Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Ciências e Tecnologia

Engenharia de PetróleoDisciplina: Física Experimental II

Professor: Cristian PeckerTurma: 3 – Noite

Aluno: José Mendes Freire Neto - Matrícula: 111110861

Campina Grande, Abril de 2013

Relatório: Balança de Corrente

Introdução

A balança de corrente é um dispositivo que permite detectar e medir variações nas forças às quais um condutor é submetido enquanto é percorrido por uma corrente elétrica.

Um imã permanente com o formato de ferradura suspenso por um eixo produz um campo magnético em uma espira por onde passa uma corrente I. A interação entre a corrente elétrica I e o campo magnético B (gerado pelo imã) no qual o condutor desta corrente é imerso, resulta numa força F, que neste caso, atua no trecho L do condutor e é dada por F = BIL.

Essa força que aparece no condutor é capaz de desequilibrar a haste a qual o imã está preso. Através desse fenômeno, podemos obter o campo magnético do imã utilizado.

Espiras de vários tamanhos são suspensas em posição de equilíbrio, e a Força Magnética é determinada como função da corrente e da indução magnética. O campo magnético uniforme é gerado por um ímã permanente. O objetivo do experimento foi analisar a Força Magnética de um campo magnético uniforme sobre um segmento retilíneo de corrente.

Material Utilizado

O material utilizado no experimento:

Procedimento Experimental

Fizemos as ligações conforme a figura ou o diagrama de bloco do kit. Penduramos a espira escolhida no braço da balança e a equilibramos de modo que a seção horizontal do condutor ficasse perpendicular às linhas de campo, sendo a seção horizontal do condutor ajustada no CENTRO do campo uniforme (ajuste fino com parafuso no tripé).

Ajustamos a balança e medimos a massa inicial das espiras. A massa inicial m0 das espiras é determinada sem campo magnético. O campo magnético é então inserido, e a massa m (aparentemente aumentada) é medida; a Força Magnética é igual à força obtida pela diferença entre as duas leituras de massas (m – m0), que corresponde ao peso necessário para equilibrar a força magnética provocada pela corrente I.

Balança LGN 310; Um par de Blocos polares, retangular;

Placas com espiras condutoras retangulares; Espira de 12,5 mm e n = 1;

Espira de 25 mm e n = 1; Espira de 50 mm e n = 1;

Espira de 50 mm e n = 2 (L = 100 mm); Núcleo de ferro em U, laminado;

Barra de metal com tomadas; Fonte universal;

Amperímetro 0-5 A DC; Base tripé para o suporte da haste;

Haste de apoio quadrada com L = 1000 mm Braçadeira angular;

Cabo de 100 mm vermelho; Cabo de 250 mm preto;

Cabo de 250 mm azul; Cabo de 500 mm vermelho;

Cabo de 500 mm azul; Cabo de 1000 mm vermelho;

Cabo de 1000 mm azul; Base tripé para o suporte cilíndrico da

balança;

m0 = 33,87g

Variamos a corrente no condutor em intervalos de 0,5 A, utilizando o ajuste da fonte de corrente. Anotamos os valores obtidos na Tabela 1

I (A) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

M1 (g) 34,14 34,36 34,64 34,90 35,12 35,35 35,60 35,81

M(g) 0,27 0,49 0,77 1,03 1,25 1,48 1,73 1,94

Tabela 1 – relação entre a corrente I (A) que atravessa as espiras e sua massa aparente m (g)

Agora, com a corrente fixada em 2,5 A, substituímos os condutores de corrente por outros e repetimos os procedimentos anteriores. Anotamos os valores de m0(g) e m(g) para os outros condutores e anotamos os dados na Tabela 2.

Comprimento da Espira (mm)

Massa m0(g) Massa m(g) Massa diferença m-m0(g)

12,5 28,50 28,90 0,4025,0 28,30 28,94 0,6450,0 33,87 35,12 1,25

100,0 36,24 38,80 2,56

Usando o Teslômetro, efetuamos a medida do campo magnético no CENTRO da abertura de 1cm do ímã permanente. Observamos que, antes de efetuar a medida, o Teslômetro devia ser “zerado” e colocado na posição de medição de campo contínuo. Isso se faz colocando a ponta de prova tangencial distante do campo de atuação do ímã e ajustando o cursor de zeramento. Anotamos o valor de B (mT).

B = 93,3 mTDesenvolvimento

Fizemos o gráfico da força F em função da corrente I e comparamos com o gráfico esperado (F = mg). Constatamos uma semelhança entre ambos, visto que:

F = BilF/i = Bl = constanteF = mgF/m = g = constante

Fizemos também o gráfico da Força F em função do comprimento L e observamos o seguinte:

F = BilF/l = Bi = constante

O valor experimental de B, e os gráficos para F (força) em função de I (corrente) e F (força) em função de L (comprimento) encontram-se no papel milimetrado.

Comparou-se o gráfico de FxI com o esperado (F = mg) e também o gráfico FxL com o valor esperado que se encontra no papel milimetrado. O desvio do campo magnético do primeiro gráfico comparado com o valor medido diretamente na experiência com o Teslômetro

foi de 3,6% e o valor mais provável com a variação da corrente se dá em I = 4,0A, comparado com o campo do gráfico temos o desvio de 2,5%.

Conclusão

O lado inferior da espira retangular contribui para a força magnética que atua em toda a espira, pois nas duas seções verticais da espira os elétrons fluem em direções opostas, e as duas forças se cancelam. A dispersão dos valores determinados pela indução magnética é devido a influência da variação do campo magnético pela extremidade não ser perfeitamente uniforme, mostrando forças na parte horizontal da espira, onde os efeitos são maiores com espiras curtas desde que as forças de Lorentz medidas forem pequenas. Os valores encontrados no experimento foram bem favoráveis com erros pequenos e próximos do esperado.

Referência Bibliográfica: Apostila de Física Experimental II – Laboratório de ótica, eletricidade e magnetismo – UFCG, Período 2011.2.