Experimento 10: Campo Magnético da Terra

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS

CURSO: BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO

NOTA

EXPERIMENTO 10: CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA

PROFESSOR: TURMA: DATA: / /

ALUNOS

1 – 4 –

2 – 5 –

3 – 6 –

1 – OBJETIVO: Obter o módulo do campo magnético da Terra utilizando

conceitos da magnetostática. Determinar o módulo e a direção do campo

magnético gerado por uma espira e um solenóide, e os efeitos destes sobre a

orientação relativa do ponteiro de uma bússola;

2 – INTRODUÇÃO: O módulo do campo magnético Bs no centro de um

solenóide circular de comprimento L contendo N espiras é dado por Bs =μ0.n.I,

com μ0 = 4π х 10–7T.m/A que é a constante de permeabilidade do meio e, ainda

temos n = N/L que é a densidade linear de espiras. O torque τ exercido pelo

campo B sobre um dipolo magnético μ é dado por τ = B х μ e seu módulo é

dado por τ = B.μ.sen(α) e

é o ângulo entre os vetores B e μ . O torque tende a

fazer o dipolo girar no sentido de reduzir o ângulo

, ou seja, no sentido da

posição de equilíbrio estável. Em sistemas que apresentam mais de um campo

magnético o campo resultante é dado pela soma de todas as componentes.

Assim o campo resultante BR é escrito como BR = Σ Bi. Um dipolo pode ser o

ponteiro de uma bússola. Para uma corrente que passa por um determinado fio, como mostrado na figura 01, a

regra da mão direita é usada para determinar a direção e sentido do campo magnético gerado por uma corrente

elétrica I no ponto P. Na regra da mão direita o polegar indica o sentido da corrente e os outros dedos indicam o

sentido e direção do campo magnético. A Lei de Biot-Savart é descrita pela Eq. 01.

3 – MATERIAL UTILIZADO

•01 solenóide; •01 multímetro com função para amperímetro;

•Conetores do tipo banana; •01 fonte de alimentação DC;

•01 bússola; •Papel milimetrado;

4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

4.1 – EXPERIMENTO DE OERSTED: Ajuste

a tensão da fonte para 0,3 V. Monte o circuito

da figura 02 orientando o cabo na direção

norte-sul geográfico (olhe a bússola). Coloque

a bússola na parte superior do cabo e ligue a

fonte. Aperte o interruptor e descreva o que

acontece (use a regra da mão direita). Este

experimento é feito como um curto-circuito

com uma corrente de I

≈

2,5 A, desta forma,

não deixe a fonte ligada por mais de 20

segundos! Repita este procedimento colocando a bússola na parte inferior do fio e comente o ocorrido.

__________________________________________________________________________________

DCEN – Laboratório de Eletricidade e Magnetismo___________________________________________________página 01

Figura 01

d

B=0.I

4.r3d

S×r

Equação 01

Figura 02

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DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO

NOTA

PROFESSOR: TURMA: DATA: / /

ALUNOS

1 – OBJETIVO: Obter o módulo do campo magnético da Terra utilizando conceitos da magnetostática. Determinar o módulo e a direção do campo magnético gerado por uma espira e um solenóide, e os efeitos destes sobre a orientação relativa do ponteiro de uma bússola; 2 – INTRODUÇÃO: O módulo do campo magnético Bs no centro de um solenóide circular de comprimento L contendo N espiras é dado por Bs = μ 0. n. I , com μ 0 = 4π х 10 –7T.m/A que é a constante de permeabilidade do meio e, ainda temos n = N / L que é a densidade linear de espiras. O torque τ exercido pelo campo B sobre um dipolo magnético μ é dado por τ = B х μ e seu módulo é dado por τ = B. μ.sen ( α ) e α é o ângulo entre os vetores B e μ. O torque tende a fazer o dipolo girar no sentido de reduzir o ângulo α , ou seja, no sentido da posição de equilíbrio estável. Em sistemas que apresentam mais de um campo magnético o campo resultante é dado pela soma de todas as componentes. Assim o campo resultante BR é escrito como BR = Σ Bi. Um dipolo pode ser o ponteiro de uma bússola. Para uma corrente que passa por um determinado fio, como mostrado na figura 01, a regra da mão direita é usada para determinar a direção e sentido do campo magnético gerado por uma corrente elétrica I no ponto P. Na regra da mão direita o polegar indica o sentido da corrente e os outros dedos indicam o sentido e direção do campo magnético. A Lei de Biot-Savart é descrita pela Eq. 01. 3 – MATERIAL UTILIZADO

01 solenóide; • 01 multímetro com função para amperímetro;
Conetores do tipo banana; • 01 fonte de alimentação DC;
01 bússola; • Papel milimetrado; 4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 4.1 – EXPERIMENTO DE OERSTED: Ajuste a tensão da fonte para 0,3 V. Monte o circuito da figura 02 orientando o cabo na direção norte-sul geográfico (olhe a bússola). Coloque a bússola na parte superior do cabo e ligue a fonte. Aperte o interruptor e descreva o que acontece (use a regra da mão direita). Este experimento é feito como um curto-circuito com uma corrente de I ≈ 2,5 A, desta forma, não deixe a fonte ligada por mais de 20 segundos! Repita este procedimento colocando a bússola na parte inferior do fio e comente o ocorrido.

**___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________** Figura 01

d  B =

 0. I

4 . r

3  d^

 S × r 

Equação 01 Figura 02

4.2 – Zere a tensão da fonte. Monte o circuito da figura 03.A composto por um amperímetro, uma fonte de tensão, um solenóide e a chave. A bússola deve ser colocada dentro da solenóide como mostrado na figura 03.B orientando-a no sentido norte–sul geográfico e esta direção deve ser perpendicular ao eixo do solenóide. Verifique que o norte geográfico corresponde a zero graus. Aplicar os valores de corrente elétrica indicados na tabela 01 e anotar os ângulos correspondentes para cada variação de corrente (veja a figura 03.B). A corrente é variada mudando a tensão da fonte com cuidado. I ( A ) 0,0 0,02 0,04 0,06 0, θ ( ° ) 0, tg ( θ ) 0, Tabela 01 4.3 – Faça o gráfico de I versus tg ( θ) no espaço do gráfico 01. 4.4 – Use o método de regressão linear e determine os coeficientes e suas unidades da reta Y = A.X + B que melhor ajustará os pontos e escreva-os ao lado. 4.5 – Com os valores de A e B da reta de ajuste, determine o campo magnético da terra BT. Determine o erro percentual Ep com relação ao valor conhecido do campo da terra que é de 30,0 μT. Comente sobre as possíveis fontes de erro deste experimento?

___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 4.6 – Na figura 04, tem-se uma espira circular com raio muito grande de comprimento L e três bússolas. As bússolas 1 e 2 estão sobre o fio, a bússola 3 está sob o fio (olhe a figura 4.A). Se a magnitude do campo magnético gerado pela corrente i na figura 4.B na posição das bússolas é aproximadamente igual ao campo da terra, responda o que se pede: (A) Determinar o giro do ponteiro de todos as três bússolas (horário ou antihórario) para a figura 4.B; (B) Determinar os ângulos que os ponteiros fazem com o eixo horizontal para a figura 4.B; 6 – REFERÊNCIAS: [1] – Sears & Zemanski, Young & Freedman, Física III, Eletricidade e Magnetismo, 12ª Ed., Pearson, 2008; [2] – Halliday, Resnick, Krane, Física 3, 5ª Ed., LTC, 2011; Figura 03

Experimento 10: Campo Magnético da Terra - Laboratório de Eletricidade e Magnetismo, Exercícios de Eletromagnetismo

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