Física: volume 3 - Eletromagnetismo. [s.l.]: LTC, 2009.
- 2. Roteiro 2 - Resistência elétrica, lei de Ohm e Diodo. Todas as imagens estão disponíveis no roteiro. Disponível em: https://aprender3.unb.br/mod/resource/view.php?id=1289242. Acesso em: 22 nov. 2024.
- 4. SIDAVIS. Software para análise de dados. Disponível em: https://scidavis.sourceforge.net/. Acesso em: 22 nov. 2024.
