Laboratório de Física Departamento de Física

Campo Magnético da Terra

Saul R. Schuster, Ariane Farias – Turma 32 –

Laboratório de Física III– Departamento de Física

Universidade Federal de Santa Maria

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Resumo.  O objetivo deste experimento é realizar a mensuração da intensidade do campo magnético horizontal da Terra experimentalmente. Para isso, foi utilizado um par de bobinas de Helmholtz gerando um segundo campo magnético perpendicular ao campo da Terra, usando-se uma bússola a fim de indicar a orientação do campo magnético resultante. Por decomposição de vetores pode-se estimar a intensidade da componente horizontal do campo magnético da Terra .

Palavras chave: campo magnético terrestre, campo magnético adicional, bobina de Helmholtz.

Introdução

Sabe-se que a orientação de uma bússola é dada pelo campo magnético terrestre. Porém, caso haja a existência de algum campo magnético adicional, essa orientação poderá ser modificada de forma que a soma vetorial dos campos será a nova orientação da bússola.

Os campos magnéticos podem ser produzidos através de partículas eletricamente carregadas como uma corrente elétrica em um fio, resultando em um eletroímã. Também é possível utilizar partículas elementares que possuem campo magnético intrínseco. Porém, visto que o experimento visa encontrar o campo magnético da Terra, a ideia seria adicionar um campo magnético externo perpendicularmente ao da Terra e observar através da bússola as mudanças de orientação, sabendo que correntes elétricas são fontes de campo magnético e a orientação do campo será sempre perpendicular à corrente que o gera.

Quando uma carga  se move com velocidade , a carga móvel acaba produzindo um campo magnético  no espaço. Já quando um arranjo de bobinas de Helmholtz, quando posicionado tende a criar um campo magnético BB horizontal e perpendicular à componente horizontal do campo magnético da Terra BT.[pic 1][pic 2][pic 3]

Para realizar o cálculo deste campo magnético, utiliza-se a equação 1:

                                    (equação 1)[pic 4]

Onde:

B = campo magnético;

 = 4;[pic 5][pic 6]

i = corrente elétrica;

N = Nº de espirais;

R = raio da espiral.

Então, desta forma, é possível determinar o campo magnético de forma experimental pela lei de Ampère.

A correlação entre BT. e  BB  pode ser definida pela equação 2

                             (equação 2)[pic 7]

Onde:

BB = campo magnético da bobina;

BT = campo magnético da Terra;

 = ângulo da bússola.[pic 8]

Procedimento Experimental

Para realizar o experimento, foi necessário os seguintes materiais:

• Duas espirais (bobinas) com entrada de corrente (a menor com 14 voltas e a maior com 154 voltas);
• Multímetro;
• Bússola;
• Fonte de tensão contínua;
• Pino banana e jacaré

Para dar início ao procedimento, foi necessário

conectar a bobina menor à  fonte de tensão contínua com o auxílio de um multímetro, o qual operou como amperímetro. A bússola foi posicionada cuidadosamente no centro da bobina, com a agulha em paralelo ao eixo da bobina . Vale ressaltar que dados como quantidade de voltas da bobina e diâmetro foram coletados.
        Após os materiais já posicionados, foi ligado a fonte de tensão e, com a geração do campo magnético adicional, a agulha da bússola sofreu movimentações proporcionais ao aumento da corrente. Desta forma, foi-se aumentando em aproximadamente 20 em 20 mA na corrente até que obtivesse 5 resultados de ângulos diferentes.

        Com a coleta de dados finalizada, foi invertido os pinos positivo e negativo, de forma que a orientação da bússola resultou em ângulos opostos aos anteriores. Também foi coletado 5 resultados de ângulos diferentes de 20 em 20 mA. O mesmo procedimento repetiu-se para a maior bobina.

Resultados e Discussão

Após a realização do experimento, foi possível obter-se os valores da corrente elétrica (i) e do ângulo de desvio da bússola (θ), podendo-se assim calcular os valores do campo magnético produzido pela bobina (BB), equação X, e tan(θ). Os valores obtidos e calculados, assim como os seus respectivos gráficos, podem ser encontrados abaixo, tanto para a carga, quanto para a descarga da bobina grande e pequena.

Tabela 1 - Carga da bobina pequena

i (mA)	θ (°)	tang (θ)	Bb
0	0	0	0
19	6	0,11	5,86E-06
39,3	10	0,18	1,21E-05
63,5	16	0,29	1,96E-05
83	22	0,40	2,56E-05
99,3	28	0,53	3,06E-05
130	38	0,78	4,01E-05

Tabela 2 - Descarga da bobina pequena

i (mA)	θ (°)	tang (θ)	Bb
0	0	0	0
22,5	6	0,11	6,94E-06
37,8	10	0,18	1,17E-05
56,5	16	0,29	1,74E-05
80	24	0,45	2,47E-05
103,8	30	0,58	3,20E-05
121,8	36	0,73	3,76E-05

Tabela 3 - Carga da bobina grande

i (mA)	θ (°)	tang (θ)	Bb
0	0	0	0
0,018	30	0,58	9,17E-06
0,039	50	1,19	1,99E-05
0,058	60	1,73	2,95E-05
0,079	70	2,75	4,02E-05
0,098	75	3,73	4,99E-05
0,122	80	5,67	6,21E-05