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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS CAMPUS PALMAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Richardson Diego de Melo Pires ELETROMAGNETISMO II AULA PRÁTICA N°1 INTRODUÇÃO AO MAGNETISMO

INTRODUÇÃO AO MAGNETISMO

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eletromagnetismo II

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINSCAMPUS PALMASCURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

Richardson Diego de Melo Pires

ELETROMAGNETISMO IIAULA PRTICA N1INTRODUO AO MAGNETISMO

Palmas - TO, 18 de Maio de 2015. Richardson Diego de Melo Pires

ELETROMAGNETISMO IIAULA PRTICA N1INTRODUO AO MAGNETISMO

Trabalho apresentado disciplina Eletromagnetismo II, 5 perodo. Curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Tocantins, Centro de Engenharias Civil e Eltrica.Professor Dr. Srgio Ricardo Gobira Lacerda.

Palmas - TO, 18 de Maio de 2015.SUMRIO

INTRODUO4OBJETIVOS8MATERIAIS E MTODOS8RESULTADOS10QUESTES PROPOSTAS12CONCLUSO13REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS14

INTRODUO

Magnetismo o ramo da cincia que estuda os materiais magnticos, ou seja, que estuda materiais capazes de atrair ou repelir outros. Tambm, a parte da fsica que estuda o campo magntico no vcuo e na matria, seus efeitos sobre a matria, sobre a carga eltrica em movimento e sobre a corrente eltrica.ms permanentes e eletroms podem ser construdos em formas variadas. Mais simples e comuns so ms retos (prismticos ou cilndricos) e ms em U (ferradura). Em geral, constatam-se em um m duas regies nas quais ele manifesta mais intensamente seu magnetismo: so os polos Norte e Sul. Suspendendo-se um m em forma de barra, de modo que possa girar livremente em torno de seu centro, observa-se que ele se orienta sempre ao longo de uma mesma direo. Tal direo coincide aproximadamente com a direo norte-sul da terra. Esta propriedade dos ms foi utilizada na construo das bssolas magnticas. Os polos de um m recebem as denominaes de polo norte magntico e polo sul magntico. Avizinhando-se um m a outro, observa-se que polos magnticos de mesmo nome se repelem e polos magnticos de nomes contrrios se atraem.

Figura 1: Interaes entre polos de um im

A Terra age como um enorme m devido existncia de uma massa de ferro no seu ncleo. Correntes eltricas no ncleo geram a maior parte do campo magntico, embora 10% sejam produzidos por correntes na ionosfera. Os polos mudam de posio lentamente, mas permanecem a cerca de 1600 km dos polos geogrficos que determinam o eixo da rotao da Terra. Durante muitos anos, vrios filsofos e cientistas tentaram encontrar uma explicao para o fato de um m (como agulha magntica de uma bssola) se orientar na direo norte-sul da Terra. Entretanto, a explicao que hoje sabemos ser correta s veio a ser formulada no sculo XVII pelo mdico ingls W. Gilbert.Em sua obra, denominada De Magnete, publicada em 1600, descreve um grande nmero de propriedades dos ms, observadas experimentalmente por ele, e formula hipteses procurando explicar estas propriedades. Uma das principais ideias que ele apresenta em sua obra a de que a orientao de uma agulha magntica se deve ao fato da Terra se comportar como um grande m. Segundo Gilbert, o polo norte geogrfico da Terra seria tambm um polo magntico que atrai a extremidade norte da agulha magntica. De modo semelhante, o polo sul geogrfico da Terra se comporta como um polo magntico que atrai o polo sul da agulha magntica. Em virtude destas foras de atrao, a agulha magntica (ou qualquer outro m em forma de barra) tende a se orientar ao longo da direo norte-sul. fcil perceber, de acordo com esta explicao, que o polo norte geogrfico da Terra o polo sul magntico (pois ele atrai o polo norte da agulha) e o polo sul geogrfico o polo norte magntico. Ento, para efeitos magnticos, podemos imaginar a Terra representada por um grande m, como na figura abaixo.

Figura 2: Campo Magntico da Terra

Outra propriedade interessante dos ms consiste na inseparabilidade de seus polos: verificou-se experimentalmente que no se consegue obter um polo magntico isolado. Qualquer m apresenta sempre, no mnimo, dois polos.Em 1820, trabalhando em seu laboratrio, Oersted montou um circuito eltrico, tendo nas proximidades uma agulha magntica. No havendo corrente no circuito (circuito aberto), a agulha magntica se orientava na direo norte-sul. A montagem abaixo da figura a semelhante quela feita por Oersted. Observe que um dos ramos do circuito (fio AB) deve ser colocado paralelamente agulha, isto , deve ser orientado tambm na direo norte-sul.

Figura 3: Experincia de Oersted

Ao estabelecer uma corrente no circuito, Oersted observou que a agulha magntica se desviava, tendendo a se orientar em uma direo perpendicular ao fio AB (conforme a figura b). Interrompendo-se a corrente, a agulha retornava sua posio inicial, ao longo da direo norte-sul. Estas observaes realizadas por Oersted mostravam que uma corrente eltrica podia atuar como se fosse um m, provocando desvios em uma agulha magntica, Verificava-se, assim, pela primeira vez, que existe uma relao entre eletricidade e o magnetismo: uma corrente eltrica capaz de produzir efeitos magnticos. Como resultado dos estudos de Oersted, foi possvel estabelecer o princpio bsico de todos os fenmenos magnticos: quando duas cargas eltricas esto em movimento, manifesta-se entre elas, alm da fora eletrosttica, outra fora, denominada fora magntica.Uma carga em movimento cria, no espao em torno dela, um campo magntico que atuar sobre outra carga, tambm em movimento, exercendo sobre ela uma fora magntica.Um campo magntico pode ser mapeado em cada ponto em torno de m (seja ele um m natural ou um fio condutor percorrido por uma corrente eltrica). Esse mapeamento realizado com a utilizao de limalha de ferro ou de uma bssola. Na verdade, a bssola um m muito leve, que tem direo e sentido alinhados paralelamente ao campo magntico da Terra. , portanto, muito sensvel presena de campos magnticos. Ao ser aproximado de um m, a agulha da bssola, devido influncia do campo magntico, sofre um desvio. Assim, a agulha pode ser utilizada para indicar a direo do campo em torno do m.A limalha de ferro, quando espalhada ao redor de um m, tambm ajuda a mape-lo, pois assume a orientao do campo magntico, formando o seu desenho:

Figura 4: Limalha de ferro

Quanto ao sentido da fora, existem vrias regras prticas que nos permitem determina-lo. Vamos descrever uma delas, denominada regra da mo direita. De acordo com esta regra, para obtermos o sentido da fora magntica que atua em uma carga positiva em movimento, devemos proceder da seguinte maneira: dispomos a mo direita aberta da maneira mostrada abaixo, com o dedo polegar dirigido ao longo do vetor velocidade (v) e os demais ao longo do campo magntico B; o sentido de fora ser aquele para onde fica voltada a palma da mo.

Figura 5: Regra da Mo direita

Se a carga lanada no campo magntico for negativa, o sentido da fora ser contrrio quele da fora que atua na carga positiva. Neste caso, voc poder ainda usar a regra da mo direita, mas no dever se esquecer de inverter o sentido indicado por esta regra.

OBJETIVOS

Observar o comportamento do campo magntico atravs de ims permanentes, assim como o funcionamento de uma bssola, para a determinao dos polos magnticos e geogrficos atravs da mesma. Alm de um breve estudo sobre o amortecedor magntico tambm se faz presente neste relatrio.

MATERIAIS E MTODOS

5 ims do tipo anel; 2 ims cilndricos; 2Bssola; Rosa dos ventos; Suporte Cilndrico.

O objeto de suma importncia para as experincias foi utilizao da bssola, pois atravs dela foram definidos os polos magnticos dos ims e os polos da terra. Durante a execuo do experimento foi adotado que a ponta vermelha da bssola, quando submetida ao campo magntico da Terra, apontasse na direo do norte geogrfico, equivalente ao sul do im.No primeiro experimento, usou-se a bssola para identificar os polos dos dois ims cilndricos.

Figura 6: Identificao dos polos do im cilndrico

Para o incio da segunda experincia, retiraram-se todos os objetos metlicos da bancada, a fim de evitar qualquer influncia magntica no momento da realizao do experimento, ficando somente a rosa dos ventos e as duas bssolas. Colocamos a bssola no centro da rosa dos ventos, e posicionamos a ponteira vermelha da bssola de acordo com o norte da rosa dos ventos. Para ento verificarmos em qual direo o Norte da Terra se encontra.

Figura 7: Identificao dos polos magnticos da terra

J no terceiro experimento, com o suporte cilndrico e cinco ims do tipo anel, foi possvel montar o amortecedor magntico. Encaixamos no suporte um m cilndrico tipo anel com a cor azul voltada para cima. A seguir, colocamos outro m com a cor vermelha voltada para baixo. Colocamos os outros ms, seguindo o mesmo procedimento, garantindo assim uma fora de repulso entre eles.

Figura 8: Amortecedor Magntico

RESULTADOS

No primeiro experimento, adotando N como polo norte (pintado com a cor vermelho no m utilizado na prtica) e S como polo sul (pintado com a cor azul). Conclui-se que ao aproximarmos da bssola o m com o polo pintado de azul o lado da agulha pintado de vermelho foi atrado por ele. Ao aproximamos da bssola o m com o polo pintado de vermelho o lado da agulha pintado de azul foi atrado por ele.Ao aproximarmos da bssola o m com o polo pintado de azul o lado da agulha pintado de azul ambos se repeliam. Ao aproximamos da bssola o m com o polo pintado de vermelho o lado da agulha pintado de vermelho ambos se repeliam.

(I)

(II)

Figura 9: (I) Fora de Atrao (II) Fora de RepulsoNo segundo experimento, ao colocar as bssolas lado a lado observasse a direo que a ponta na cor vermelha apontava.O lado vermelho da agulha da bssola fica direcionado para o polo sul geogrfico e o norte magntico da Terra. O lado azul da agulha da bssola fica direcionado para o polo norte geogrfico e o sul magntico da Terra.Figura 10: Identificao polos magnticos da terra

No terceiro experimento houve repulso entre os lados que tinham a mesma cor (neste caso o azul), indicando que so do mesmo polo magntico. Ao colocar mais ms na mesma ordem que colocamos o primeiro a distncia que havia entre os dois primeiros ms diminuiu e foi aumentando gradativamente at o ltimo m. Assim obtivemos o diagrama de foras do amortecedor:

Figura 10: Diagrama de Fora do AmortecedorQUESTES PROPOSTAS

1. O que podemos concluir sobre a fora magntica tendo como base as observaes feitas?

R: Com as experincias realizadas foi possvel perceber as propriedades de atrao e repulso que os polos dos ims exercem um sobre outro. notrio que a prpria Terra um m natural, fazendo com que a bssola aponte na direo doPolo Norte geogrfico. Logo, o Polo Norte magntico o Polo Sul geogrfico da terra e oPolo Sulmagntico oPolo Norte geogrfico.

2. Explique o funcionamento da bssola.

R: Aagulhada bssola magntica, o que faz com que, aliada aomagnetismo da Terra, ela se desloque em um sentido. Sabendo que polos opostos se atraem, a parte norte da bssola atrada pelo sul magntico da Terra (o polo Norte geogrfico) e a parte sul da bssola ento atrada pelo norte magntico da Terra, indicando-os assim no disco de leitura.A agulha da bssola geralmente tem marcado a vermelho o Norte e o Sul a preto, ou simplesmente marca com um "N" e um "S". Assim o utilizador consegue saber onde fica o Norte e o Sul da Terra, podendo definir a sua direo.

3. Existem correntes de magnetizao no im permanente? Justifique sua resposta.

R: Existe sim corrente de magnetizao no im permanente. Um im que possua magnetizao uniforme como o utilizado no experimento, podemos olha-lo como um conjunto de vrios circuitos. Desse modo, as correntes nas espiras que compe o im tendem a se cancelar, umas com as outras, no havendo corrente lquida no interior do material. Todavia, existe uma corrente na superfcie do im, que a soma da contribuio de todas as correntes que esto dispostas a essa superfcie. No qual, denominamos essa corrente de corrente de magnetizao.

4. A fora magntica uma fora conservativa?

R: A fora magntica no im uma fora conservativa, pois no existe corrente de conduo, a densidade de corrente nula em cima do im.

CONCLUSO

Pode-se concluir que polos iguais dos ms no se atraem. Que devido agulha que indica direo na bssola ser feito de m o seu o polo norte magntico (pintado de vermelho) sempre fica apontado para o polo sul magntico e norte geogrfico da Terra, devido o polo sul magntico ser bem prximo do norte geogrfico, confirmando mais uma vez que opostos se atraem e iguais se repelem.A distncia entre os ms no amortecedor magntico era maior, quando havia somente os dois primeiros ms, devido haver somente a fora de repulso entre eles. Ao colocarmos mais ms essa distncia diminuiu, crescendo gradativamente do primeiro ao ltimo no sentido de baixo pra cima, pois agora havia no s a fora de repulso mais a de compresso devido interao entre os dois ms que estavam localizados logo acima do primeiro par. Agora como no ltimo par s havia novamente a interao de repulso eles ficaram mais distantes um do outro.Os experimentos ocorreram de forma satisfatria. Foi possvel obter todos os resultados necessrios nesta prtica.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Fsica 3, 8 Edio.

YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Fsica III: Eletromagnetismo. 12. ed. So Paulo: Pearson, 2009.

REITZ, J.R, MIFORD, F.J, CHRISTY, RW. Fundamentos da Teoria Eletromagntica. Rio de Janeiro. Editora Campos, 1982.