Relatório de experimento cientifico

Relatório de experimento cientifico

FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

ENGENHARIA ELÉTRICA

FÍSICA II

RELATÓRIO EXPERIMENTAL 05:

AÇÃO DA FORÇA MAGNÉTICA QUE ATUA NUM CONDUTOR RETILÍNEO, IMERSO NUM CAMPO MAGNÉTICO

RELATÓRIO REALIZADO POR:

Clarissa Nunes

Igor Domingos

Kátia Viterbo

Kleber Oliveira

TURMA: A3V

ORIENTADOR:

Fernando Sant’anna

SALVADOR

2006

SUMÁRIO

  1. SUMÁRIO................................................................................................................. 2

  1. INTRODUÇÃO......................................................................................................... 3

  1. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS................................................. 4

  1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.................................................................... 5

  1. QUESTÕES DO RELATÓRIO................................................................................ 6

  1. CONCLUSÃO......................................................................................................... 11

  1. ANEXOS................................................................................................................. 12

  1. BIBLIOGRAFIAS................................................................................................... 13

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  1. INTRODUÇÃO

A história do magnetismo começou com um mineral chamado magnetita (Fe3O4), a primeira substância com propriedades magnéticas conhecida pelo homem, seu poder de atrair ferro já era conhecido séculos antes de Cristo. A força magnética que age em condutores percorridos por corrente, em um campo magnético, é muito importante, e através de seu conhecimento podem-se explicar os fenômenos magnéticos. Cargas elétricas em movimento originam campo magnético. Estando a carga elétrica em movimento em um campo magnético, há uma interação entre esse campo e o campo originado pela carga. Esta interação manifesta-se por forças que agem na carga elétrica, denominadas forças magnéticas. A intensidade da força magnética é F = q.v.B , em uma carga (q) movendo-se com uma velocidade (v) em um campo magnético (B). Uma das propriedades mais importantes dos materiais magnéticos é a formação de dois pólos. Um é chamado “pólo norte”, o outro “pólo sul”. Pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.

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  1. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS

  • Conjunto Eletromagnético KurtEQ026 com os seguintes acessórios:

  • Duas hastes paralelas articuláveis com separador, orifícios sustentadores e limitadores posicionadores deslizantes

  • Um conjunto de hastes paralelas magnéticas com separador e afastador rosqueável removível, dotadas de imãs permanentes

  • Balanço condutor. Uma fonte de alimentação regulada para 3,0V C.C., duas chaves tipo H-H e conexões de fio com pinos tipo banana

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  1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

  • Levantar as duas hastes paralelas articuláveis e afastar os anéis protetores deslizantes dos orifícios existentes nas hastes.

  • Encaixar o balanço nos orifícios existentes nas hastes, o que impedirá o balanço de cair.

  • Colocar o separador rosqueável intermediário no conjunto de hastes paralelas magnéticas. Isto fará com que o conjunto se transforme num imã em “U”. Com isso, posicionar este imã na base acrílica, com o pólo Norte para cima e próximo do balanço.

  • Deixar o balanço magnético conectado à fonte de alimentação C.C.(para isto, utilizar os fios descritos na lista de materiais). Tendo o cuidado de, ao ligar a fonte não deixá-la muito tempo na posição ligado, pois é formado um curto nas entradas da mesma.

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  1. QUESTÕES DO RELATÓRIO

  1. Identificar o sentido e direção dos vetores indução magnética e corrente elétrica para as diversas configurações de imã e ligações da fonte C.C. Qual o procedimento utilizado para identificar estes vetores?

Um condutor percorrido por corrente elétrica mergulhado numa região de campo magnético fica sob a ação de uma força que resulta da soma das forças magnéticas que atuam sobre as partículas carregadas em movimento, que constituem a corrente.

Para a determinação do sentido dos vetores indução magnética e corrente elétrica, foi utilizada a regra da mão direita.

Para esta primeira configuração acima, onde foi observado no experimento que ao aplicar a fonte C.C. nos devidos terminais, o balanço se projetava um pouco para dentro devido à força magnética:

  • As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul (de cima para baixo)

  • O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o mesmo sentido delas

  • A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da esquerda para direita de acordo com a figura

  • A força magnética, tem o seu sentido de fora do papel para dentro do papel

Para esta mesma primeira configuração, porém com os terminais da fonte C.C. invertidos:

  • As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul (de cima para baixo)

  • O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o mesmo sentido delas

  • A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da direita para esquerda de acordo com a inversão de polaridade da fonte C.C.

  • A força magnética, tem o seu sentido de dentro do papel para fora do papel

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Para esta segunda configuração acima, onde foi observado no experimento que ao aplicar a fonte C.C. nos devidos terminais, o balanço se projetava um pouco para fora:

  • As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul (de baixo para cima)

  • O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o mesmo sentido delas

  • A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da esquerda para direita de acordo com a figura

  • A força magnética, tem o seu sentido de dentro do papel para fora do papel

Para esta mesma segunda configuração, porém com os terminais da fonte C.C. invertidos:

  • As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul (de baixo para cima)

  • O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o mesmo sentido delas

  • A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da direita para esquerda de acordo com a inversão de polaridade da fonte C.C.

  • A força magnética, tem o seu sentido de fora do papel para dentro do papel

  1. A regra da mão direita, é uma regra mnemônica? Comente sobre a regra e como ela funciona.

Sim, a regra da mão direita é uma mnemônica. Uma mnemônica é um auxiliar de memória. São utilizados para memorizar listas ou fórmulas, e baseia-se em formas simples de memorizar maiores construções, baseados no princípio de que a mente humana tem mais facilidade de memorizar dados quando estes são associados a informação pessoal, espacial ou de caráter relativamente importante.

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A regra da mão direita:

Colocando a mão direita com os quatros dedos lado a lado no mesmo plano que a palma da mão e com o polegar levantado nesse plano, aponte o polegar no sentido da corrente que está passando ao longo de um elemento desse condutor, e os demais dedos no sentido do campo magnético para o ponto P(região do espaço próximo ao condutor), onde o campo está sendo determinado. O sentido da força magnética será aquele de trás para frente da mão, isto é, o sentido no qual a mão daria um empurrão (de dentro do papel para fora do papel).

  1. Identificar o sentido direção do vetor torque magnético.

Uma espira retangular percorrida por uma corrente, está mergulhada num campo magnético do imã. O plano da espira forma um ângulo θ com a direção do campo. Nessas condições, a espira gira ao redor do seu eixo por efeito do torque resultante associado às forças F e - F. Sobre cada um dos quatro lados da espira existe uma força magnética dada por F = i L x B, onde o vetor L tem módulo dado pelo comprimento do lado e direção e sentido dados pela corrente. Assim, as forças que atuam sobre os lados verticais da espira se cancelam mutuamente e são as forças sobre os outros dois lados que originam o torque resultante sobre a espira.

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Suponhamos que os lados horizontais possuam comprimento d e os lados verticais comprimento h de acordo com a figura. Como o torque de uma força F em relação a um ponto que se encontra a uma distância d do ponto de aplicação da força é dado T = d x F, e como os torques associados às forças F e - F têm a mesma direção e o mesmo sentido (que é a direção do eixo da espira, no sentido indicado na figura), podemos escrever, para o módulo do torque resultante:

T = 2 (h / 2) (id x B sen 90°) senθ = h . id x B senθ

  1. Princípios envolvidos no funcionamento de um motor elétrico encontram-se envolvidos neste experimento. Identifique-os e comente sobre estes princípios.

Sim, estão presentes. O principio de funcionamento dos motores elétricos baseia-se na propriedade de atração e repulsão de um campo eletromagnético. Em qualquer motor a corrente elétrica que passa pelo enrolamento produz um campo eletromagnético (semelhante ao campo magnético de um imã) que é utilizado para movimentar o rotor do motor. O torque magnético produzido, é função da corrente que percorre os condutores do rotor e o campo no qual está inserido.

  1. Identifique os motores elétricos em diversas aplicações

Os motores elétricos são de grande ajuda no nosso dia-a-dia. Podemos vê-los em dispositivos indispensáveis a uma vida moderna, como em geladeiras, auxiliando o compressor ou em liquidificadores, nos quais são inseridas “hélices” no seu eixo que trituram ou movimentam os alimentos e bebidas. Eles se dividem quanto o tipo de corrente que passa por eles, vejamos alguns exemplos:

Motores de corrente contínua

São motores de custo elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação.

Motores Universais

Se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos motores corrente continua por eletroímãs e ligarmos (em série) esses eletroímãs no mesmo circuito do rotor e comutador, teremos um motor universal, que podem ser acionados tanto por corrente continua quanto alternada, encontrados em batedeiras elétricas, aspiradores de pó.

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Motores de Passo

Muitos dispositivos computadorizados (drives, CDRom etc.) usam motores especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar continuamente, estes rotores giram em etapas discretas; os motores que fazem isso são denominados 'motores de passo'. O rotor de um motor de passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, seqüencialmente, pelos pólos de diversos eletroímãs estacionários.

Motores de corrente alternada

São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Seu princípio de funcionamento se baseia no Campo Girante, que surge quando um sistema de correntes alternadas trifásico é aplicada em pólos defasados fisicamente de 120º. Dessa forma, como as correntes são defasadas 120º elétricos, em cada instante, um par de pólos possui o campo de maior intensidade, causando a associação vetorial desse efeito o Campo Girante.

Os principais tipos são:

Motor síncrono:

Funciona com velocidade estável. Utiliza-se de um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se necessita de velocidades estáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante.

Motor de indução:

Funciona normalmente com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas encontradas na prática. É possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de conversores de freqüência.

  1. Há um movimento no sentido de minimizar o consumo de energia e as dimensões de motores elétricos, comente sobre isto, além de mostrar possíveis diferenças em relação aos motores tal como identificados no item 5.

Com o aumento no custo da energia e a preocupação de uma escassez energética, muitos projetos vem com o intuito de minimizar o consumo de energia dos motores elétricos, que passam a ser chamados motores de alta performance. Uma outra característica importante é a minimização das dimensões e da emissão de ruídos por parte dos motores elétricos, no caso das dimensões está diretamente ligado a diminuição do custo de produção e a uma melhor utilização de seu espaço físico por parte das fabricas ou equipamentos, já em relação a emissão de ruídos está ligado a um melhor conforto por parte de quem for operar tais equipamentos.

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  1. CONCLUSÃO

Os motores elétricos são máquinas de grande importância. A ação da força magnética que atua em um condutor retilíneo, imerso num campo magnético está relacionada com o principio de funcionamento dos motores elétricos. O campo magnético é capaz de exercer forças não apenas sobre imas, mas também sobre condutores percorridos por correntes elétricas. A força que um campo magnético exerce sobre um condutor percorrido por corrente pode ser utilizada para realizar trabalho, verifica-se isto nos motores elétricos. A força magnética ocorre devido ao movimento de cargas elétricas.

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  1. ANEXOS

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8. BIBLIOGRAFIA

  • Nicolau, Penteado, Toledo, Torres – Física Ciência e Tecnologia (Volume Único).

Editora Moderna

  • Tipler, Paul A. – Eletricidade e Magnetismo. Ótica (volume II)

  • Walker, Halliday Resnick – Fundamentos da Física / Eletromagnetismo (Volume III).

  • http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp

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