Oficina Eletromagnetismo

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE FSICA TERICA E EXPERIMENTAL

    PROGRAMA DE EDUCAO TUTORIAL

    ''E TOME CHOQUE Eletromagnetismo

    Uma boa oportunidade para se aprender um pouco mais sobre a entusiasmaste 'Cincia de Maxwell' ''

    Maxwell Santana Librio

    Francisco Biagione de Lima Junior

    Natal-RN

    2010.1

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    www.dfte.ufrn.br/petfisica

    Eletromagnetismo: ''E tome choque !

    1. Introduo:

    Uma boa oportunidade para se aprender um pouco mais sobre a entusiasmante 'cincia de Maxwell . A oficina consiste de nove experimentos educativos: Lei de Faraday Anel Saltitante Forno de induo Freio Magntico Motor (transformao de energia mecnica em eltrica) Radimetro Blindagem Eletrosttica Globo de Plasma LEDS (Light Emitting Diode); que associam a teoria e a prtica com os conceitos fundamentais do eletromagnetismo. Os experimentos apresentados so simples, mas podem ser empregados a vrios fenmenos observados, desde o acendimento de uma lmpada at a produo de energia eltrica em uma usina. Tivemos o cuidado de selecionar desde experimentos clssicos como a Blindagem Eletrosttica at experimentos qunticos como LEDS e o Globo de Plasma, mostrando o carter evolutivo da Fsica.

    2. Lei de Faraday

    Objetivo: Esse experimento visa a comprovao da lei de Induo de Faraday, uma das quatro leis fundamentais do Eletromagnetismo e que representa a base do funcionamento dos geradores eltricos.

    Material Utilizado: m Espira condutora Ampermetro

    Fios condutores

    Procedimento Experimental: Com a espira conectada ao ampermetro atravs de fios condutores movimenta-se o im

    relativamente espira (tanto no sentido de aproximao quanto de afastamento), com isso observa-se registro de corrente eltrica no ampermetro. Mantendo-se o im em repouso a marcao no ampermetro nula.

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    Fundamentao Terica: Fluxo: uma propriedade de qualquer campo vetorial. A palavra Fluxo vem do latim e

    significa fluir, apropriado descrever o fluxo de um determinado campo vetorial como a medida do fluxo de ou penetrao dos vetores do campo atravs de uma superfcie imaginria fixa no campo.

    Fora eletromotriz (fem): por razes histricas, esse termo usado para designar a diferena de potencial produzida por uma fonte de tenso, embora no se trate de uma fora.

    Lei de Gauss: a lei que estabelece a relao entre o fluxo eltrico que passa atravs de uma superfcie fechada e a quantidade de carga eltrica que existe dentro desta superfcie.

    Lei de Ampre: a lei que relaciona o campo magntico sobre um lao com a corrente eltrica que passa atravs do lao. o equivalente magntico da lei de Gauss.

    De acordo com a lei de Faraday a variao de fluxo magntico atravs de uma espira condutora eltrica induz uma fora eletromotriz induzida nessa espira, a qual responsvel pela corrente eltrica observada no ampermetro. Com a movimentao do im em relao espira o nmero de linhas de campo magntico que atravessa a espira por unidade de tempo ir variar sendo esse o motivo da variao do fluxo magntico. H de se observar que o fluxo magntico expresso por:

    Com isso, alteraes na rea da espira ou no ngulo entre a espira e o im tambm induziria corrente eltrica.

    Pela lei de Lenz, que pode ser vista como uma reformulao do princpio da conservao de energia, a corrente induzida na espira ir originar um campo magntico que ir se opor variao de fluxo magntico que induziu essa corrente.

    Para refletir: 1) Como voc explicaria, de uma forma simples, o porqu da relao entre a lei de Lenz e o princpio de conservao de energia?

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    2) Se em vez de um m, se aproximasse da espira conectada ao ampermetro uma outra espira submetida a uma CORRENTE no nula seria observada induo de corrente eltrica nessa espira?

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    3. Anel Saltitante

    Objetivo: Verificar o efeito da levitao de um anel condutor eltrico ao ser inserido em um ncleo metlico envolto numa bobina onde circula (submetido a) uma corrente eltrica alternada.

    Material Utilizado: Anel metlico (ALUMINIO OU COBRE..) Bobina primria Ncleo metlico instalado sobre a bobina

    Procedimento Experimental: Insere-se o anel metlico ao redor do ncleo de FERRO (metlico)

    acoplado bobina que submetida a uma corrente eltrica alternada. Observa-se a levitao do anel, caso se tente abaixar o anel nota-se que ocorre resistncia a esse movimento e aquecimento do anel.

    Fundamentao Terica: A corrente eltrica alternada no ncleo metlico acoplado bobina induzir corrente eltrica

    no anel metlico (lei de Faraday) e esta corrente induzida (com isso) um (forte) campo magntico (lei de mpere) ( gerado em sua volta,) o qual se ope ao produzido pela corrente alternada inicial que o originou (Lei de Lenz), ocorrendo ento a repulso do anel em relao base do ncleo metlico.

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    Para refletir:

    1) Por que o anel aquece ao ser aproximado da base do ncleo metlico? ________________________________________________________________________________

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    2) Se o anel fosse resfriado, o que resultaria em uma menor resistncia conduo de corrente eltrica, que efeito seria esperado em relao sua levitao? ________________________________________________________________________________

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    4. Forno de Induo (Magntico)

    Objetivo: observar o efeito Joule, criado pela corrente induzida, para se aquecer gua .

    Material Utilizado: Fontes de tenso. Uma barra de ferro para colocar dentro das bobinas, servindo como ncleo de um eletrom. Fios de ligao. Um suporte adequado para funcionar como frigideira. Bobinas de vrias indutncias gua.

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    Procedimento Experimental: Esse experimento similar ao experimento anterior. Coloque a frigideira, com um pouco de

    gua, no ncleo metlico, ligue o circuito e verifique o que ocorre com a gua.

    Fundamentao Terica: O funcionamento dos fornos de induo baseia-se na induo eletromagntica. Faraday

    estudou este fenmeno e concluiu que num condutor eltrico submetido a um fluxo magntico varivel, surge uma f.e.m. induzida tanto maior quanto maior for a variao do fluxo. (Para que a variao do fluxo no tempo seja grande preciso que o fluxo seja elevado e / ou que o tempo de variao t seja pequeno. Esta ltima condio corresponde a uma freqncia elevada). Sendo muito usado para fuso de materiais condutores, formam-se nestes materiais correntes de Foucault (correntes induzidas em massas metlicas) que produzem grande elevao de temperatura. Se os materiais forem magnticos, haver tambm o fenmeno da histerese, que contribui para o aumento de temperatura.

    Para refletir:

    1) preciso usar uma tenso alternada ou pode-se usar uma fonte de tenso contnua para essa experincia?

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    2) Explique os processos de envolvidos no aquecimento da gua, relacionando com as indutncias das bobinas. ________________________________________________________________________________

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    5. Freio Magntico

    Objetivo: Observar as correntes de Foucault e o poder de freio magntico.

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    Material Utilizado: Aparato com cano PVC e um cano metlico pentes metlicos (com abertura e fechado) ms Observao: fabricao industrial

    Procedimento Experimental: Basta soltar os ims nos canos e ver a diferena de tempo que eles iro chegar ao p do

    experimento e soltar os ''pentes do lado. Observe o que acontece.

    Fundamentao Terica: diversas partes de equipamentos eltricos possuem massa metlicas que se deslocam no