Roteiro Para Elaboração do Relatório de Experimento com Campo Magnético

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Roteiro para elaboração do relatório de experimento com campo magnético

1 Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Devido as medidas de distanciamento social e restrição de circulação os experimentos contidos nesse relatório foram realizados por meio de simulações. Nesses experimentos iremos observar o comportamento de uma bússola em duas situações distintas, na presença de um campo magnético gerado por um imã disposto vertical e horizontalmente, e a influência de um campo magnético gerado por uma bobina em corrente contínua.

INTRODUÇÃO

A máquina de tatuagem, ou máquina de bobina é um dispositivo simples, que utiliza bobinas, agulhas e capacitores para efetuar perfurações na pele em alta velocidade, depositando diferentes materiais de pigmentação para formar um desenho sob a pele.

Existem no mercado diferentes tipos de máquinas de bobina, entretanto, de forma geral, seu mecanismo se mantem constante independente do modelo. A estrutura da máquina de tatuagem é composta por uma biqueira, que comportará a agulha e manterá a precisão do traço, uma trava para biqueira, agulha e seu suporte, o chassi, que se comporta como o esqueleto da máquina, um batedor, chave de relê, mola dianteira e mola traseira que auxiliarão no movimento de perfuração da agulha, um capacitor elétrico e duas bobinas, usualmente chamadas de “motor da máquina” (figura 1) [1].

A bobina e o capacitor da máquina são os elementos principais para o movimento constante da agulha. Ao pisar no pedal conectado a rede elétrica ou baterias o tatuador controla a energia disponibilizada para as duas bobinas de fio de cobre, transformando-as em ímãs que atrairão o suporte da agulha para frente, fazendo com que a agulha perfure a epiderme. Ao ser atraído pelo imã gerado o suporte movimenta-se de forma a interromper o circuito, através do acionamento da chave de relê, fazendo com que o campo eletromagnético caia; com isso o conjunto de molas, pela força elástica, movimenta o suporte no sentido contrário, distanciando-se da chave de relê, fazendo com que o circuito se reenergize, voltando ao estado inicial de atração do suporte da agulha.

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(figura 1)

DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO

Ambos os experimentos foram realizados virtualmente, através simulador PhET Ímãs e Eletroímãs [2].

No primeiro experimento, imã bússola, (figura 2) foi colocado um imã, uma bússola e um medidor de campo elétrico. O imã possuía duas representações, uma disposta horizontalmente, com o polo sul a esquerda e o polo norte do imã à direita, e outro, representando os polos magnéticos da terra, com polo sul magnético disposto verticalmente para cima, e polo norte magnético para baixo.

Em um primeiro momento movimentamos o imã vertical em diferentes posições do eixo horizontal (x) em relação a bússola, mantendo, da melhor forma possível, dado a imprecisão dos movimentos manuais com o mouse, o eixo vertical (y), e o ângulo theta, com o intuito de observar como o deslocamento desse eixo influenciaria no campo resultante (Tabela 1). O mesmo movimento foi realizado no eixo y, mantendo os demais, na medida do possível, estáticos.

No imã horizontal foram realizados movimentos semelhantes e, em ambos os imãs, foram anotadas medidas com a bússola entre os polos magnéticos dos imãs e em contato direto com os diferentes polos magnéticos dos imãs.

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(Figura 2)

No segundo experimento, experimento das bobinas, foram dispostas de 1 a 4 bobinas percorridas por uma corrente. Nesse experimento há também uma bússola e um medidor de campo presentes. A bobina está sendo atravessada por uma fonte de energia alternada, DC.

Foram coletados os dados do experimento mantendo-se uma distância fixa da bússola e das bobinas, sendo o medidor de campo colocado no centro da bússola. Foram medidas as variações no campo magnético presente na bússola, em diferentes pontos do espaço (figura 3).

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(Figura 3)

Para a coleta de dados de ambos os experimentos utilizou-se do aplicativo excel.

RESULTADOS

No experimento imã bússola podemos observar, segundo a tabela 1, que a variação do campo magnético varia de acordo com a soma das componentes de campo, considerando que o experimento não seja muito preciso e utilizando-se de duas casas decimais, de tal modo que a variação no campo Bx será desconsiderada em um primeiro momento, na variação do deslocamento horizontal para o Imã vertical. Caso fosse considerada válida poderíamos inferir que o campo só sofreria perturbações relevantes de acordo com o By; essa inferência será descartada pois dentro do experimento houveram outras medições, que não serão relevantes dentro dessa discussão, dado o escopo deste relatório. O inverso é válido para o imã horizontal.

Não foi possível manter o theta estático com a movimentação do imã vertical no eixo y, muito provavelmente produzida por uma perturbação que as diferenças do ângulo das linhas de campo produzem na bússola.

Em relação ao imã vertical, locomovendo-se no eixo y, houve uma alteração relevante no valor de theta, variando de 6,7 positivo a 37,55 negativo.

Quando a bússola fora colocada entre os polos dos imãs observou-se, em ambos os casos, uma desordem de sua ponteira, girando descontroladamente; não podendo ser observado, diante das restrições do experimento, o sentido do giro.

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(Tabela 1)

No experimento das bobinas observou-se que conforme o aumento do número de bobinas, maior era a perturbação no campo magnético gerado na bússola, e que a distância tem uma influência relevante no movimento da ponteira da bússola. Observou-se que independente da distância entre a bússola e a bobina cada nova espira acrescentava o mesmo valor de perturbação do campo magnético e que, assim como o experimento anterior, o campo resultante dá-se da soma entre suas componentes vertical e horizontal. Com isso podemos observar, de acordo com o gráfico 1, que há uma alteração linear com o acréscimo das espiras caso não haja deslocamento.