campo magnÉtico e imantaÇÃo por induÇÃo e contato
DESCRIPTION
Eletromagnetismo IITRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CAMPUS PALMAS
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Richardson Diego de Melo Pires
ELETROMAGNETISMO II
AULA PRÁTICA N°2
CAMPO MAGNÉTICO E IMANTAÇÃO POR INDUÇÃO E CONTATO
Palmas - TO, 25 de Maio de 2015.
Richardson Diego de Melo Pires
ELETROMAGNETISMO II
AULA PRÁTICA N°2
CAMPO MAGNÉTICO E IMANTAÇÃO POR INDUÇÃO E CONTATO
Trabalho apresentado à disciplina
“Eletromagnetismo II”, 5º período.
Curso de Engenharia Elétrica da
Universidade Federal do Tocantins,
Centro de Engenharias Civil e Elétrica.
Professor Dr. Sérgio Ricardo
Gobira Lacerda.
Palmas - TO, 25 de Maio de 2015.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...............................................................................................................4
OBJETIVOS....................................................................................................................8
MATERIAIS E MÉTODOS...........................................................................................8
RESULTADOS................................................................................................................9
CONCLUSÃO................................................................................................................11
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................12
4
INTRODUÇÃO
Os primeiros registros de campos magnéticos foram feitos pelos gregos quando
descobriram há quase 600 anos A.C. uma pedra que tinha a propriedade de atrair metais
Esta pedra, mais precisamente um mineral (magnetita), é formada basicamente por ferro
cuja fórmula é Fe3O4. Porém, relatos atribuem aos chineses à descoberta do efeito de
orientação natural dos ímãs. Atualmente são mais usados imãs artificiais, obtidos a
partir do processo de imantação. Uma das mais famosas aplicações deste efeito é a
bússola, que é constituída apenas de uma agulha imantada, apoiada pelo seu centro de
massa. Sempre apontando para o Norte Magnético.
Figura 1 - Limalhas de ferro sob ação de um campo magnético
Quando um imã é suspenso de forma que ele possa girar livremente uma de suas
extremidades apontará para o norte geográfico, que é o sul magnético do imã e a outra
apontara para o sul geográfico, que é o norte magnético. Tratando-se de um imã pode-se
concluir que os pólos de mesmo nome se repelem e nomes diferentes se atraem. Outro
fenômeno importante é o da inseparabilidade dos pólos de um imã, isso significa que se
cortamos um imã em duas partes, cada uma destas constitui um novo imã, que embora
menor, continua apresentando dois pólos (norte e sul).
A magnitude fundamental do campo magnético é a indução de campo,
representada habitualmente pelo símbolo B e dotada de caráter vetorial, já que depende
tanto de seu valor numérico como da direção e sentido de máxima variação do campo.
A detecção de um campo magnético em um meio é feita pela influência que exerce
5
sobre uma bússola ou carga elétrica em movimento. Assim, pode-se definir a indução de
campo magnético como a força que este exerce perpendicularmente sobre uma carga
unitária de velocidade, também igual a um.
A expressão matemática desta relação, chamada de Lorentz, é F = qv x B onde a
unidade fundamental no sistema internacional é o tesla (T).
A física considera a existência de três tipos de material, segundo seu
comportamento em presença de campos magnéticos:
Materiais ferromagnéticos
Materiais ferromagnéticos são aquelas que, quando sujeitos a um campo
magnético, são facilmente atraídos. Exemplos: aço macio, níquel, cobalto. Existe um
conceito chamado ferromagnetismo, que é o ordenamento magnético de todos os
momentos magnéticos de uma amostra, na mesma direcção e sentido. O
ferromagnetismo é o resultado do acoplamento spin-órbita dos elétrons
desemparelhados que se alinham em regiões chamadas domínios magnéticos. Em geral,
as amostras tem magnetização nula porque os domínios são orientados aleatoriamente.
Materiais paramagnéticos
Aplicando-se um campo magnético num material ferromagnético, os domínios
se orientam no mesmo sentido e o material passa a ter uma magnetização não nula, com
a formação de um pólo norte e outro sul magnéticos. Mesmo retirando o campo externo,
o material ainda assim apresentará uma magnetização não nula.
Materiais diamagnéticos
A desmagnetização pode ser feita de várias formas, entre elas temos a
desmagnetização em campo alternado. A desmagnetização em campo alternado consiste
em expor o material magnetizado a um campo magnético alternado comparável a uma
senóide cuja magnitude decresce com o tempo.
Pode-se representar qualquer campo magnético, através linhas de campo
magnético, também conhecidas como linhas de indução magnética, essas linhas são
fechadas, saem do pólo norte em direção ao pólo sul e nunca se cruzam. Nos pólos a
concentração das linhas é maior e quanto maior a concentração de linhas, mais intenso
será o campo magnético numa dada região.
A força que atua sobre uma partícula que se move é sempre perpendicular ao
campo magnético e, portanto, é ortogonal a linha de campo magnético que passa pelo
ponto onde a partícula está. A direção da força depende da velocidade da partícula e do
6
sinal da carga, de modo que apenas observar a direção de uma linha de campo
magnético não é o suficiente para a determinação da direção da força que atua sobre
uma partícula carregada arbitraria que se move. As linhas de campo magnético possuem
a mesma direção da agulha magnética de uma bussola colocada em cada ponto do
campo.
A Imantação é o processo de tornar um metal ferromagnético em um ímã
(alinhar os ímãs elementares do metal para adquirirem propriedades magnéticas), é o
mesmo que ocorre com a agulha das bússolas; para imantar é necessária a presença do
metal com o ímã durante certo período, pode também imantar com o auxílio de
passagem de corrente elétrica (os chamados de eletroímãs). Na Imantação existem
quatro processos diferentes para imantar:
Por indução magnética
Consiste em colocar um corpo a ser imantado nas proximidades de um ímã. Isto
é, o corpo sofrerá a ação do campo magnético do ímã e se imantará por indução.
Figura 2 - Imantando uma barra de ferro por indução.
Por contato
Une-se o corpo ao ímã.
Figura 3 - O prego se transforma num ímã, por indução. As tachas também.
Por atrito
Uma barra de ferro atritada por um ímã, sempre no mesmo sentido, se imanta.
7
Figura 4 - Com o atrito entre as duas ferramentas podem imantar uma delas
Por corrente elétrica continua
Enrolamos um condutor sobre uma barra de ferro, se o condutor for percorrido
por uma corrente contínua, a barra de ferro se torna um ímã.
Figura 5 - Imantação por corrente elétrica
OBJETIVOS
Reproduzir e verificar as linhas de campo magnético gerado por imãs, assim
como o fenômeno da imantação por condução e contato.
8
MATERIAIS E MÉTODOS
Folhas de Papel A4;
Bússola;
Um Imã Circular;
Um Bastão Circular de Ferro;
Uma Fita Crepe;
01 Placa de Acrílico;
Limalhas de Ferro;
Um Bastão Circular de Alumínio;
Quatro Imãs Retangulares.
O objeto de suma importância para as experiências foi à utilização da bússola,
pois através dela foram definidos os polos magnéticos dos imãs e os pólos da terra.
Durante a execução do experimento foi adotado que a ponta vermelha da bússola,
quando submetida ao campo magnético da Terra, apontasse na direção do norte
geográfico, equivalente ao sul do imã.
A primeira parte do experimento consistia em observar as linhas de indução
magnética através de três configurações. Para a primeira configuração utilizamos dois
imãs retangulares, através da bússola identificamos os polos desses imãs e os colocamos
com a configuração norte-norte (que poderia ser sul-sul, o resultado é o mesmo), para
uma fixação melhor, colocamos os imãs a uma distância suficientemente pequena para
observar as linhas de indução, e os fixamos com a fita crepe sobre a mesa. Sobre eles foi
colocada a placa de acrílico, e em cima desta foi colocada à folha A4. Depois disso
feito, jogamos a limalha de ferro em cima da folha A4. E então observamos as linhas de
campo magnético.
Para as outras duas configurações, repetimos o mesmo processo, somente a
configuração mudou para o segundo experimento, colocamos a configuração norte-sul,
ou seja, atração entre os imãs, e para o terceiro, juntou os dois imãs formando uma peça
só, e repetimos o processo.
Para a segunda parte do experimento, tínhamos que verificar as propriedades de
imantação do ferro e do alumínio, para isso, utilizamos duas técnicas: a de condução e
contato.
9
Primeiramente escolhemos a barra de metal, então, para verificar se ela se
imantava, colocamos um pouco de limalha de ferro em cima do acrílico e aproximamos
a barra, verificando se a barra estava ou não magnetizada. Primeiro testamos a
condução, para isso aproximamos um imã permanente a extremidade dessa barra, mas
não encostamos, e verificamos o que aconteceu com a limalha. Depois testamos o
contato, que consiste em encostar o imã permanente na barra de ferro, e então
verificamos novamente o que acontecia com a limalha. E esse mesmo procedimento, foi
adotado com a barra de alumínio, aonde também observamos os resultados.
RESULTADOS
Após os procedimentos indicados acima, observamos os resultados visualmente,
que poderão ser acompanhados a seguir. Na primeira parte do experimento, pode ser
observado as linhas de campo das três configurações: norte-norte (imãs em repulsão);
norte-sul (imãs em atração); a junção dos dois imãs.
Figura 6 – Configuração norte-norte (imãs em repulsão).
10
Figura 7 – Configuração norte-sul (imãs em atração).
Figura 8 –
Configuração junção dos dois imãs.
Já na segunda parte do experimento, que era sobre a imantação dos objetos. Os
resultados obtidos podem ser vistos logo abaixo.
Figura 9 - Bastão de Ferro – indução.
11
Figura 10 - Bastão de Ferro – Contato.
Figura 11 - Bastão de Alumínio.
CONCLUSÃO
Ao analisarmos o comportamento da limalha de ferro quando próxima dos imãs,
notamos certo padrão. Esse padrão é o mesmo definido para o campo magnético do imã,
em que as linhas saem do pólo positivo e partem para o negativo sem se sobreporem.
Quando é utilizada uma combinação de imãs percebe-se que o padrão das linhas se
12
comporta analogamente. Particularmente, ao aproximar pólos iguais as linhas divergem
e a distância média entre os imãs notavelmente não possui limalha, isso por que as
linhas saem com mesma direção e se anulam em certa posição.
Em proximidade a um campo magnético, a barra de ferro, se imantou de forma
que puxou um pouco de limalha para si. Podemos dizer que o ferro pode ser imantado
pela presença de um campo magnético. Já com a barra de ferro em contato com o imã, a
intensidade da imantação da barra aumentou um pouco, tendo vista que anteriormente,
ela havia puxado apenas um pouco de limalha, agora ela conseguiu puxar a limalha por
inteira. Ou seja, a barra de ferro é um material ferromagnético e o seu consequente
alinhamento na direção do campo magnético de um ímã, faz com que este objeto se
comporte como se fosse um ímã natural. Isso ocorre enquanto ele estiver na presença
deste campo magnético. Nesta condição, este objeto pode atrair outros objetos para si,
pois mesmo que momentaneamente, ele tem todas as características de um ímã.
No entanto, com a barra de alumínio podemos afirmar que não aconteceu nada
em nenhum dos processos, logo, podemos concluir que a mesma não pode ser imantada,
mesmo quando encostamos um imã permanente na barra, ela não consegue atrair a
limalha. Ou seja, a barra de alumínio é um material paramagnético, o seu alinhamento
na direção do campo magnético de um ímã é similar ao caso ferromagnético, porém de
intensidade aproximadamente 1000 vezes menor. Por isso também não é de fácil
observação. O resultado final é que o material paramagnético é muito fracamente
atraído pelo ímã natural mesmo em contato com ele.
Os experimentos ocorreram de forma satisfatória. Foi possível obter todos os
resultados necessários nesta prática.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 3,
8ª Edição.
YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Física III: Eletromagnetismo. 12. ed. São
Paulo: Pearson, 2009.
REITZ, J.R, MIFORD, F.J, CHRISTY, RW. Fundamentos da Teoria
Eletromagnética. Rio de Janeiro. Editora Campos, 1982.