preparação para o exame prático

Segunda Série

Trabalho 3.1-Bobinas de Helmholtz

Trabalho 3.2 – Indução

Objectivos◦ Calibrar uma sonda de efeito de Hall por meio de

um solenóide padrão.◦ Medir o campo magnético ao longo do eixo de

duas bobinas estreitas.◦ Estabelecer a configuração de Helmholtz e medir

o campo magnético ao longo do eixo das respectivas bobinas◦ Verificar o princípio da sobreposição

O solenóide padrão Ligar a sonda de Hall, com os terminas no amplificador

e um voltímetro à saída do amplificador. Anular a tensão residual actuando no potenciómetro

colocado na unidade de controle para que na ausência de campo magnético VH seja nula.

Montar o circuito seguinte:

Registar o valor de N/L para o solenóide padrão. Colocar a sonda no interior do solenóide, procurando um ponto do eixo

do solenóide que minimize a aproximação de solenóide infinito utilizada. Aproximamos o campo medido ao de um solenoide infinito, por isso devemos escolher o ponto central do solenoideusado, onde a expressão para o campo é a mesma.

Faça variar a corrente IS que percorre o solenóide, e que vai produzir vários valores de campo magnético B. Registe a tensão VH para os diferentes valores de IS.

IS (A) VH (V)0.00 0.000.10 1.250.20 2.470.30 3.570.40 4.570.50 5.250.60 7.340.70 8.490.80 9.270.90 10.251.00 12.54

Meço IS

Meço VH

IS (A) VH (V)0.00 0.000.10 1.250.20 2.470.30 3.570.40 4.570.50 5.250.60 7.340.70 8.490.80 9.270.90 10.251.00 12.54

B (T) VH (V)0.00000 0.000.00013 1.250.00026 2.470.00039 3.570.00052 4.570.00064 5.250.00077 7.340.00090 8.490.00103 9.270.00116 10.250.00129 12.54

m=0.00010672b=1.34107x10-5

r2=0.992056701

m=3.18314x10-6

b=2.23657x10-5

0.00000

0.00050

0.00100

0.00150

0.00 5.00 10.00 15.00

B (T

)

VH(V)

Recta de Calibração

Recta de Calibração:B=(1.07±0.03) x10-3 VH

Bobines de Helmoltz ◦ São duas bobines iguais separadas pela distância =

raio. Nesta configuração o campo é constante entre as bobines.

Para cada bobine o campo magnético determinado usando a

Lei de Biot-Savart

Configuração Helmoltz e mesmo sentido de corrente

Configuração Helmoltz e sentidos opostos de corrente

Menor distancia que configuração de Helmoltz

Maior distancia que configuração de Helmoltz

Calibrar sonda da HallAplicar o princípio da sobreposição

d<R d>R

Discuta factores que poderão explicar as diferenças entre as observações e os resultados esperados.

A soma dos campos de B1 e B2 coincide quase perfeitamente com a medição das duas em bobines com o campo no mesmo sentido

Com base nas medidas de campo magnético no centro de uma bobina e com base na expressão (2) estime o número de espiras da bobine de Helmholtz.

No centro de uma espira o campo fica (x=0)

2

/ 2 2

O campo no centro de cada bobine (B) é calculado com a recta de calibração e com o valor máximo de VH medido para cada espira individualmente

Objectivos◦ Estudar o fenómeno da indução

electromagnética.◦ Medir o coeficiente de indução mútua entre dois

circuitos.◦ Verificar o princípio da reciprocidade.◦ Estudar o transformador de corrente alterna.

Variação do fluxo magnético com um magnete. Ligue a bobine de 1200 espiras ao galvanómetro,

conforme indicado na figura. Verifique o sentido de enrolamento das espiras, da perspectiva do observador.

Introduza o íman na bobine e observe o desvio do ponteiro do galvanómetro.

Quando as linhas de campo magnético entram na espira o galvanómetro mede um valor negativo

Passe agora o íman pela bobine introduzindo-o por um dos lados e retirando-o pelo outro. Observe novamente o que se passa no galvanómetro.

O galvanómetro mede fem sempre que varia o fluxodo campo magnético através da bobine.

Variação do fluxo magnético por variação da geometria Aproxime e afaste a bobina de 3600 espiras em relação à de

1200 (como mostra a figura à direita). Observe o movimento do ponteiro do galvanómetro.

Repetem-se as conclusões das medidas com o magnete.

Investigue (qualitativamente) a amplitude do desvio como função da rapidez com que movimenta as bobines e o sentido do desvio como função do sentido do enrolamento das espiras.

Quanto mais rápida for a rapidez maior será o desvio no ponteiro do galvanómetro.

Variação do fluxo magnético por variação da corrente Usando agora circuito anterior numa configuração

geométrica fixa, utilize o interruptor da fonte para estabelecer e interromper a corrente na bobine de 1200 espiras.

Observe o sentido de deslocamento do ponteiro ao ligar e ao desligar.

Quando ligamos o circuito indutor a corrente no circuíto induzido tem o sentido contrário ao circuito indutor e vice-versa.

Interprete as observações realizadas à luz da Lei de Faraday e/ou do Princípio de Lenz.

As observações estão de acordo com a lei de Faraday:

Verificamos o princípio de Lenz pelo sentido da corrente induzida ser contrário ao da corrente indutora.

Cálculo do coeficiente de indução mútua com sinal triangular

Circuito Indutor

Circuito Induzido

CH1

CH2

800 µs

2.00 V

1.27 V

Qual o valor de M se R=100 ?

=-M12 (dI/dt)

Canal 2 – mede-se directamente =1.27 V

Canal 1 – mede-se apenas VR =RI

dV/dT=4V/400µs=10 000V/sdI/dt=dV/dt x1/R=100 A/s

M12= /(dI/dt) =1.27 /100 = 1.27 x10-2 H (Henry)

Cálculo do coeficiente de indução mútua com sinais sinusoidais Repetir a experiência usando sinais

sinusoidais

12

12 12

12

2 /

Horizontal = 10µs/divVertical= 1 V/divAzul = Canal 1Verde = Canal 2

R=12

Qual o valor de M?

Verifique que a f.e.m. induzida no secundário depende da frequência. No entanto o coeficiente de indução mútua não depende da frequência. Porquê?

O valor de M depende apenas das características geométricas das duas bobines. Quando variamos a frequência varia o valor da fem induzida máxima mas também a variação temporal da corrente (di/dt) aumenta na mesma proporção.