Sequência Didática

através da Experi-

mentação para o Es-

tudo do Eletromagne-

tismo

Professor Dr. Petrúcio Barrozo da

Silva

Professor Walter Prado de Carva-

lho Neto

Apoio:

1

Sumário

Uma breve história sobre o Magnetismo, 02

Propriedades Magnéticas, 04

Simuladores, 05

Simulador: Laboratório de Faraday, 05

Primeira aba: ímã em barra 06

Segunda aba: solenoide, 07

Terceira aba: eletroímã, 07

Quarta aba: Transformador, 09

Quinta aba: Gerador, 09

Simulador: A regra da mão direita, 09

Experiências, 11

Ímãs com bússola, 11

Como fazer limalha de ferro em pó, 12

Visualizando as linhas do campo magnético, 12

Globo Magnetizado, 13

Como construir um solenoide, 14

Solenoide, 15

Eletroímã, 17

Como calcular o campo magnético produzido pelo eletroímã?, 17

Mini gerador de Tesla, 18

Transformador, 20

Gerador de energia elétrica, 21

ANEXO I: Conceitos básicos sobre a eletricidade, 24

ANEXO II: Tabela AWG, 31

ANEXO III: Configurar celular android para gerar tela no computador, 32

Referências Bibliográficas, 35

2

Uma Breve História sobre o Magnetismo

Nossa Jornada com o magnetismo começa

na Grécia antiga por volta do século VII com um

minério escuro que “magicamente” atraia o ferro.

Esse estranho minério fora encontrado na

província de Magnésia, daí o nome do

magnetismo. Hoje sabemos que o minério se trata

da magnetita ou minério de ferro, cuja capacidade

de atração atiçou a curiosidade na tentativa de

desvendar seus mistérios. Várias utilizações

foram dadas à magnetita como por exemplo, na

cura de doenças, incluindo doenças do coração. Na

Idade Média, utilizada para aumentar a

elegância, o charme além de estabelecer a alegria

conjugal dos casais. Além das utilizações, surgiram histórias de marinheiros que

afirmavam o naufrágio de barcos por conta de montanhas de magnetita que

arrancavam os pregos do casco. Dentre as histórias e utilizações, uma foi de grande

importância para o homem nas grandes navegações: A invenção da bússola.

Construída, não da forma que conhecemos, pelos chineses no século I A.c. e levado

para a Europa na Idade Média.

Entre os séculos XIII e XIV, Flávio Gióia, um marinheiro da província de

Amalfi na Itália, reuniu um simples metal imantando a já conhecida rosa dos ventos,

construindo uma versão mais próxima da bússola que conhecemos hoje.

Diferentemente da bússola chinesa que apontava para o Sul, a bússola de Flávio

apontava para o Norte.

Figura 1- A magnetita. Uma rocha

descoberta na cidade de Magnésia na

Grécia antiga com poderes 'mágicos".

Figura 2- A Esquerda: a Bússola chinesa conhecida como Si Nan. A

base representa a Terra, a circunferência representa o céu, a concha

representava a constelação de Ursa Maior e o cabo apontava para o

Sul. A Direita: Bússola do século XVI utilizada nas grandes

navegações. Feita pela junção de uma agulha imantada e a rosa do

ventos. Ao contrário da bússola chinesa, esta bússola apontava para o

norte geográfico da Terra.

3

Em 1600, o físico e médico inglês Willian Gilbert

publica o seu livro De Magnete, Magneticisque

Corporibus, et de Magno Magnete Tellure ou Os ímãs,

os corpos magnéticos e o grande ímã Terrestre. As

primeiras observações mostram que um ferro quente e

malhado gera propriedades magnéticas. Gilbert

também percebe que se colocarmos uma agulha

imantada flutuando em um copo com água, a agulha

irá se inclinar e apontará para a Terra que segundo

Gilbert a Terra teria uma “alma magnética”. Com suas

observações, Gilbert enunciou propriedades

fundamentais e foi o primeiro a propor que a Terra era

um grande ímã. Seu modelo foi batizado de Terrella.

Um experimento onde uma pequena esfera

magnetizada é usada para representar a Terra, que 300

anos mais tarde foi desenvolvida pelo norueguês

Kristian Birkeland ao fazer investigações sobre a

aurora.

Em 1785, o físico francês Charles-

Augustin de Coulomb, através das leis de

atração e repulsão de polos inversos,

percebeu que cargas elétricas em repouso

possuíam características comuns também

aos polos magnéticos.

As grandes mudanças do

magnetismo vieram em 1819, com o

professor dinamarquês Hans Christian

Oersted que conseguiu provar

experimentalmente relações entre a

eletricidade, particularmente da corrente

elétrica, e o magnetismo.

Anos mais tarde os cientistas

Joseph Henry e Michael Faraday, de

maneira independente, descobrem a

indução eletromagnética, efeito no qual o

magnetismo, por conta da mudança de

fluxo magnético é capaz de gerar tensão

elétrica e assim corrente elétrica.

Com o surgimento das expressões

matemáticas elaboradas pelo

britânico James Clerk Maxwell, as leis da

eletricidade e do magnetismo foram

unificadas, passando o magnetismo a ser considerado uma manifestação de cargas

elétricas em movimento.

A partir de então, tornam-se possível a invenção de diversos instrumentos

como o motor elétrico, cartões magnéticos, geração de energia através das usinas

Figura 3- Livro De Magnete,

Magneticisque Corporibus, et de

Magno Magnete Tellure ou Os

ímãs, os corpos magnéticos e o

grande ímã Terrestre de William

Gilbert.

Você Sabia?

A Aurora Boreal é o resultado da colisão de

partículas de vento solar com o campo

magnético da Terra, fenômeno visto nos céus

do norte do planeta Terra. A região mais

comum onde mais ocorre a Aurora Boreal é

na Laponia, com cerca de 200 dias por ano. Os

asiáticos acreditam que pessoas que

conseguem ver uma Aurora Boreal vivem

felizes para sempre e têm mais fertilidade.

Fonte:

http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/auro

ra-boreal.html

4

hidroelétricas, ondas eletromagnéticas de rádio e tv, aparelhos celulares entre

outros.

Propriedades Magnéticas

Agora vamos conhecer algumas das propriedades magnéticas fundamentais

vistas nos ímãs. A melhor maneira de conhecermos tais propriedades é usando um

ímã. Então pegue dois imãs e veja o que acontece quando colocarmos um lado e depois

o outro lado de um dos imãs. Consegue sentir a atração e a repulsão desses imãs?

Pois aí está a primeira propriedade importante para o magnetismo. Polos opostos

(extremidades de um imã) atraem-se. Polos de mesmo sinal repelem-se.

No magnetismo existe a seguinte convenção: a parte positiva do ímã é

conhecida como Norte e o polo negativo como Sul.

Figura 4 - Atração e Repulsão dos ímãs. Polos iguais se repelem; polos contrários se atraem.

Pergunta

Como vamos saber qual é o polo Norte e Sul de um ímã? Pense numa maneira,

descreva abaixo, e coloque de canetinha os Símbolos “N” para Norte e “S” para Sul

nos ímãs que você está trabalhando.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

A segunda propriedade também é muito simples de analisar. Pegue um ímã e

divida-o ao meio. Você irá observar que não surgiu dois pedaços, um sendo Norte e

outro Sul. Na verdade o que surgem são dois novos ímãs. Se continuar a dividir o

ímã, novos imãs menores irão surgir. Isso nos remete a seguinte ideia: Na natureza

não existem monopolos magnéticos (até agora não foram encontrados), ou seja, não

existe na natureza um polo Norte ou Sul Separados. Sempre encontraremos sistemas

com dipolos (polos Norte e Sul) os materiais magnéticos. Essa Propriedade é

conhecida como inseparabilidade magnética.

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Figura 5 - Propriedade da Inseparabilidade Magnética. Um ímã dividido formará sempre dois novos

ímãs.

Agora pensemos na Terra. Sabemos que a bússola sempre aponta sempre

para o polo Norte da Terra. O que isso significa? Se você pensou que o motivo é que

no polo Norte da Terra deve ser o polo Sul magnético da mesma, você está certíssimo.

Em consequência, o polo Sul da Terra é o polo Norte magnético da mesma. Os polos

da Terra chamaremos de geográficos para não os confundir com seus polos

magnéticos.

Simuladores

Nessa seção iremos mostrar os procedimentos de utilização de um simulado

disponível no site phet colorado denominado "laboratório de Faraday”. O simulador

contem 5 abas para serem trabalhadas que serão detalhadamente mostrados

procedimentos para o uso do simulador, além de questões para gerar debates e

recolher conceitos essenciais ao magnetismo. Por fim será mostrado outros

simuladores disponíveis para android.

Simulador: Laboratório de Faraday

Objetivo: Mostrar de forma investigativa os passos necessários para entender os

conceitos do eletromagnetismo estudado por Faraday.

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Figura 6- Tela do simulador "gerador" que será usado para observar fenômenos eletromagnéticos.

Primeira aba: Ímã em Barra

Procedimentos:

1) Abra a primeira aba intitulada ímã em barra. Movimente livremente a barra

do imã e observe a bússola. Repare que a bússola alinha-se de acordo com a

barra sempre com o polo oposto. Esse efeito também é reparado se

movimentarmos a bússola em relação a barra. Experimente.

2) Clique no botão “Inverter polaridade” e observe a bússola.

3) Afaste o imã para uma extremidade e deixe a bússola na extremidade oposta.

Observe as linhas de campo magnético (representada por pequenos ímãs ao

fundo do experimento).

4) Na barra de intensidade aumente a intensidade do campo e observe as linhas.

Modifique à vontade a intensidade do campo magnético e observe sempre as

linhas do campo magnético. Se preferir ande com o ímã para que sua

observação fique mais clara.

5) Ponha o ímã novamente na extremidade oposta e clique no quadrado “mostrar

medidor de campo” e arraste o alvo medidor do ímã até a bússola e observe os

valores. O quadrado “B” representa o campo magnético resultante. Os

quadrados “Bx” e “By”, representam o campo magnéticos nos eixos x e y. com

base nessa experimentação registre o que foi observado. Enuncie então a

segunda informação adquirida sobre o campo.

6) Vamos verificar se podemos visualizar o formato da interação entre as linhas

de campo. Para isso, coloque o ímã no centro, clique no quadrado “Ver dentro

do ímã” e desabilite os quadrados “Mostrar bússola” e “Mostrar medidor de

campo”. Observe agora as linhas saindo de um polo e indo em direção ao outro.

Clique em “inverter polaridade” e observe novamente.

7

7) Finalizando as análises nesta aba, clique novamente no quadrado “Mostrar

medidor de campo” e arraste o alvo lentamente de um polo do ímã para o outro

extremo. Após faça o caminho inverso.

Pergunta: Reflita e responda: Existe uma relação entre a distância e as linhas

do campo magnético? Caso exista justifique sua resposta.

Segunda Aba: Solenoide

Procedimentos:

1) Arraste a lâmpada acoplada ao solenoide para o centro e no quadro

“Solenoide”, no quadrado “espiras” coloque apenas uma espira. Passe

lentamente sem parar o ímã de um lado a outro da tela.

2) Repita mesma operação modificando o quadrado “espiras” para duas e três

espiras.

3) Mantenha agora o ímã no centro e arraste a lâmpada com o solenoide de uma

extremidade a outra.

4) Volte a colocar o solenoide no centro. Mantendo qualquer quantidade de

espiras. Passe o ímã de um lado a outro da tela sempre parando por poucos

segundos e observe a lâmpada. Repita os mesmos procedimentos anteriores,

porém aumente a velocidade em que arrasta o ímã.

5) Varie a intensidade do campo magnético na régua de intensidade ou digite no

quadrado alguns valores. Repita os passos anteriores.

6) No quadro solenoide, modifique o indicador para o voltímetro, repita os passos

já mencionados e observe a movimentação do ponteiro do voltímetro.

7) Em seguida clique em “Inverter polaridade” e refaça os passos anteriores.

Registre o que foi observado.

Pergunta: O que é necessário para o surgimento de uma corrente elétrica em um

solenoide?

Pergunta: Indique os fatores que podem aumentar a intensidade da corrente induzida.

Terceira Aba: Eletroímã

Procedimentos:

1) Arraste o solenoide com a pilha de um lado para outro ou a bússola e observe

a movimentação da agulha da bússola.

2) Coloque o eletroímã numa extremidade e a bússola na extremidade oposta.

No quadrado “espiras” modifique as espiras, começando por uma, até chegar

ao valor máximo de quatro. Em seguida, clique no quadro “Mostrar medidor

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de campo”, arraste o alvo do eletroímã para a bússola sempre variando a

quantidade de espiras.

3) Coloque o alvo do medidor no centro das espiras. Varie a quantidade de

espiras e verifique o valor do campo magnético resultante. Se prestar

bastante atenção, existe um botão dentro da pilha.

Figura 7- Simulador aba do eletroímã. Observe o botão na pilha para variar a voltagem.

4) Modifique os valores de voltagem da pilha mantendo o medidor de campo fixo

no solenoide. Clique no botão “Reiniciar tudo?”. Na parte superior troque a

fonte DC para a fonte AC. Fonte DC significa que a corrente possui um valor

constante. Fonte AC significa que a corrente varia seus valores de máximo

passando pelo zero, até o mínimo, retornando ao seu ciclo. Duas grandezas

são importantes para uma fonte AC, a sua intensidade e a frequência em que

a corrente irá alternar o seu valor.

5) Após modificar a fonte de corrente, aperte o botão “play” e observe o que

acontece com as linhas de indução e a bússola.

6) Aperte o botão “pause” e em seguida aperte o botão a direita de passo a passo

e analise o fenômeno. No eixo “x” do gráfico de corrente alternada encontra-

se um botão para variar a frequência da corrente. Varie a frequência,

mantendo a intensidade fixa. Afaste a fonte AC da bússola colocando-o na

extremidade oposta. Mantenha o valor de frequência próxima da metade e

fixe-a neste valor.

7) Varie a intensidade de corrente e observe o que modificou. Fique variando os

valores de frequência.

Pergunta: Existem semelhanças neste experimento com o eletroímã e o

experimento com ímã em barra? Demonstre os fatores que apontam a sua

resposta.

Pergunta: Explique qual é a relação entre a frequência e a intensidade da

corrente no surgimento de corrente induzida.

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Quarta Aba: Transformador

Perceba que na quarta aba iremos repetir o experimento da segunda aba. Na verdade

a quarta aba mostra a união do que foi aprendido na segunda e terceira abas. Se

preferir faça os testes já descritos nas abas anteriores para constatar os mesmos

resultados.

Procedimentos:

Vamos trabalhar com um novo conceito que pode ser observado aqui.

1) Troque a fonte de corrente para AC e varie a frequência e a intensidade de

corrente.

2) Coloque intensidades pequena, média e máxima para a corrente elétrica,

mantendo estas intensidades invariáveis e varie a frequência da fonte.

3) Mantenha a frequências invariáveis em valores de pequena, média e máxima

frequência e varie a intensidade da corrente da fonte.

Quinta Aba: Gerador

Na última aba teremos uma aplicação prática de tudo que foi analisado até agora.

Procedimentos:

1) Clique no quadrado “Mostrar campo”. Abra a torneira variando o botão que consta dentro

do desenho. Varie a quantidade de espiras e o fluxo de água. Nesta aba poderemos

enxergar melhor uma grandeza presente nos outros experimentos, porém pouco

perceptível sua influência.

2) Clique no botão “Reiniciar tudo?”, coloque um valor intermediário de fluxo de água. As

rotações por minuto mostrada no centro da roda irão mostrar valores mais intermediários.

No quadro “solenoide” troque o indicador pelo de tensão e no quadro “ímã em barra”

deixe um valor de médio a pequeno de “intensidade”.

3) Aperte o botão “play” e modifique a área da espira, numa chave mais abaixo da

simulação. Se preferir utilize o botão de passo a passo para melhor observar.

4) Para finalizar, clique no botão “Reiniciar tudo?”. Sem ligar na torneira, varie o botão de

“intensidade” da esquerda para a direita, faça essa ação cada vez mais rapidamente.

Simulador: A regra da Mão direita

Objetivo: Mostrar a aplicação da regra da mão direita em um condutor reto.

Este simulador está disponível no applet ‘física na escola”, disponível para Android.

O uso é destacado apenas para Android por ser uma ferramenta facilmente inserida

no computador, logo podendo ser reproduzida em projetores. O método de

transferência está disponível no anexo III.

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Procedimentos:

1) Abra o applet, na parte número X, aperte o botão play em verde para abrir a

simulação. Aparecerá a seguinte tela:

Figura 8- Visão inicial do simulador da regra da mão direita.

2) No botão localizado na parte inferior a esquerda, inverta o sentido da corrente

elétrica. A mão será modificada mostrado que o polegar indica o sentido da

corrente elétrica. Perceba que a unhas da mão estão pintadas. Vermelha para

a corrente elétrica e azul para as linhas do campo magnético.

Figura 9- Visão do applet. Mostrando a mudança do sentido da corrente elétrica.

3) Movimente a manivela localizada no centro do applet para verificar a

orientação das linhas de campo magnético através da bússola.

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4) Com base nisso, enuncie a regra da mão direita: “seu polegar representa o

sentido do campo e o giro dos seus demais dedos representam a distribuição

das linhas do campo magnético”.

5) Varie as imagens vistas no applet clicando no botão azul no canto superior

esquerdo. Com as demais imagens, reforce a regra da mão direita.

6) Na Seção experimentos deste trabalho, peça para os alunos mostrarem a

regra da mão direita para o solenoide.

Experiências

Nesta parte do trabalho veremos experimentos reais e procedimentos de como

adquirir materiais para os experimentos além de procedimentos para aproveitar ao

máximo a experiência.

Experiência: Imãs com Bússola

Objetivo: Mostrar a interação do imãs com a bússola dispondo as bússolas e imãs

em posições e formas diferentes.

Materiais Necessários: Imãs e bússolas.

No experimento relacionado foram utilizados 4 ímãs em barra de duas cores

vermelho e azul e 4 bússolas. Cuidado ao armazenar as bússolas e o ímãs, se deixá-

los próximos, a agulha magnética da bússola irá magnetizar a partir das linhas dos

campos dos imãs próximos, perdendo a real direção e deixando o experimento com

resultados errados, sendo necessária a troca das bússolas. O ideal é guardar as

bússolas em outro local longe dos ímãs e de aparelhos elétricos.

A aquisição dos ímãs são importantes pois estes irão acompanhar em vários outros

experimentos diminuindo os custos para os próximos. Os ímãs foram adquiridos pela

internet através do site “imashop”, por não ter encontrado em minha região.

Procedimentos:

1) Ponha um dos imãs no centro e bússolas ao redor do ímã em forma de cruz.

Veja para onde as agulhas apontam.

2) Gire o ímã de modo que a polaridade inverta. Observe o comportamento das

agulhas.

3) Tente fazer um esboço de como seriam as linhas do campo magnético a partir

das observações do itens “1” e “2”.

4) Com os imãs, forme figuras diferentes como triângulo, quadrado, cruz e

observe percorra com as bússolas ao redor para tentar visualizar o resultado

da unificação das linhas do campo magnético.

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Como Fazer Limalha de Ferro em pó

Figura 10 – Como fazer limalha de ferro em pó. Fonte:

http://www.abq.org.br/cbq/2013/trabalhos/13/1836-13631.html. Acessado em 05/12/2016 às

16h04.

Materiais Necessários: Uma bacia de preferência velha; palha de aço; isqueiro;

luvas.

Procedimentos:

1) Coloque a palha de aço na bacia e abra o rolos de palha de aço para que possa

queimar mais facilmente. Procure usar luvas para não machucar os dedos.

2) Com o isqueiro, queime a palha de aço. Precisará queimar várias vezes para

que se tenha o melhor resultado, mesmo que palha esteja escura. Procure

fazer este processo em um local aberto pois o cheiro é forte e desagradável.

3) Esfregue a palha de aço para deixar cair o pó na bacia. Separe os pedaços

grandes e tente esfregar e queimar novamente para que caia mais pó.

4) Existe um outra maneira de adquirir a limalha de ferro usando uma Lima

chata para lixar metais e pregos. O processo é apenas ir lixando os pregos

para liberar o pó de limalha de ferro. A depender da lima podemos ter o

mesmo resultado, porém mais trabalhoso.

Experiência: Visualizando Linhas do Campo Magnético

Figura 7- Linhas do campo Magnético. Linhas de campo formadas por um ímã colocado em cima de

um recipiente transparente com limalha de ferro.

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Objetivo: Observar o comportamento das linhas do campo magnético em diferentes

arranjos e prever seu comportamento em arranjos não vistos.

Materiais Necessários: Dois Imãs; Limalha de ferro em pó; Recipiente para

analisar as linhas; Saleiro; Palitos de picolé.

Em testes foram utilizados como recipiente uma folha de papel tipo cartão dobrado

ao meio e palitos de picolé, que serviram como bases de sustentação do papel. Outra

sugestão seja utilizar qualquer recipiente disponível que possua bordas e não seja

funda, como tampas de potes de sorvete. Utilize um saco plástico em volta do imã

para puxar a limalha de ferro após o experimento e devolver ao recipiente onde está

guardado.

Procedimentos:

1) Com o ímã em baixo do recipiente, coloque gradativamente a limalha de ferro

com o auxílio do saleiro e observe a formação das linhas de campo magnético.

2) Coloque os dois ímãs com os polos Norte e Sul próximos. Para melhor

visualização coloque palitos de picolé entre os imãs e evitar a atração dos

mesmos. Observe como foi organizada as linhas de indução.

3) Disponha os ímãs os dois polos Norte próximos e em seguida os dois polos Sul.

Utilize os palitos de picolé para deixar os ímãs alinhados e não deixá-los

escapar. Uma sugestão é aproveitar as próprias caixas dos ímãs e adicionar

pedras ou areia ou qualquer material que deixe a caixa mais pesada para

segurar os palitos. Observe as linhas do campo.

4) Se possível a cada visualização tire uma foto e discuta em sala sobre os

resultados obtidos.

Experiência: Globo Magnetizado

Figura 8- Experimento globo magnetizado. À esquerda bússola com sul magnético apontado para o

sul geográfico da Terra. À direita o norte magnético da bússola aponta para o norte geográfico.

Objetivo: Levar o aluno a deduzir como seriam as linhas de campo magnético

terrestre.

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Materiais Necessários: Imã em barra; Imãs de Neodímio de 5 mm; Globo

Terrestre; Duas bússolas.

A quantidade de imãs que serão utilizados depende do diâmetro do globo.

Normalmente os globos possuem um furo onde está apoiada sua base ou podem ser

divididos em duas metades. No caso do globo utilizado como mostra a figura abaixo,

existe um furo no eixo da base. Com isso basta unir os ímãs formando uma barra

única e colocando de uma ponta a outra do globo com o Sul voltado para o polo Norte

do globo e por fim tapar a saída com fita isolante. Se o Globo for partido ao meio, uma

sugestão é prender um ímã em barra a um palito de picolé, posicionando seu polo Sul

para o polo Norte.

Figura 9-Globo terrestre pequeno com abertura no fundo de seu eixo. Nessa abertura colocamos os

ímãs e prendemos com fita isolante preta.

Procedimentos:

1) Com as duas bússolas, uma de frente para a outra, posicione um imã entre

elas e observe seu comportamento. Nesta etapa vale a pena lembrar o

princípio de atração e repulsão proposto por Coulomb para corpos magnéticos.

2) Inverta a polaridade do ímã e observe o resultado com a bússola.

3) Aproxime a bússola no polo Norte da Terra e observe o resultado da bússola.

Em seguida aproxime junto ao polo sul da Terra e observe o resultado da

bússola.

4) Peça para que os alunos expliquem como deve estar orientado o campo

magnético terrestre em relação ao espaço geográfico.

Como Construir um Solenoide

Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; Objeto cilíndrico no diâmetro

desejado; fita adesiva.

Fios de cobre podem ser facilmente adquiridos em aparelhos eletrônicos antigos como

liquidificadores, ventiladores entre outros. Apenas considere a espessura do fio pois

a resistência pode crescer muito a depender do tamanho da espira necessitando a

utilização de uma voltagem mais baixa ou ainda fita de vedação para canos conhecida

popularmente como “fita veda rosca”. A fita de vedação consegue resistir bem ao

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calor. Caso não possua um cilindro adequado para confecção, utilize papelão no

diâmetro desejado, dê algumas voltas para que fique mais rígido e prenda tudo com

fira adesiva. Existem casas de eletrônica ou casas especializadas na venda de fios de

cobre padrão AWG. No Anexo II está uma tabela para ter referência de qual fio

utilizar.

Procedimentos

1) Pegue um pedaço de fio de cobre esmaltado e deixe-o apontado para fora. Este

será uma das ligações da espira.

2) Determine a quantidade de espiras você deseja construir. A partir daí, dê

voltas sempre apertando o fio e deixando-os o mais junto possível. Se precisar

use fita adesiva para prender as pontas e não perder a amarração.

3) Após feita todas as voltas, retire com cuidado para não desfazer as espiras do

cilindro.

4) Passe fita nas laterais das espiras a fim de uni-las.

5) Caso precise fazer uma quantidade em que o cilindro não comporte, faça

espiras em blocos, de forma que existem várias espiras em um único fio.

Importante sempre deixar um espaço entre um espira e outra para fazer a

confecção das outras espiras. Este processo é mais simples e evita a de espiras

uma em cima da outra que são mais complexas a serem feitas.

6) Para sintetizar o item “5” vamos tomar como exemplo a confecção de uma

espira de 300 voltas. Podemos fazer construindo 10 espiras com 30 voltas

cada, unidas pelo mesmo fio.

Experiência: Solenoide

Figura 10- Experimento eletroímã. A movimentação de um ímã faz surgir uma tensão contínua no

solenoide. Solenoide de 212 espiras.

Objetivo: Mostrar que a movimentação de um ímã gera corrente elétrica e tensão

elétrica.

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Material Necessário: Solenoide; multímetro; ímã; isopor; duas conexões para pilha

9 volts; abraçadeira; Dois plugues banana vermelho e preto; dois pedaços de fio de

cobre de 2,5 mm com capa nas cores vermelho e preto; palito de churrasco.

Procedimentos:

1) Para montagem, escolha um tamanho para ser a base do isopor. A base

utilizada foi de 23 x 15,5 cm. Para a aparência ficar melhor forre o isopor com

papel. O papel utilizado foi o couchê pois aceita tinta óleo em spray.

2) Posicione o solenoide na posição desejada. Com o palito de churrasco, faça

furos nos lados do solenoide para que possa passar os fios de cobre do

solenoide por baixo. Prenda os fios em baixo com fita adesiva.

3) Faça furos na frente e no fundo do solenoide para aplicar as abraçadeiras.

Caso o solenoide seja grande ou pesado, faça mais furos para acomodar mais

abraçadeiras.

4) Uma os fios do solenoide com os polos da conexão da pilha 9 Volts. De

preferência solde os fios da conexão como solenoide ou se preferir utilize fita

adesiva.

5) Prenda os fios em baixo do isopor utilizando fita adesiva ou cola quente.

Prenda o conector na lateral do isopor com fita adesiva ou cola quente.

Figura 11- Encaixando a conexão para pilha de 9 volts ao solenoide na lateral da base e

prendendo com fita dupla face.

6) Solde dois pedaços dos fios vermelho e preto com os plugues banana. Na outra

ponta, una os fios a segunda conexão da pilha de 9 Volts. Solde os fios para

melhor fixação e condução.

7) Encaixe as conexões e ligue os plugues bananas no multímetro. Ajuste o

multímetro para tensão contínua, no caso do experimento de referência foi

utilizada a escala de 200 mV.

8) Movimente o ímã por dentro do solenoide e observe o multímetro.

9) Deixe o ímã parado dentro do solenoide e observe o multímetro. Discuta com

o grupo possíveis explicações das observações feitas.

17

Experiência: Eletroímã

Figura 12- Solenoide formado por 30 espiras preso em uma base de isopor coberta com papel couchê

pintado de preto.

Objetivo: Mostrar resultado semelhante ao da experiência realizada por Oersted

com o surgimento de campos magnéticos na passagem de corrente elétrica.

Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; pilha de 9 Volts; conector para

pilha de 9 Volts; isopor; abraçadeira de Nylon; bússola; palito de churrasco; Fita

Adesiva ou cola quente;

Procedimentos:

1) Se você já Construiu o experimento solenoide, a base de construção é a

mesma. Caso não tenha construído, retorne ao Experimento Solenoide e veja

sua construção até o item “5”.

2) Encaixe a pilha de 9 Volts e aproxime a bússola no solenoide. Com o auxílio

da bússola tente mostrar as linhas de campo magnético que surgiram no

eletroímã.

3) Coloque o ímã em frente ao eletroímã e desencaixe a pilha de 9 Volts e

aproxime seu polos de maneira a inverter os polos da pilha. Observe o que

acontece com a bússola.

Como Calcular o Campo Magnético Produzido pelo Eletroímã?

Objetivo: Calcular o campo magnético gerado pelo solenoide em um eletroímã.

Este método de cálculo é resultado aproximado do valor do campo magnético gerado

pelos solenoides. Os valores das resistências são extraídos na tabela AWG localizada

no anexo II.

Sabemos que um fio esmaltado com inúmeras voltas acaba se tornando um resistor

muito forte devido basicamente a sua espessura e o comprimento total do fio. Para

este caso, o resistor é ôhmico, logo obedece a lei de Ohm. Com os valores da tabela e

a lei de ohm, é possível achar a corrente elétrica recebida.

Utilizando a lei de Biot-Savart para o solenoide, além de saber a quantidade de voltas

dadas no fio, é possível determinar seu campo.

18

Materiais Utilizados: Paquímetro

Procedimentos:

1) Determine o diâmetro do solenoide com o auxílio do paquímetro. Com o

diâmetro e sabendo a quantidade de voltas dadas, podemos determinar a

comprimento total do fio a partir da expressão

𝐿 = 𝑁 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷 (I)

Onde “L” é o comprimento do fio; “N” é o número de voltas dadas e “D” é o

diâmetro do solenoide.

2) Consulte a tabela descrita no Anexo III. Observe que a resistência está

descrita a cada quilômetro, ou seja, a cada 1000 m. Para saber a resistência

basta calcular o comprimento encontrado na expressão “I” em metros,

multiplicar pela resistência descrita na tabela e dividir por 1000. Esta

expressão é um resultado da regra de três e vamos definir como:

𝑅 =𝐿∙𝑟

1000 (II)

Onde “R” é a resistência do solenoide; “r” é a resistência encontrada na tabela

AWG.

3) Possuindo a resistência, vamos determinar a corrente elétrica pela lei de ohm.

Se ajustarmos a lei de ohm para obtermos a corrente, teremos a seguinte

expressão:

𝑖 =𝑈

𝑅 (III)

Onde “i” é a corrente elétrica em ampere; “U” é a tensão elétrica em volts e

“R” é a resistência elétrica em ohms.

4) Calculada a corrente, finalizamos os cálculos com a lei de Biot-Savart para

solenoide, definida como:

= 𝑁 ∙ 𝜇0 ∙𝑖

𝐿 (IV)

Onde “B” é o campo magnético em Tesla; “𝜇0” é a permeabilidade magnética

no vácuo cujo valor é 4𝜋 ∙ 10−7 𝑇∙𝑚

𝐴; “i” é a corrente elétrica em ampere e “L” é

o comprimento do fio calculado na expressão (I), definido em metros.

Experimento: Mini Gerador de Tesla

Objetivo: Mostrar o funcionamento das ondas eletromagnéticas e das lâmpadas

fluorescentes. Construir um gerador de corrente alternada.

Materiais Necessários: 8 a 10 cm de cano de PVC de 20 mm; fio de cobre esmaltado

AWG 26 a 28; resistor de 2,2 K ohms de 2 watts de potência; fio encapado de 2,5 mm;

19

transistor 2N2222; conexão de pilha de 9 Volts; pilha de 9 Volts; cola quente; fita

isolante; fita adesiva; isopor; papel alumínio; bola de isopor; lâmpada fluorescente;

Pasta Térmica para computadores.

Neste experimento é preciso fazer muitas soldas para manter tudo funcionando

corretamente. Lembre-se de não utilizar solda demais para não ter uma

condutividade boa.

Procedimentos:

1) Enrole o fio de cobre esmaltado no cano PVC. Use a fita adesiva para prender

a ponta e deixe fio de sobra para fazer as conexões. Ao terminar de enrolar,

prenda o final com fita adesiva e deixe uma sobra no fio. Passe fita isolante

ao redor do fio nas extremidades para garantir que o fio não saia do lugar.

2) Passe cola quente na base do cano e cole na sua base de isopor.

3) Com a “barriga” do transistor para baixo, solde o resistor na ponta do meio do

transistor.

4) Remova o esmalte do fio de cobre e solde a ponta da bobina no resistor.

5) Abra as outras duas pernas do transistor fazendo um ângulo de 90º. Com o fio

encapado solte uma ponta na perna direita do transistor, dê duas voltas ao

redor da bobina e solde a outra ponta no outro lado do resistor.

6) Solde a parte positiva da conexão da pilha no resistor do mesmo lado qu está

soldado o fio encapado.

7) Solde o lado esquerdo do transistor no polo negativo da pilha.

8) Aplique cola quente em diversas posições dos fios para que fique apoio na base

de isopor.

9) Remova o verniz da outra ponta da bobina e passe solda afim de dar maior

condutividade nessa ponta.

10) Enrole papel alumínio na bola de isopor e cole com cola quente na base da

bobina. Use cola quente e fita adesiva para fixar a ponta da bobina na bola

com papel alumínio.

11) Passe pasta térmica ao redor da parte preta do transistor. Esse transistor irá

aquecer muito então é importante tomar bastante cuidado e não passar muita

pasta térmica. A pasta servirá para não queimar o transistor e diminuir o

aquecimento do mesmo.

12) Ligue a pilha e aproxime lâmpada fluorescente. Observe o fenômeno.

13) Explicando: Ao ligar o gerador são produzidas ondas eletromagnéticas que

excitam os elétrons do vapor de mercúrio a baixa pressão presente na

lâmpada fluorescente. Por ser de baixa pressão, os elétrons são “expelidos”

batendo nas paredes da lâmpada. Nessas paredes encontra-se um pó branco

feito de fósforo que absorve esses elétrons liberando luz.

20

Experimento: Transformador

Figura 13- Experimento para gerar uma tensão alternada através do ritmo de ligar/desliga de um

interruptor. Colocando outro solenoide ao lado, podemos visualizar a geração de tensão contínua como

um transformador qualquer.

Objetivo: Mostrar o funcionamento de um transformador a partir de corrente

alternada ou criando uma oscilação manual.

Material Necessário: Dois solenoides, um com 300 espiras e outro com 30 espiras;

isopor, duas conexões de pilha 9 volts; pilha de 9 volts; interruptor para lâmpada;

cola quente ou fita adesiva; abraçadeiras de nylon; multímetro

Procedimentos:

1) O processo utilizado na montagem é o mesmo para as experiências do

solenoide e do eletroímã, com a ressalva de prender os solenoides um de frente

ao outro, bem próximos. Pode-se aproveitar a experiência tanto do eletroímã

quando do solenoide para a montagem deste experimento.

2) Para o transformador utilizando corrente alternada, conecte uma ponta do

solenoide de 300 espiras no globo do gerador de Tesla e outra ponta na parte

negativa da pilha de 9 Volts. Se precisar use fita adesiva para prender os

polos.

3) Conecte o solenoide de 30 espiras no multímetro. Observe a geração de tensão

elétrica neste solenoide.

4) A partir deste item iremos gerar a tensão alternada manualmente. Em

primeiro lugar temos que confeccionar uma extensão com interruptor para

acoplarmos na base já construída.

5) Com o interruptor da lâmpada, conecte as duas conexões de pilha 9 volts, um

em cada lado. Note que ao encaixar uma conexão em outra, os polos se

invertem, tendo o polo negativo se encaixando com o polo positivo. Com a

inversão dos polos, dispositivos como transistores que são polarizados não

irão funcionar, além de inverter a passagem de corrente elétrica. Para

solucionar o problema, conecte o lado positivo com o lado negativo na

campainha, o que fará este lado virar o fase. Agora conecte o lado negativo ao

lado positivo interruptor para este se tornar o neutro.

21

6) Em uma das conexões encaixe a pilha de 9 volts e no outro lado será encaixado

na conexão localizada na base do isopor.

7) Para criar uma tensão alternada e observar o transformador funcionando,

utilize um metrônomo para dar ritmo ao aperto da campainha e assim termos

uma frequência controlada. No experimento teste, foi utilizado um applet

para android chamado “Metronome Beats”. Configure o applet apertando em

“beats per bar” para duas batidas apenas. Assim no primeiro som devemos

apertar o interruptor e na segunda batida, devemos soltar.

8) Configure as “BPM” ou batidas por minuto na rolagem no centro do applet.

Como são batidas por minuto, devemos dividir por 60 para obtermos uma

frequência em hertz.

9) Da mesma forma que utilizada em tensão alternada, o conector criado deve ir

no solenoide de 300 espiras e o outro deve estar conectado a um multímetro.

Observe o resultado encontrado.

Experimento: Gerador de Energia Elétrica

Figura 14- Gerador de energia elétrica.

Objetivo: Mostrar o funcionamento básico das usinas geradoras de energia.

Materiais Necessários: Tampa de garrafa pet; colheres plásticas; barra rosqueada

3/16; três porcas 3/16; pasta de solda; ferro de solda; solda de estenho; ímã;

abraçadeiras; Secador de cabelos ou água corrente; canos PVC de 20 mm; isopor; cola

quente; solenoide; multímetro; serrinha; tesoura.

Procedimentos:

1) Faça cortes com a serrinha, procurando sempre ficar na mesma distância, na

lateral da tampa. Servirá como encaixe das colheres.

2) Corte no tamanho desejado as colheres e encaixe nos cortes da tampa. A

altura utilizada para as colheres foi de 1,5 cm. Ao cortar com a tesoura as

colheres, note que ela irá quebrar nas laterais, isso não é um problema pois

auxilia na remoção dessas laterais e ajuda a encaixa melhor na tampa.

22

3) Procure alinhar todas as colheres antes de colar e verifique se existe alguma

sobra da colher que ficou próxima do centro, se existir remova a colher e corte

um pedaço. Passe cola quente ao redor e dê um ponto na parte de baixo.

Figura 15-Hélice feita de colheres de plástico e tampa de garrafa pet. Visão frontal e traseira da

hélice.

4) Com o Ferro de solda quente, faça um furo no centro da tampa para passar a

barra rosqueada.

5) Agora vamos montar a base. Com a base de isopor veja a melhor posição dos

canos, qual será a altura desejada para os canos e qual o tamanho da barra

que ficará encaixada.

6) Com o ferro de solda quente, faça furos nos canos de PVC de uma ponta a

outra. No cano da frente prefira fazer um buraco maior ou até mesmo um

corte em forma de “U” para não ter problemas ao alinhar a barra. Corte os

canos no tamanho desejado. No cano que ficará no fundo, faça mais dois furos

em sua base para passarmos abraçadeiras nelas.

7) Apoie o cano do fundo na base e fure o isopor dos dois lados para passarmos

as abraçadeiras. Prenda o cano.

Figura 16- Colocação das abraçadeiras no isopor e reforçando a fixação do cano com cola quente.

8) Passe cola quente nos dois canos. Encaixe a barra rosqueada no canos.

Encaixe uma rosca na parte de trás do cano do fundo.

23

Figura 17- Fixação da barra de rosca na cano traseiro. Colocar solda na parte da frente do cano e

colocar uma porca na parte final do cano.

9) A frente do cano do fundo, passe pasta para solda e aplique uma solda de

modo que essa solda não permita a passagem do cano. Lembre-se de deixar

uma folga para a barra girar ou folgue mais a porca.

10) Na ponta onde ficará a hélice, coloque uma porca para limitar onde a hélice

ficará. Encaixe a hélice e coloque a segunda porca de maneira não sobre

nenhum pedaço da barra para o lado de fora. Se preciso, regule a porca de

trás da hélice para ter um melhor resultado.

11) Encaixe o ímã na porca. O ímã utilizado neste experimento foi um bloco de

neodímio de 30mm x 30 mm x 15mm de força aproximada de 34,5 Kg. Se

necessário aplique cola quente na borda da porca e prenda o ímã novamente.

Lembre-se que quanto mais forte for o ímã, maior será a tensão gerada.

12) Ligue o secador de cabelos para as pás da hélice e aproxime um solenoide com

suas pontas ligadas no multímetro. Observe no multímetro os resultados

obtidos.

24

Anexo I

Conceitos Básicos Sobre a Eletricidade

Neste capítulo em especial, vamos introduzir conceitos iniciais e necessários para se

entender as leis e teorias a respeito do magnetismo. Tentarei estar sempre

conversando com você para que a leitura fique mais fácil e compreensiva. Faça uma

leitura antes da aula pois permitirá uma melhor compreensão do assunto. E não

esqueça de tirar suas dúvidas, ok? Vamos começar!

Vamos Entender o que é Um Campo Elétrico

Vamos começar pela teoria de atração e repulsão das

cargas elétricas. Essa teoria você já está careca de

saber, mas vamos relembrar. Sabemos que cargas

elétricas com mesmo sinal de carga naturalmente se

repelem; cargas elétricas com sinais contrários

naturalmente irão se atrair. Lembra da história os

opostos se atraem? Taí a origem. O mesmo ocorre

entre ímãs. Brincando com ímãs você já percebeu que

mesmo a uma certa distância um acaba percebendo a

existência do outro? Pois é eis que surge uma força

que puxa um outro ímã ou metal para um ímã em sua

mão. Essa percepção que ocorre em ímãs e cargas

elétricas faz surgir uma força aplicada a distância.

No nosso dia a dia não é comum visualizarmos uma

força sendo gerada em outro corpo a distância,

gerando uma movimentação do corpo. Sempre que

queremos pegar um celular temos que entrar em

contato para que possamos aplicar a força de trazer o

celular conosco. Mas a força não surge do nada, alguém tem que criar uma força para

que objetos possam se mover. Esse criador de força a distância damos ao nome de

campo elétrico.

Para um campo elétrico, com mudança da distância, do sentido e de sua direção o

campo elétrico modifica as características.

Figura 18- A atração é muito

comum em nossas vidas como

o caso de relacionamentos

amorosos. Quando um

percebeu o outro? Imagem

retirada do site

http://my.fakingnews.firstpo

st.com/india/god-introduces-

law-of-attraction-to-help-

people-in-love-5924 no dia

02/05/2017 às 9h19.

Figura 19-A força elétrica gerada entre corpos de mesma carga e de cargas opostas. Essa força surge

com a presença de um campo elétrico. Imagem retirada do site http://www.eletronpi.com.br/ce-020-

campo-eletrico.aspx em 02/05/2017 às 9h12.

25

Vamos resumir? Campo elétrico é um campo vetorial, gerado por uma carga elétrica

fazendo surgir uma força do tipo elétrica, a distância, atuando em outras cargas

elétricas chamadas cargas de prova.

Agora você pode pensar... uma carga elétrica que gera um campo elétrico, pode gerar

força em si própria? A resposta é não. Uma força para promover uma movimentação

deve ser aplicada em outro corpo, ou você já conseguiu joga-se para cima pegando

pelo cinto e se auto arremessando?

Matematicamente podemos definir campo elétrico como:

EqF

q

FE

Onde a unidade do campo elétrico no sistema internacional é Newtons por Coulomb

(N/C).

Figura 20- Linhas do campo elétrico mostram as regiões onde o campo elétrico atua. Onde existe maior

concentração de linhas, o campo elétrico é maior. Imagem retirada do site

http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/LinhasDeForca/LinhasDeForca.html em

02/05/2017 às 23h05.

Por conta das propriedades vetoriais desta equação, se a carga for positiva, o campo

tem o mesmo sentido que a força aplicada. Porém se a carga for negativa, o campo

terá sentido contrário a força aplicada.

(Campo elétrico = força por unidade de carga)

A força elétrica sobre um corpo carregado é exercida pelo campo elétrico produzido

por outros corpos carregados.

26

Figura 21-Campo elétrico vetorial. Se a carga de prova "q" for positiva, a força tem o mesmo sentido

que o campo. Se a carga "q" for negativa, a força tem sentido contrário ao campo.

Trabalho de uma Força Elétrica e Potencial elétrico

Já aconteceu com você, do carro em que

se encontra ficar atolado? Que tristeza

hein? A maneira mais simples de

resolver esse problema é o uso da velha

força bruta! Saiba que a aplicação da(s)

forças aplicadas no carro promovendo

um deslocamento do veículo é o que

chamamos na Física de trabalho de uma

força.

Agora pensemos nas nossas queridas

cargas elétricas. Sabemos que cargas elétricas são capazes de gerar campos elétricos

e que qualquer carga que esteja na região de atuação desse campo, terá ação de uma

força elétrica de atração ou repulsão de acordo com os sinais das cargas. Muito bem!

E se essa força ou conjunto de forças elétricas forem responsáveis pela movimentação

ou melhor pelo deslocamento dessas cargas? Teremos um trabalho realizado nesta

carga por uma força elétrica! Até aí tudo tranquilo?

Vamos retornar ao exemplo do carro atolado. Para que possamos aplicar a força no

carro atolado precisamos ter energia não é isso? Para desempenhar qualquer

atividade temos que ter energia que extraímos na queima dos alimentos. Assim para

que se aplique uma força para promover o deslocamento do um objeto, temos que ter

energia, que para as cargas elétricas denominamos energia potencial elétrica.

Energia potencial é definida como a energia armazenada ou acumulada. A energia

potencial está diretamente associada a posição, com o passar da posição.

Então, a energia potencial elétrica promove um pontapé inicial para a movimentação

de cargas elétricas, mas se houver uma diferença de potenciais. Mas o que é um

potencial? Calma! Potencial nada mais é do que uma grandeza que mostra a relação

da energia potencial elétrica por unidade de carga. Assim, cada região a depender da

distância, possuirá cargas que apresentam valores iguais de potencial elétrico. Essas

regiões são conhecidas como superfícies equipotenciais.

Figura 22- Trabalho realizado por um grupo de

amigos. A Soma vetorial de todas as forças (força

resultante) gera um deslocamento do carro.

Imagem adaptada e retirada do site

http://profantoniocarneiro.webnode.com.br/fis

ica/ em 02/05/2017 às 23h08.

27

Figura 23- regiões onde o potencial é o mesmo denominamos superfícies equipotenciais. Potencial é a

energia potencial por valor de carga. Imagem retirada do site

http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/05/cursos-do-blog-eletricidade.html em

0205/2017 às 23h16.

Para você entender melhor vamos pensar no seguinte. Imagine que exista dinheiro

que você está administrando, para ser divido em seu grupo de amigos. Os amigos

mais próximos irão receber um valor maior; os mais afastados um valor menor. Além

do distanciamento que afeta o recebimento de dinheiro, o dinheiro será definido pelo

tempo de relacionamento com você. Com base nessa ideia, podemos dizer que a

energia potencial é o dinheiro a ser divido no grupo de amigos (dinheiro acumulado

naquela região). Quanto mais afastado estão as cargas, menor será a energia

potencial (quanto mais afastado está seu amigo menor será o dinheiro recebido). O

potencial seria o valor correspondente ao valor do dinheiro dividido pelos anos de

amizade (para as cargas seria a energia potencial dividida pelo valor da carga).

Assim pessoas que estão no mesmo grupo de amigos e que possuem os mesmos anos

de amizade possuem o mesmo potencial. Então estas pessoas estão em superfícies

equipotenciais.

Figura 24- Imagem que resume a analogia entre os elementos da energia potencial e potencial elétrico.

Corrente Elétrica

28

Corrente elétrica é a movimentação ordenada de cargas elétricas (normalmente

elétrons) de uma região para outra. Se essa corrente percorrer uma trajetória

fechada, teremos um circuito elétrico. No circuito elétrico estão ligados vários

dispositivos elétricos como aparelhos eletrônicos, como a rede elétrica da sua casa.

Para cada dispositivo eletrônico funcionar, os elétrons devem percorrer uma

trajetória em circuito dentro deste aparelho. E os elétrons entram simplesmente no

circuito de maneira ordenada? Não. Devemos dar um “empurrãozinho” para que

esses elétrons saiam do seu caminho na rede elétrica e entrem em sua televisão, é

através da tensão elétrica ou mais conhecida como diferença de potenciais.

A tensão elétrica é capaz de levar a corrente elétrica para os dispositivos elétricos.

Então cada aparelho elétrico requer uma tensão. Isso faz com que tenha que existir

uma fonte de energia potencial para que cada aparelho tenha a sua tensão e assim

empurre uma corrente elétrica para fornecer energia alimentar o dispositivo. Daí a

função das pilhas e dos postes que cedem energia para os dispositivos funcionarem.

Até tudo bem. Mas você pode ter se perguntado, como esses elétrons se alinham e de

onde surgem os elétrons da corrente elétrica? Bem os elétrons já estão lá no metal.

Sabemos que os metais possuem uma grande quantidade de elétricos que vagam

soltos sem rumo dentro do metal. A organização surge quando os elétrons são

mergulhados em um campo elétrico que cria uma força elétrica, que nos leva a uma

movimentação ordenada das cargas no sentido da força.

Potência Elétrica

Potência é uma grandeza que nos diz quanto tempo levou para se realizar um

trabalho. Vamos ver o exemplo: ligue seu aparelho de som na tomada. Na tomada

temos convencionalmente uma tensão de 127 V que empurra os elétrons em uma

corrente elétrica transportando energia potencial elétrica para dentro do som. O som

por sua vez irá converter a energia potencial elétrica em energia sonora. O tempo

que levar o aparelho de som para realizar essa conversão, teremos a potência do

aparelho de som. Logicamente quanto menos tempo para realizar essa conversão,

maior será a potência do aparelho de som.

Mas a potência possui uma importância fundamental para os dispositivos elétricos.

A potência elétrica está intimamente ligada a tensão e a corrente elétrica. Se a

potência da rede elétrica é baixa, cada vez que um aparelho eletrônico estiver ligado

na tomada, a corrente será cada vez menor para os demais parelhos.

Isso vemos bem quando ligamos um chuveiro elétrico. Chuveiros elétricos possuem

uma alta potência pois precisam rapidamente converter energia elétrica em calor

para aquecer a água. Se você recordar dos seus estudos de calor, sabemos que a água

demora muito para aumentar sua temperatura, logo precisamos de muitos elétrons

que transmitam a energia elétrica para gerar calor, logo é necessária uma corrente

elétrica alta. Como a potência da casa é a mesma fornecida pela rede energética, a

corrente elétrica que irá aparecer nos demais aparelhos elétricos será menor. Daí

vemos as lâmpadas diminuírem o seu brilho, quando o chuveiro elétrico é ligado.

Tudo bem até aqui? Vejamos agora como representamos a potência elétrica

matematicamente

29

UiP

A potência é expressa em unidades denominada Watts (W).

Resistência Elétrica

Por fim vamos completar o nosso mini curso sobre eletricidade, a resistência elétrica.

Vamos a um exemplo prático para chegarmos a uma definição de resistência elétrica.

Se uma amigo seu te oferecer um chocolate? Difícil de resistir a vontade de comer

aquele tablete de chocolate que gosta. Ou seja, comer um chocolate pra você não é

nenhum sacrifício então você tem baixa resistência a chocolate. Agora vamos comer

jiló? O gosto do jiló é muito amargo e não é muito bom (apesar de existirem pessoas

que adoram isso). Então para você não é agradável comer o jiló, logo você possui uma

alta resistência a ele.

Resistência elétrica é a dificuldade que uma corrente elétrica tem ao entrar em um

sistema. Essa dificuldade depende de vários fatores como, o comprimento do fio, sua

espessura, do tipo de material que a corrente elétrica está passando, da temperatura,

entre outros.

Figura 25- Este desenho mostra a relação entre tensão, corrente e resistência elétrica. A tensão empurra

os elétrons para o circuito, a corrente entra no sistema, porém em locais de maior resistência, a corrente

apresenta dificuldades em passar. Imagem disponível em

https://engineersforfuture.wordpress.com/2017/01/30/ohms- no dia 02/05/2017 às 9h10.

Lembra que a corrente elétrica transporta energia elétrica? Se existe uma

dificuldade de movimentar os elétrons no circuito, logo existirá uma perda de energia

por parte da corrente elétrica, e essa energia acaba se tornando calor. Daí uma

definição para um resistor como um dispositivo que transforma energia elétrica em

calor por conta deste dificultar a passagem da corrente elétrica. Então você sacou o

que existe num chuveiro elétrico? Isso, existem resistores dentro do chuveiro.

A resistência elétrica possui seus pontos positivos e negativos. O uso de resistores é

importante, pois dificultando a passagem de corrente elétrica, podemos controlar a

amperagem que passa em certos componentes eletrônicos já que alguns são

extremamente sensíveis. O ponto negativo é que sempre iremos ter que considerar a

resistência do circuito elétrico que estamos trabalhando. Pois a depender do aparelho

a corrente presente no circuito pode não ser suficiente para alimentar o dispositivo

30

gerando um alto aquecimento e danificando o aparelho. Para que isso não ocorra,

devemos calcular a resistência elétrica.

Matematicamente a resistência elétrica é determinada pela lei de Ohm

iRU i

UR

Com a lei de Ohm sabemos que a resistência elétrica é a relação entre a tensão

elétrica disponível e a corrente elétrica que chega no circuito. Em homenagem a lei

de Ohm, a unidade da resistência elétrica é o Ohms (Ω).

Importante falar que existem sistemas elétricos que não obedecem a lei de Ohm,

estes são chamados de resistores não-ôhmicos.

31

Anexo II

Tabela AWG

A tabela AWG, sigla inglesa para “American Wire Gauge” é um padrão de

normatização do tamanho das bitolas dos fios elétricos.

Abaixo está a numeração para o padrão AWG desde a numeração 11 a 35, com sua

espessura, amperagem máxima suportada e sua resistência elétrica.

Padrão AWG

Numeração Diâmetro

(mm)

Máx.

Amperagem

(A)

Ohms/Km

11 2,30 12 4,07

12 2,05 9,5 5,13

13 1,83 7,5 6,49

14 1,63 6,0 8,17

15 1,45 4,8 10,3

16 1,29 3,7 12,9

17 1,15 3,2 16,34

18 1,024 2,5 20,73

19 0,912 2,0 26,15

20 0,812 1,6 32,69

21 0,723 1,2 41,46

22 0,644 0,92 51,5

23 0,573 0,73 56,4

24 0,511 0,58 85,0

25 0,455 0,46 106,2

26 0,405 0,37 130,7

27 0,361 0,29 170,0

28 0,321 0,23 212,5

29 0,286 0,18 265,6

30 0,255 0,15 333,3

31 0,226 0,11 425,0

32 0,203 0,09 531,2

33 0,18 0,072 669,3

34 0,16 0,057 845,8

35 0,142 0,045 1069,0

Fonte: http://www.tecnicenter.org/apostilhas-dicas-e-tutoriais-de-interesse/tabela-de-codigos-de-fios-esmaltados-

de-mm-para-awg/. Acessado em 22 de janeiro de 2017 às 10h45.

32

Anexo III

Configurar Celular Android para Gerar Tela no

Computador

Este procedimento deve funcionar para a maioria dos celulares android. Com este

processo irá surgir uma nova opção para o seu celular denominada programador.

Não se preocupe com este procedimento pois é previsto pelos desenvolvedores do

sistema android para novos criadores de aplicativos possam testar seus programas

através de um computador, ou seja, não causará danos ao seu celular.

Materiais Necessários: Cabo usb para celular; Smartphone; Navegador Google

Chrome.

Procedimentos:

No computador:

1) Abra o Google Chrome e entre na opção “configurações”.

Figura 26- Visão do Google Chrome na opção configurações.

2) Clique na opção “extensões” e desça a tela até a opção “obter mais extensões”

3) Pesquise na barra localizada na parte superior esquerda da tela pela extensão

“vysor”. Clique para instalar a extensão.

33

Figura 27- Tela do Chrome aplicativos para extensão vysor.

No celular:

4) Entre nas configurações do seu celular e desça até a opção “sobre o

dispositivo”.

5) Abrirá o status o telefone. Desça até a opção “número de versão”. Aperte esta

opção entre sete ou oito vezes. Irá sempre aparecer o número de tentativas

realizadas. Após esse processo, irá aparecer uma mensagem que foi habilitada

a opção do programador. Esta mensagem pode variar de acordo com a marca

do celular.

6) Volte para a tela de configurações e entre na opção “programador”. Desça a

tela até a opção “depuração” e habilite a “depuração usb”.

Figura 28- Visão do celular para configuração reprodução de tela.

7) Instale no seu celular através do “gloogleplay” o aplicativo do vysor.

8) Conecte o celular ao computador pelo cabo usb. Irá aparecer uma opção de

como deve acontecer este compartilhamento, na barra de rolagem superior.

Coloque a opção para “transferir fotos (php)”. Automaticamente o aplicativo

“vysor” irá abrir na tela do computador.

34

Figura 29-Visão da tela pelo aplicativo "vysor" na tela do computador, reproduzindo tela do

celular. Aberto applet “Física na escola”.

9) Agora podemos utilizar tanto o celular para navegar ou até mesmo o mouse e

teclado do computador. Se fechar a janela do “vysor”, você precisará repetir o

passo “7”.

35

Referências Bibliográficas

R. Resnick, D. Halliday, e J. Merrill, Fundamentos de Física, vol. 3, 8a ed., LTC

(2009).

R. A. Serway e J. W. Jewett Jr., Princípios de Física, vol.

3, Cengage Learning (2004).

BARRETO, Benigno. XAVIER, Cláudio. Física Aula por Aula vol. 3. Editora FTD,

2ª Edição, São Paulo, 2013.

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/magnetismo.htm, acessado em 20 de

novembro de 2016 às 20h.

http://www.coladaweb.com/fisica/fisica-geral/magnetismo, acessado em 20 de

novembro de 2016 às 20h.

https://pt.wikipedia.org/wiki/William_Gilbert, acessado em 20 de novembro de

2016 às, 20h35.

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