laboratÓrio de eletromagnetismo · questão 02: explicar a utilização do resistor de 10 mΩ na...

UNIVERSIDADEFEDERALDECAMPINAGRANDECENTRODEENGENHARIAELÉTRICAEINFORMÁTICAUNIDADEACADÊMICADEENGENHARIAELÉTRICA

Prof.Dr.AlexandreJeanRenéSerresProf.Dr.HelderAlvesPereiraProfa.Dra.RaquelAlineAraújoRodrigues LaboratóriodeEletromagnetismo

1

LABORATÓRIODEELETROMAGNETISMO

GUIADOSEXPERIMENTOS

CampinaGrande,Paraíba2018.2

LaboratóriodeEletromagnetismo

Código:1404142


2

AelaboraçãodesteguiapossuiacontribuiçãodosalunosdaUFCG(CampinaGrande–Paraíba):

• LeonardoFragosoMartins,• MilenaMarinhoArrudae• RodrigoTorresGuimarães,

edosprofessores:

• AlexandreJeanRenéSerres,• HelderAlvesPereirae• MáriodeSousaAraújoFilho.


Código:1404142


3

Sumário_____________________________________EXPERIMENTO1:MEDIÇÃODOCAMPOELÉTRICOEMCAPACITORDEPLACASPARALELAS 4

1.1. OBJETIVOGERAL 41.2. OBJETIVOSESPECÍFICOS 41.3. MATERIALUTILIZADO 41.4.LEITURASUGERIDA 51.5.PREPARAÇÃO 51.5.1.PARTE1(RESOLUÇÃODEQUESTÕES) 61.5.2.PARTE2(REALIZAÇÃODOEXPERIMENTONOLABORATÓRIO) 9

EXPERIMENTO2:MEDIÇÃODOPOTENCIALESCALARELÉTRICOEMCAPACITORDEPLACASPARALELAS 10

2.1. OBJETIVOGERAL 102.2.OBJETIVOSESPECÍFICOS 102.3.MATERIALUTILIZADO 102.4.LEITURASUGERIDA 112.5.PREPARAÇÃO 112.5.1.PARTE1(RESOLUÇÃODEQUESTÕES) 122.5.2. PARTE2(REALIZAÇÃODOEXPERIMENTONOLABORATÓRIO) 12

EXPERIMENTO3:DISTRIBUIÇÃOESPACIALDADENSIDADEDEFLUXOMAGNÉTICONOPARDEBOBINASDEHELMHOLTZ 16

3.1.OBJETIVOGERAL 163.2. OBJETIVOSESPECÍFICOS 163.3. MATERIALUTILIZADO 163.4.LEITURARECOMENDADA 163.5.PREPARAÇÃO 173.5.1.PARTE1(RESOLUÇÃODEQUESTÕES) 173.5.2.PARTE2(REALIZAÇÃODOEXPERIMENTONOLABORATÓRIO) 18

EXPERIMENTO4:DISTRIBUIÇÃODADENSIDADEDEFLUXOMAGNÉTICOEMUMSOLENOIDE 23

4.1.OBJETIVOGERAL 234.2.OBJETIVOSESPECÍFICOS 234.3.MATERIALUTILIZADO 234.3.1ESPECIFICAÇÕESDOSSOLENOIDES 244.4.LEITURARECOMENDADA 244.5.PREPARAÇÃO 244.5.1.PARTE1(RESOLUÇÃODEQUESTÕES) 264.5.2.PARTE2(REALIZAÇÃODOEXPERIMENTONOLABORATÓRIO) 26

REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS 30

ANEXOA–CAPAPADRONIZADA 31


Código:1404142


4

Experimento1:MediçãodoCampoElétricoemCapacitordePlacasParalelas

1.1. ObjetivoGeralEntender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos elétricos noregimeestático.

1.2. ObjetivosEspecíficos

Medirocampoelétricoemumarranjodecapacitordeplacasparalelas.

Identificar a relação entre teoria e prática para as medições realizadas no

experimento.

1.3. MaterialUtilizadoOs materiais e equipamentos, usados durante o experimento, encontram-se

listadosnafigura1.1.

Figura1.1.Arranjodemediçãodaintensidadedocampoelétrico,comoumafunçãodatensãoedoespaçamentoentreasplacas.

5Prof.Dr.AlexandreJeanRenéSerresProf.Dr.HelderAlvesPereiraProfa.Dra.RaquelAlineAraújoRodrigues LaboratóriodeEletromagnetismo

1. Placadealumınio,283x283mm2.(1)

2. Placa de alumínio com encaixe central 𝑑 =

55mm.(1)

3. Medidordecampoelétrico.(1)

4. FontedeAlimentação,DC:0-12V,0,5A;0-650V,

50mA/AC:6,3V,2A.(1)

5. Resistor,10MΩ.(1)

6. Multímetrodigital.(2)

7. Conectorazul,𝑙 = 750mm.(4)

8. Conectoresvermelhos,𝑙 = 750mm.(4)

9. Basemétrica,𝑙 = 60mm.(1)

10. Deslizeparabasemétrica,ℎ = 80mm.(2)

11. Hastedeaço,𝑙 = 250mm.(1)

12. Garraemânguloreto.(1)

13. Réguaplástica,𝑙 = 200mm.(1)

14. Tubo de Fixação de aço. (2)

1.4.LeituraSugeridaCapítulos04,05e06dolivro:ElementosdeEletromagnetismo1.

1.5.PREPARAÇÃOPor medidas de segurança, é exigido o uso de calçados fechados e com solado de

borrachapararealizaçãodecadaumdosexperimentodoLEMAG.Casooalunonãose

atente para tal observação, ficará impossibilitadode acessar o laboratório emdias de

experimento.

Duranteoexperimentoserárealizadooestudodocapacitordeplacasparalelas.

Éimportantesaberanalisarocomportamentodasmedidasqueserãorealizadas.

A preparação deverá ser entregue devidamente preenchida antes da realização do

experimento.

Éimportante:

1. Verificar amontagem dos equipamentos, de acordo com a figura 1.1, seguindo as

orientaçõesdoprofessoroumonitor.

2. Certificar-se de que a fonte de alimentação e os multímetros estão conectados

corretamenteaocircuito.

3. Ligar a fonte de alimentação, assegurando-se que a tensão entre as placas do

capacitorsejade0V.

1 SADIKU,M.N.O.ElementosdeEletromagnetismo.5ªedição–2012.EditoraBookman.


4. É necessário estabelecer o zero de equilíbrio nomedidor de campo elétrico. Para

isto, é necessário alimentar o equipamento com 12V, curto-circuitar as placas do

capacitore,comoauxíliodomultímetro,ajustaroequipamento.

5. O ajuste da faixa de medição deverá ocorrer no equipamento Medidor de Campo

Elétrico,nobotão6segundoafigura1.2.

Figura1.2.Medidordecampoelétrico.

Oexperimento1édivididoemduaspartes:

1. Na primeira montagem, mantém-se a distância entre as placas do capacitor

constante(𝑑 = 10cm)afimdeverificararelaçãoentreocampoelétricoeatensão

entreasplacasdocapacitor.

2. Nasegundamontagem,seráestudadaarelaçãoentreocampoelétricoeadistância

entreasplacas,mantendoatensãoconstante(𝑉 = 200V).

1.5.1.PARTE1(ResoluçãodeQuestões)Questão 01: Explicar os princípios físicos e o funcionamento do medidor de campo

elétrico estático utilizado no laboratório. Consultar datasheet no site do fabricante:

http://fys.kuleuven.be/pradem/handleidingen/1150010e.pdf.

Questão02:Explicarautilizaçãodoresistorde10MΩnarealizaçãodoexperimentoe

ilustradonafigura1.1,item(05).

Questão03:Determinarasexpressõesanalíticasdovetorcampoelétrico,dopotencial

escalarelétrico,dacapacitância,daresistênciaedaenergiaparaoarranjodocapacitor

deplacasparalelas.


Questão04:Considereasseguintessituaçõesparaumcapacitordeplacasparalelasde

dimensões283×283mm2.

o Preencher a Tabela 1.1, calculando o campo elétrico gerado pelas superfícies

paralelasdadoqueasplacasseencontramaumadistânciafixa𝑑8 = 10cmequea

tensãoaplicadaaocapacitorestávariandodeacordocomatabela.

o Preencher a Tabela 1.2, calculando o campo elétrico gerado pelas superfícies

paralelas dado que no capacitor a tensão é fixa,𝑉8 = 200V, e a distância entre as

placasvariadeacordocomatabela.

o Calcularascapacitânciasdocapacitorpara todososcasos, completandoosvalores

teóricosdaTabela1.1edaTabela1.2.

o Calcular a energia armazenada em cada um dos casos completando os valores


o Calcular a energia armazenada em cada um dos casos completando os valores


o Traçarosseguintesgráficos:

1) amplitude do campo elétrico X diferença de potencial aplicada entre as placas,

considerandoumadistânciafixa(𝑑8 = 10cm)e

2) a amplitude do campo elétrico X distância entre as placas, considerando uma

diferençadepotencialaplicadaentreasplacas(𝑉8 = 200V).


Tabela1.1.Relaçãoentrecampoepotencialelétrico(𝑑8 = 10𝑐𝑚).

TENSÃO 𝐕

CAMPOELÉTRICO

𝐤𝐕/𝐦

CAPACITÂNCIA 𝐩𝐅 ENERGIA 𝐧𝐉

MEDIDO TEÓRICO TEÓRICO TEÓRICO

0

25

50

75

100

150

200

250

Tabela1.2.Relaçãoentreocampoelétricoeadistânciaentreasplacasdocapacitor(𝑉8 = 200𝑉).

DISTÂNCIA

ENTREAS

PLACAS 𝐜𝐦

CAMPOELÉTRICO

𝐤𝐕/𝐦

CAPACITÂNCIA 𝐩𝐅 ENERGIA 𝐧𝐉

MEDIDO

TEÓRICO TEÓRICO TEÓRICO

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


1.5.2.PARTE2(RealizaçãodoExperimentonoLaboratório)As medições estão relacionadas a uma faixa demedição e, portanto, neste arranjo, a

indicaçãodovalormedidodeveráserajustadodemodoacorresponderàintensidadede

campocalculadateoricamente.

MontagemI-RelaçãoentreCampoePotencialElétrico1. Manterasplacasdocapacitoraumadistânciafixa(𝑑 = 10cm).

2. Inicialmenteaplicarumatensãode25Vaosistemaecompararovalormedidocom

ovalorcalculado.

3. AnotarosvaloresmedidosnaTabela1.1.

4. Repetirositens1e2aumentandoatensãoem25V.Quandoatingir100V,variarem

50Vatéatingirolimitede250V.

Montagem II - Relação entre o Campo Elétrico e a Distância entre as Placas doCapacitor1. Fixaratensãoentreasplacasdocapacitor(𝑉 = 200V).

2. Inicialmente,manterasplacasdocapacitoraumadistancia𝑑 = 10cmecompararo

valormedidocomovalorcalculado.

3. AnotartodososresultadosnaTabela1.2.

4. Repetir os itens 1 e 2, aumentando a distância entre as placas de2cm até atingir

20cm.


Experimento 2: Medição do Potencial Escalar Elétrico emCapacitordePlacasParalelas

2.1. ObjetivoGeralEntendereaplicarosprincípiosfísicosgeraisinerentesaoscamposelétricosnoregimeestático.

2.2.ObjetivosEspecíficosMedir o potencial escalar elétrico empontos localizados emuma linhaperpendicular,

com relação às placas de um capacitor, a fim de visualizar a uniformidade do campo

elétricoemumcapacitordeplacasparalelas.

Medir o potencial escalar elétrico em pontos localizados em uma linha paralela, com

relaçãoàsplacasdeumcapacitor,afimdevisualizarosefeitosdebordanassuperfícies

equipotenciaisemumcapacitordeplacasparalelas.

2.3.MaterialUtilizadoOsmateriais e equipamentosusadosduranteo experimento se encontram listadosna

figura2.1.

Figura2.1.Arranjoparamediçõesdaintensidadede

campoelétrico.

a. Placadealumínio,283𝑥283mm2.

b. Medidordecampoelétrico.

c. Fontedealimentação.0. . .600VFG.

d. Multímetrodigital.

e. Resistor,10MΩ.

f. Hastedeaço,250mm.

g. Basedeslizante,ℎ = 80mm.

h. Garradeânguloreto.

i. Basemétrica,𝑙 = 60cm.

j. Sondadeionização.

k. Válvulacomcartuchodegásbutano.

l. Conectordeaço.

m. Suporte.

n. 11conectores.

o. Réguaplástica,𝑙 = 200mm.


11

2.4.LeituraSugeridaCapítulos04,05e06dolivro:ElementosdeEletromagnetismo2.




experimento.

Duranteoexperimentoserárealizadooestudodocapacitordeplacasparalelas.



experimento.

Oexperimento2serárealizadoemduaspartes:

1. A primeira parte consiste em fixar uma sonda de ionização no centro das placas,

movê-laemdireçãoaumaplacaemediropotencialescalarelétrico,emcadaponto

entreasplacas,podendoassimdeterminarocampoelétrico.

2. Asegundaparteconsisteemfixarumasondadeionização,aumacertadistânciadas

placas, movê-la paralelamente às placas e medir o potencial escalar elétrico nas

superfíciesequipotenciais.

Éimportante:

1. Verificar a montagem dos equipamentos de acordo com a figura 2.1, seguindo as

orientaçõesdoprofessoroumonitor.

2. Certificar-se de que a fonte de alimentação e os multímetros estão conectados

corretamenteaocircuito.

3. Manterasplacasdocapacitoraumadistânciafixa,𝑑 = 10cm.



12

2.5.1.PARTE1(ResoluçãodeQuestões)Questão01:Expliqueapresençadasondaionizantenoexperimentopararealizaçãoda

mediçãodopotencialescalarelétrico.

Questão02:Expliqueoefeitodebordaqueaconteceemcapacitoresdeplacasparalelas

nãoideiais(placasdedimensõesfinitas).

Questão03:Façaasseguintesatividadesconsiderandoumcapacitordeplacasparalelas

comtensãoentreasplacasde250Veoarcomodielétrico:

(a) PreenchaaTabela2.1.

(b) Represente o comportamento das linhas de campo elétrico e das superfíciesequipotenciaisdeumcapacitorrealdeplacasparalelasempapelmilimetrado.

Tabela2.1.Cálculodasgrandezaselétricas.

Distância(mm)

ÁreadaPlaca(mm2)

Capacitância(pF)

EnergiaArmazenada

(pJ)

CargadaPlaca(pC)

CampoElétricoentreasPlacas

(kV/m)5 100 6 100 7 100 8 100 9 100 10 100 10 200 10 300 10 400

2.5.2. PARTE2(RealizaçãodoExperimentonoLaboratório)Neste experimento, deve-se considerar que a distância entre as placas é

significativamentemenor com relação às suas dimensões. Assim, o campo elétrico,𝑬,

entreasplacas,podeserconsideradohomogêneo.

Aslinhasdecampoelétricosãoperpendicularesàsplacasdocapacitoreassuperfícies

equipotenciaisestãoemparalelocomasplacasdocapacitor.


13

MontagemI–PotencialEscalarElétricoentreasPlacasdoCapacitor1. Certifique-se de que a sonda de ionização se encontra no centro das placas do

capacitoreaposicioneaumadistância𝑥 = 1cm, tomandocomoreferênciaaplaca

aterrada.


capacitorsejade0V.




4. Aplicarumatensãode250Vàsplacasdocapacitor.

5. Com o auxílio do professor, ou monitor, acender a chama. Esse passo deve ser

realizadocombastanteatenção.

6. PosicioneachamadoisqueironapontadasondadeionizaçãoeabraLENTAMENTE

aválvulacontendogásatéqueapareçaumapequenachama.Essachamadeveserde

3a5mmdealtura.

7. Fazeraleituradopotencialescalarelétrico,certificando-sedequeovalormedidoeo

valorteóricoestãoemconformidade.Asmediçõesestãorelacionadasaumafaixade

medição(escala)e,portanto,nestearranjo,aindicaçãodovalormedidodeveráser

compensadapelaescalanaqualoequipamentoestáajustado.

8. Afasta-sede1cmasonda,comrelaçãoàplacaaterrada.

9. AnotarosresultadosnaTabela2.5.

10. Repetirositensde7a9,afimdecompletaraTabela2.5.

11. Feche completamente a válvula e desligue a fonte de tensão para iniciar os

procedimentosdasegundapartedoexperimento.


14

Tabela2.5.Potencialescalarelétricoentreasplacasdocapacitor.𝑑 = 10𝑐𝑚.

DISTÂNCIA𝒙DASONDA

IONIZANTE 𝐜𝐦

POTENCIALELÉTRICO 𝐕 CAMPOELÉTRICO 𝐤𝐕/𝐦

MEDIDO TEÓRICO TEÓRICO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

MontagemII-PotencialElétriconasSuperfíciesEquipotenciais

1. Fixe a sonda de ionização a uma distância 𝑙 = 2,5cm das placas do capacitor e a

posicioneaumadistância𝑥 = 10cm,tomandocomoreferênciaaplacaaterrada.


capacitorsejade0V.




4. Aplicarumatensãode300Vàsplacasdocapacitor.

5. Com o auxilio do professor, ou monitor, acender a chama. Esse passo deve ser

realizadocombastanteatenção.

6. PosicioneachamadoisqueironapontadasondadeionizaçãoeabraLENTAMENTE

aválvulacontendogásatéqueapareçaumapequenachama.Estachamadeveserde

3a5mmdealtura.


15

7. Fazer a leitura do potencial escalar elétrico sobre a superfície equipotencial. As

medições estão relacionadas a uma faixa de medição (escala) e, portanto, neste

arranjo, a indicaçãodovalormedidodeverá ser compensadapelaescalanaqualo

equipamentoestáajustado.

8. Afasta-sede1cmasonda,comrelaçãoàplacaaterrada.

9. AnotarosresultadosnaTabela2.6.

10. Repetirositensde7a9,afimdecompletaraTabela2.6.

11. Fechecompletamenteaválvula,desligueafontedetensão,fixeasondadeionização

aumadistância𝑙 = 4cmdasplacasdocapacitorerepitaositens1-10.

12. Fechecompletamenteaválvulaedesligueafontedetensão.

Tabela2.6.Potencialelétriconassuperfíciesequipotenciais.𝑑 = 10𝑐𝑚.

DISTÂNCIADASONDAIONIZANTE 𝐜𝐦 POTENCIALELÉTRICOMEDIDO 𝐕

𝒍 = 𝟐, 𝟓𝐜𝐦 𝒍 = 𝟒𝐜𝐦

0

2

4

6

8

10


16

Experimento3:DistribuiçãoEspacialdaDensidadedeFluxoMagnéticonopardeBobinasdeHelmholtz

3.1.ObjetivoGeralEntender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos magnéticos no regime

estático.

3.2. ObjetivosEspecíficosMediradistribuiçãoespacialdaintensidadedadensidadedefluxomagnéticoentreum

pardebobinasnamontagemdeHelmholtz;

Verificar a região espacial onde a densidade de fluxo magnético uniforme, 𝑩, é

produzida, demonstrar e determinar quantitativamente a superposição de campos

individuaisparaaformaçãodeumadensidadedefluxomagnéticoresultantedoparde

bobinas.

3.3. MaterialUtilizadoOsmateriaiseequipamentosutilizadosduranteoexperimentoencontram-selistadosna

figura3.1.

Figura3.1.Arranjoparamediçõesdaintensidadede

densidadedefluxomagnético.

a. PardebobinsdeHelmholtz,𝑁 = 154,𝑅 = 20cm;

b. Fontedealimentação;

c. Multímetrodigital;

d. Teslômetrodigital;

e. Pontadeprova;

f. Escalamétrica𝑙 = 1000cm;

g. Suportes;

h. Conectores.

3.4.LeituraRecomendada


17

Capítulos07e08dolivro:ElementosdeEletromagnetismo3.




experimento.

DuranteoexperimentoserárealizadooestudodoarranjodeBobinasdeHelmholtz.


Apreparaçãodeveráserentregueantesdarealizaçãodoexperimento.

Éimportante:

1. Verifique amontagem dos equipamentos de acordo com a figura 3.1, seguindo as

orientaçõesdoprofessor,oumonitor.

2. Certifique-se de que a fonte de alimentação, o teslômetro e os multímetros estão

conectadoscorretamenteaocircuito.

Oexperimento3édivididoemquatropartes:

1. Aprimeiraparte consiste emmedir a densidade de fluxomagnético ao longo do

eixo𝑧dasbobinasquandoadistânciaentreelasfor𝑎 = 𝑅,𝑎 = 𝑅 2e𝑎 = 2𝑅.

2. A segunda e a terceira parte consistem em medir a distribuição espacial da

densidade de fluxo magnético quando a distância entre as espiras for 𝑎 = 𝑅,

utilizandoasimetriarotacionaldamontagemparamediracomponenteaxial,𝐵V ,ea

componenteradial,𝐵W,dadensidadedefluxomagnético,respectivamente.

3. Aquartapartedoexperimentoconsisteemmedirascomponentesradiais𝐵XWe𝐵XXW

de duas bobinas individuais em um plano médio entre elas e demonstrar a

superposiçãodosdoiscamposem𝐵W = 0.

3.5.1.PARTE1(ResoluçãodeQuestões)



18

Questão01:Explicarosprincípiosfísicoseofuncionamentodapontadeprovadeefeito

Hallparamediçãodadensidadedefluxomagnético.

Questão02:Determinaraexpressãoanalíticadadensidadedefluxomagnéticoaolongo

doeixodeduasbobinasdeHelmholtzidênticaseemsériederaioR,queseencontrama

umadistânciaa,apartirda:(a)leideBio-Savarte(b)leideAmpère.

Questão 03: Determinar a expressão analítica da densidade de fluxo magnético ao

longodo eixodeduasbobinasdeHelmholtz idênticas e emparalelode raioRque se

encontramaumadistânciaa.

Questão 04: Considere que no par de bobinas de Helmholtz em série circula uma

corrente 𝐼 = 3,0A, que𝑁 = 154 espiras, para cada bobina, e𝑅 = 20cm. Preencher a

Tabela3.1paraosvaloresde𝑎e𝑧especificados.

Tabela3.1.Densidadedefluxomagnéticocomofunçãodadistânciadasbobinas.

DISTÂNCIA𝒛DA

PONTADE

PROVA 𝐜𝐦

𝒂 = 𝑹/𝟐

DENSIDADEDEFLUXO

MAGNÉTICO 𝐦𝐓

𝒂 = 𝑹

DENSIDADEDEFLUXO

MAGNÉTICO 𝐦𝐓

𝒂 = 𝟐𝑹

DENSIDADEDEFLUXO

MAGNÉTICO 𝐦𝐓

TEÓRICO MEDIDO TEÓRICO MEDIDO TEÓRICO MEDIDO

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

3.5.2.PARTE2(RealizaçãodoExperimentonoLaboratório)Montagem I – Densidade de fluxomagnético como função da distância entre asbobinas

1. Manterasbobinasaumadistânciafixa𝑎 = 𝑅.


19

2. Certifique-se de que a ponta de prova se encontra no centro das bobinas

𝑧 = 0𝑒𝜌 = 0 .

3. Aplicarumacorrentede3Aaoarranjo.

4. Fazer a leitura, para o plano 𝜌 = 0, da densidade de fluxo magnético, variando a

pontadeprovaaolongodoeixodemonstradonafigura3.2.

5. AnotarosvaloresnaTabela3.1.

6. Repetirositensde2a5para𝑎 = 𝑅e𝑎 = 2𝑅afimdecompletaraTabela3.1.

7. Desligueafontedealimentaçãoparainiciarosprocedimentosdasegundapartedo

experimento.

Figura3.2.Arranjoparamediçãodadensidadedefluxomagnéticoparadiferentesvaloresde𝑎.

MontagemII-Componenteaxialdadensidadedefluxomagnéticocomofunçãodaposiçãodapontadeprova



𝑧 = 0𝑒𝜌 = 10cm .


4. Fazeraleitura,paraoplano𝜌 = 10cm,dadensidadedefluxomagnético,variandoa

pontadeprovaaolongodoeixoz,conformeilustradonafigura3.2.

5. AnoteosvaloresnaTabela3.2.

ρ=0ez=0


20

6. Repetirositensde2a5paraoplano𝜌 = 16cmafimdecompletaraTabela3.2.

7. Desliguea fontedealimentaçãopara iniciarosprocedimentosdaterceirapartedo

experimento.

Tabela3.2.Componenteaxialdadensidadedefluxomagnéticocomofunçãodaposiçãodapontade

prova.

DISTÂNCIA𝒛DAPONTA

DEPROVA 𝐜𝐦

DENSIDADEDEFLUXOMAGNÉTICO 𝐦𝐓

𝝆 = 𝟏𝟎𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟔𝐜𝐦

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

MontagemIII-Componenteradialdadensidadedefluxomagnéticocomofunçãodaposiçãodapontadeprova



𝑧 = 0𝑒𝜌 = 0 .


4. Fazer a leitura, para o plano 𝜌 = 0, da densidade de fluxo magnético variando a

pontadeprovaaolongodoeixo𝜌,conformeilustradonafigura3.3.


6. Repetir os itens de 4 a 5 ao longo dos planos 𝜌 = 10 cm e 𝜌 = 16cm a fim de

completaraTabela3.3.


21

7. Desligue a fonte de alimentação para iniciar os procedimentos da quarta parte do

experimento.

Figura3.3.Arranjoparamediçãodacomponenteradialdadensidadedefluxomagnético.

Tabela3.3.Componenteradialdadensidadedefluxomagnéticocomofunçãodaposiçãodapontade

prova.

DISTÂNCIAZDAPONTA

DEPROVA 𝐜𝐦


𝝆 = 𝟎𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟎𝐜𝐦 𝝆 = 𝟏𝟔𝐜𝐦

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

MontagemIV-Componenteradialdadensidadedefluxomagnéticoparacadabobina

ρ=0ez=0

ρ

z


22

1. Curto-circuitarumadasbobinas.


3. Fazer a leitura, para o plano 𝑧 = 0, da densidade de fluxo magnético, variando a

pontadeprovaaolongodoeixo𝜌,conformeilustradonafigura3.3.


5. Desligueafontedealimentaçãoetodososequipamentosenvolvidos.

Tabela3.4.Componenteradialdadensidadedefluxomagnéticoparacadabobina.

DISTÂNCIA𝝆DAPONTADE

PROVA 𝐜𝐦


𝒛 = 𝟎

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18


23

Experimento 4: Distribuição da Densidade de FluxoMagnéticoemumSolenoide4.1.ObjetivoGeralEntender e aplicar os princípios físicos gerais inerentes aos campos magnéticos noregimeestático.

4.2.ObjetivosEspecíficosAvaliaradistribuiçãodadensidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodeumsolenoide

comofunção:(a)daposição𝑧 = 0;(b)doeixodosolenoide;(c)donúmerodeespirasdo

solenoidee(d)docomprimentodosolenoide.

4.3.MaterialUtilizadoOsmateriaiseequipamentosutilizados,duranteoexperimento,encontram-se listados

nafigura4.1.

Figura4.1.Arranjoparamediçõesdaintensidadeda

densidadedefluxomagnético.

a. Teslômetrodigital.

b. Pontadeprova.

c. Fontedealimentação.

d. Escalamétrica𝑙 = 1000×27mm.

e. Bobinasdeindução:

• 𝑁X = 300,𝑑 = 40mm.

• 𝑁X = 300,𝑑 = 32mm.

• 𝑁X = 300,𝑑 = 25mm.

• 𝑁X = 200,𝑑 = 40mm.

• 𝑁X = 100,𝑑 = 40mm.

• 𝑁X = 150,𝑑 = 25mm.

• 𝑁X = 75,𝑑 = 25mm.

f. Multímetrosdigitais.

g. Suportes.

h. Conectores.


24

4.3.1EspecificaçõesdosSolenoidesAsespecificações comrelaçãoaonúmerodeespiras (N), comprimento (L) ediâmetro(d)dossolenoidesutilizadosnesteexperimento,encontram-senatabela4.1.

Tabela4.1.Especificaçõesdossolenoidesutilizadosnesteexperimento.

N 𝑳 𝐦𝐦 𝒅 𝐦𝐦

75 160 25

150 160 25

300 160 25

100 53 40

200 105 40

300 160 40

300 160 32

4.4.LeituraRecomendada

Capítulos07e08dolivro:ElementosdeEletromagnetismo4.




experimento.

O experimento 4 tem o propósito de medir a intensidade da densidade de fluxo

magnéticoaolongodoeixodealgunssolenoides.

Considera-seumsolenoidecomoconstituídoporumenrolamentodeespirasidênticas,

de raio a e de comprimento l, composto de n espiras por unidade de comprimento,

conformeilustradonafigura4.2.



25

Figura4.2.Configuraçãodeumsolenoide.

OsolenoideépercorridoporumacorrenteconstantedeintensidadeI.



experimento.

Oexperimento4édivididoemduasetapas:

1. Inicialmente, a densidade de fluxomagnético que serámedida emB(0), isto é, no

centrodealgunssolenoides.

2. Emseguida,serãoescolhidossolenoidesparaseavaliaradistribuiçãodadensidade

de fluxo magnético ao longo de todo o eixo, para isto, em um momento serão

observadas asmudanças de comportamento da densidade de fluxomagnético em

conjunto com amudança no número de espiras e amudança no comprimento do

solenoide.

Éimportante:

1. Verifique amontagem dos equipamentos de acordo com a figura 4.1, seguindo as

orientaçõesdoprofessor,oumonitor.

2. Apliqueumacorrentede1,0Aaocircuito.

z

x

a

-a

O O O O O O O O

X X X X X X X X

l

dz

z

𝜃h 𝜃i 𝜃


26

4.5.1.PARTE1(ResoluçãodeQuestões)Questão 01: Um solenoide de comprimento l e raio a consiste de N espiras de fio

percorridasporumacorrente I.Demonstreque,emumpontoP,ao longodoseueixo,

𝐵 = 𝜇klmhcos𝜃h − cos𝜃i 𝑎VWb/m2,onde𝑛 = r

s,𝜃he𝜃isãoosângulossubtendidosem

Ppelasespirasdasextremidades,comoilustradonafigura4.2.

Questão02:Calculeosvalores teóricosdadensidadede fluxomagnéticoparatodosos

solenoidesepreenchaasTabelasde4.2a4.5.

4.5.2.PARTE2(RealizaçãodoExperimentonoLaboratório)MontagemI–Densidadedefluxomagnéticonocentrodossolenoides

1. Medir 𝐵(0), para cada solenoide proposto na preparação, a fim de completar a

Tabela4.2.Tabela4.2.Densidadedefluxomagnéticonocentrodossolenoides.

N 𝑳 𝐦𝐦 𝒅 𝐦𝐦 𝑩 𝟎 (𝐦𝐓)

𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐦𝐓 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝐦𝐓

75 160 25

150 160 25

300 160 25

100 53 40

200 105 40

300 160 40

300 160 32

MontagemII–Densidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodossoleoides(raio

ecomprimentofixosdosolenoide)

1. Selecioneossolenoidesquetenhamdimensõesfixas,𝑙 = 160mme𝑑 = 25mm.

2. Meça𝐵(𝑧)paraostrêssolenoides.



27

Tabela4.3.Densidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodossolenoides(raioecomprimentofixosdo

solenoide).

𝑵𝟏 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8

𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐦𝐓

𝑳𝟏 𝐦𝐦 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝐦𝐓

𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17

𝒅𝟏 𝐦𝐦 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐦𝐓

𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝐦𝐓

𝑵𝟐 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8


𝑳𝟐 𝐦𝐦 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝐦𝐓

𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17

𝒅𝟐 𝐦𝐦 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐦𝐓


𝑵𝟑 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8


𝑳𝟑 𝐦𝐦 𝑩𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝐦𝐓

𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17

𝒅𝟑 𝐦𝐦 𝑩𝒕𝒆Ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐦𝐓


MontagemIII–Densidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodossolenoides(raiofixodosoleoide)

1. Selecioneossolenoidesquetenhamdiâmentrosiguais,𝑑 = 40mm.




28

Tabela4.4.Densidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodossolenoides(raioerelaçãor~fixos).

𝑵𝟏 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17



𝑵𝟐 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17



𝑵𝟑 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17



Montagem IV – Densidade de fluxo magnético ao longo do eixo dos solenoides(númerodeespirasfixodosolenoide)1. Selecioneossolenoidesquetenhamnúmerodeespirasiguas,𝑁 = 300espiras.




29

Tabela4.5.Densidadedefluxomagnéticoaolongodoeixodossolenoides(raioerelaçãor~fixosdo

solenoide).

𝑵𝟏 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17



𝑵𝟐 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17



𝑵𝟑 𝒛 𝐜𝐦 0 1 2 3 4 5 6 7 8



𝒛 𝐜𝐦 9 10 11 12 13 14 15 16 17




30

ReferênciasBibliográficas• SADIKU,M.N.O.ElementosdeEletromagnetismo.5ªediçao–2012.EditoraBookman.

• BUCK,J.A.;HAYTJR.,W.H.Eletromagnetismo.7ªediçao-2008.EditoraMcGrawHill.

• EDMINISTER,J.A.Eletromagnetismo.2ªediçao-2006.EditoraBookman.

• CHENG,D.K.Fieldandwaveelectromagnetics.2ªediçao–1992.EditoraAddisonWesley.

• GRIFFITHS,D.J.IntroductiontoElectrodynamics.3ªediçao-1998.EditoraPrenticeHall.

AnexoA–CapaPadronizada

UniversidadeFederaldeCampinaGrandeCentrodeEngenhariaElétricaeInformáticaUnidadeAcadêmicadeEngenhariaElétrica


Professor(a):AlexandreJeanRenéSerres HelderAlvesPereira RaquelAlineAraújoRodrigues

Experimento I II III IV

Turma 1 2 3 4 5 6 7

A B

Aluno(a): Data: Assinatura:

Matrícula:

laboratÓrio de eletromagnetismo · questão 02: explicar a utilização do resistor de 10 mΩ na...

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