Ação Da Força Eletromagnética Que Atua Sobre Um Condutor Retilíneo, Imerso Em Um Campo Magnético

Ação da Força Eletromagnética que Atua sobre um Condutor Retilíneo, Imerso em um Campo Magnético

Objetivo

Identificar o vetor de indução magnética e o sentido da corrente elétrica que circula em um condutor;

Concluir que uma carga elétrica em movimento é gerar um campo magnético em torno dela.

Lista de materiais

Um conjunto de hastes articulares com separador;

Uma chave liga-desliga;

Quatro conexões com pinos banana;

Uma fonte de alimentação DCC de tensão variável;

Dois imãs em barra com polaridades inversas;

Um balanço condutor.

Montagem Experimental

Figure - Montagem Experimental para medida do balanço condutor.

Procedimentos Experimentais

Monte a experiência conforme a figura 1, indicada acima. Com a fonte desligada, deve conectar o lado positivo da fonte ao lado positivo da chave com o auxílio de um cabo banana. O mesmo deve ser feito para o lado negativo. As outras duas entradas da chave devem ser ligadas ao conjunto de hastas articuladas, também com o auxílio de um cabo banana. Um balanço condutor deve ser colocado entre as hastes, com o intuito de fazer uma ligação entre elas e inclinas as hastas a um ângulo de aproximadamente 45º. Por último, posicionar o ímã com uma das barras acima do balanço e outra abaixo do balanço.

Primeiramente, foi solicitado que o ímã fosse colocado, na posição indicada na figura, com a polaridade norte para cima. O gerador de tensão ligado e ajustado para 3,0V. Quando ligamos a chave liga-desliga na posição direta (para baixo) é gerado no circuito um fluxo de corrente no sentido indicado pela seta de cor azul. Com isso, o balanço, que é representado nesta figura pelo condutor na cor verde, é atraído numa tentativa de acompanhar o sentido imposto pelo campo magnético, indicado pela seta de cor vermelha, criado a partir da polaridade imposta pelo circuito DCC. Além disso, observamos que a tensão gerada pela fonte DCC cai para 2,1V.

Após analisarmos o experimento, foi solicitado que a chave fosse posicionada para cima, ou seja, o contrário. Quando ligada a chave para a posição inversa (para cima), percebemos que o balanço agora é repelido e a tensão cai para 2,4V. Isso ocorre por causa da inversão da polaridade proporcionada pelo chaveamento que agora faz com que o fluxo da corrente e do campo elétrico também sofram a inversão de sentido. Como o imã ainda se mantém com o seu polo norte pra cima em relação ao condutor, a ação agora percebida é a de repulsão do condutor em relação a este imã. Este fenômeno é justificado pela Lei de Lorentz:

Força de Lorentz

A Força de Lorentz é a superposição da força elétrica, proveniente de um campo elétrico , com a força magnética, devida a um campo magnético , que atuam sobre uma partícula carregada elétricamente se movendo no espaço. Tal força é dada pela formula:

Evidentemente, para que a superposição ocorra, é necessário que a partícula possua uma carga elétrica líquida não nula () e esteja em movimento em uma região do espaço que possua o campo magnético. Analisando apenas as forças de caráter elétrico, se , a partícula estará somente sob influência da força elétrica ().

A contribuição a devido à força elétrica é paralela ao campo elétrico , resultando em aceleração da partícula carregada na mesma direção e sentido do campo (uma partícula carregada negativamente sofrerá aceleração no sentido contrário ao campo). A contribuição referente à força magnética () é sempre perpendicular ao campo e à velocidade simultaneamente, conforme dita a regra do produto vetorial.

Vale a pena notar que a força magnética não realiza trabalho, uma vez que é perpendicular ao deslocamento (ou seja, não existe componente de na direção de ). A força magnética altera a direção da velocidade sem alterar o seu módulo. Porém, como a força de Lorentz possui uma componente devida ao campo elétrico, essa sim pode realizar trabalho.

A primeira parte do experimento foi feita. Agora será substituída a posição do ímã, ou seja, será colocada a polaridade sul para cima.

O gerador de tensão ligado e ajustado para 3,0V. Quando ligamos a chave liga-desliga na posição direta (para baixo) é gerado no circuito um fluxo de corrente no sentido indicado pela seta de cor azul. Com isso, o balanço, que é representado nesta figura pelo condutor na cor verde, é repelido numa tentativa de acompanhar o sentido imposto pelo campo magnético, indicado pela seta de cor vermelha, criado a partir da polaridade imposta pelo circuito DCC. Além disso, observamos que a tensão gerada pela fonte DCC variou entre 2,4V e 3,0V.

Após analisarmos o experimento, foi solicitado que a chave fosse posicionada para cima, ou seja, o contrário. Quando ligada a chave liga-desliga para posição inversa (para cima), percebemos que o balanço agora é atraído e a tensão varia entre 2,1V e 2,4V. Isto ocorre por causa da inversão da polaridade proporcionada pelo chaveamento que agora faz com que o fluxo da corrente e do campo elétrico também sofram a inversão de sentido. Como o imã ainda se mantém com o seu polo sul pra cima em relação ao condutor, a ação agora percebida é a de atração do condutor em relação a este imã.

Conclusão

Motor Elétrico

Um Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos