UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS

CAMPUS PALMAS

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Richardson Diego de Melo Pires

ELETROMAGNETISMO II

AULA PRÁTICA N°4

FORÇA MAGNÉTICA E MOTOR ELEMENTAR DE PARTIDA

Palmas - TO, 26 de Outubro de 2015.

Richardson Diego de Melo Pires

ELETROMAGNETISMO II

AULA PRÁTICA N°4

FORÇA MAGNÉTICA E MOTOR ELEMENTAR DE PARTIDA

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, 26 de Outubro de 2015.

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO...............................................................................................................4

OBJETIVO......................................................................................................................6

MATERIAIS E MÉTODOS...........................................................................................6

RESULTADOS................................................................................................................7

CONCLUSÃO................................................................................................................11

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................11

INTRODUÇÃO

Cargas elétricas em movimento sofrem uma força quando em sua trajetória está

atuando um campo magnético. Esta força, denominada força magnética, atua também

em condutores que possuem fluxo de corrente passando em seu interior. A força

magnética atuando sobre uma carga em movimento é dada pela expressão:

, onde é a força magnética sofrida pela carga q em movimento, é a

velocidade com que a carga está se movendo e é o campo magnético.

Analisando parte de um fio condutor de corrente, como mostrado na Figura 1,

pode-se encontrar, analogamente, a força magnética sofrida por um fio condutor de

corrente quando é aplicado um campo magnético sobre ele.

Figura 1: Força magnética sobre uma carga positiva.

O fio em estudo possui comprimento “l”, seção reta “A” e a corrente escoa de

baixo para cima com velocidade de arraste “ ” perpendicularmente ao campo

magnético que está entrando no plano da folha. A força media sobre cada carga é

dada pela expressão: orientada da direita para esquerda seguindo a

direção do vetor resultante do produto vetorial entre a força de arraste e o campo

magnético.

O módulo desta força é dado pela expressão (1).

Adotando como número de cargas por unidade de volume no fio como “n”, um

segmento do condutor de comprimento “l” possui volume “A.l” e contém um número de

cargas iguais à “n.A.l”. Substituindo essas expressões na Equação 1 temos:

.

Sabemos que a expressão da corrente é dado pelo primeiro termo que está sendo

multiplicado na expressão anterior, logo, aplicando o comportamento vetorial, temos

que a força exercida sobre um fio condutor transportando corrente, sujeito a um campo

magnético é dado pela expressão: .

FORÇA E TORQUE SOBRE ESPIRA DE CORRENTE:

Figura 2: força magnética força e torque sobre espira de corrente.

Estudando uma espira de corrente retangular submetida a um campo magnético

uniforme percebemos que a força resultante sobre ela é nula e que a única força atuante

é o torque gerado pela interação do campo magnético e as forças que possuem mesmo

módulo, porém em sentidos contrários iniciando um torque que faz a bobina girar.

Existem muitos dispositivos como alto-falantes ou galvanômetros que utilizam a força

magnética ou o torque sobre uma espira condutora. Segundo os estudos de Young

(2009): “A força resultante sobre uma espira de corrente em um campo magnético

uniforme é igual à zero. Contudo, o torque resultante geralmente é diferente de zero.”

A expressão para o torque magnético sobre uma espira é dado por: , onde

é conhecido como vetor momento magnético e é igual à . Esse vetor tem a direção

do vetor normal à área da bobina, concluindo assim que o torque gerado pela bobina

depende somente da área da bobina e da intensidade do campo magnético aplicado

sobre ela.

OBJETIVO

Observar o comportamento da força de interação entre um campo magnético

produzido por imãs permanentes sobre um circuito conduzindo corrente assim como

verificar o torque sofrido por uma bobina, que contém corrente circulando, em interação

com um campo magnético gerado também por imãs permanentes imãs permanentes.

MATERIAIS E MÉTODOS

Bobina de Material Condutor;

01 Suporte de sustentação;

01 Pêndulo Metálico;

02 Hastes Metálicas;

01 Balanço Metálico Condutor;

01 Bússola;

Fonte de Alimentação Minipa;

Suporte Metálico com Imãs permanentes acoplados.

Para determinarmos os polos do imã utilizamos a bússola, de forma que, para

aonde apontasse o norte da bússola, seria sul do imã. Assim identificamos a polarização

do imã.

O formato em U do imã ajuda na geometria da prática, uma vez que queremos

observar o balanço do pendulo, e também queremos que a pequena bobina se encontre

no interior do campo magnético gerado pelas bobinas.

No experimento 1 consistia em prever e observar o comportamento de um

pêndulo cujo qual estava submetido a uma corrente qualquer. Aplicando um campo

magnético através do imã no pendulo, e uma corrente em um determinado sentido,

depois era para ser observado o comportamento do pêndulo ao inverter a corrente, e

posteriormente invertendo o campo e invertendo a corrente na nova configuração.

A montagem era praticamente a mesma, com a diferença de trocar os bornes da

fonte de alimentação para assegurar a inversão da corrente, e inverter a posição do imã

para se inverter o campo magnético. Então o pendulo foi colocado sobre as hastes

metálicas, e o imã colocado na sua extremidade, como pode ser acompanhado a seguir:

Já no experimento 2 montamos um motor elementar de corrente contínua, para

isso utilizamos uma bobina de cobre, e a dispomos sobre o um gancho no suporte

metálico, dessa forma permitindo a passagem de corrente pelo seu enrolamento.

Colocamos o imã numa tal disposição que a bobina ficasse mergulhada no campo

magnético produzindo pelo imã. Segue abaixo uma imagem da montagem:

RESULTADOS

Após os procedimentos indicados acima, observamos os resultados visualmente,

que poderão ser acompanhados a seguir. Na primeira parte do experimento, fizemos as

previsões do comportamento do pendulo e da bobina. Utilizando a formula F⃗=q v⃗ x B⃗

para identificar o sentido da força, já que sabemos que a velocidade dos portadores de

carga esta na mesma direção da corrente, assim utilizando a regra da mão direita, tem-se

que a força está entrando no papel. A seguir temos a seguinte configuração montada e a

figura do que observamos:

Figura 3: Esquema 1 – Experiência 1

As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul

(de cima para baixo);

O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o

mesmo sentido delas;

A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da

esquerda para direita de acordo com a figura;

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

Já na segunda configuração, invertemos a corrente no pêndulo. Utilizando a

mesma técnica anterior observamos que a força se encontra para fora do papel. Assim

temos a seguinte configuração montada e a figura do que observamos:

Figura 4: Esquema 2 – Experiência 1

As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul

(de cima para baixo);

O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o

mesmo sentido delas;

A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da direita

para esquerda de acordo com a inversão de polaridade da fonte C.C;

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

Depois foram montadas as duas configurações com o campo magnético, a

primeira montagem foi da seguinte forma:

Figura 5: Esquema 1 – Experiência 1

As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul

(de baixo para cima);

O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o

mesmo sentido delas;

A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da

esquerda para direita de acordo com a figura;

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

E depois a última configuração foi invertido o campo magnético e corrente,

temos aqui:

Figura 6: Esquema 1 – Experiência 1

As linhas de campo magnético têm o seu sentido do pólo norte do imã para o sul

(de baixo para cima);

O vetor indução magnética é tangente às linhas de campo magnético e com o

mesmo sentido delas;

A corrente elétrica através do condutor, percorre o campo magnético da direita

para esquerda de acordo com a inversão de polaridade da fonte C.C;

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

Na segunda parte do experimento, montamos o motor com a bobina. Utilizando

a regra da mão direita observamos que a bobina irá sofrer um torque na direção indicada

pela mão direita. Tendo a corrente passando por cima da bobina. Com isso podemos

observar que o torque faz a bobina girar no sentido para o norte do imã. Aqui tivemos

que dar um pequeno empurrão na bobina pra ela girar, tendo em vista que a força

resultante na bobina é nula. Como mostra a figura a baixo:

Figura 7: Esquema 1 – Experiência 2

Invertendo a corrente. Como

previsto a bobina girou para o lado

contrário demonstrando que o sentido da

corrente influencia no sentido do torque.

Ficamos com a seguinte configuração:

Figura 8: Esquema 2 – Experiência 2

CONCLUSÃO

Podemos concluir que a ação da força magnética que atua em um condutor

retilíneo, imerso num campo magnético está relacionada com o principio de

funcionamento dos motores. O campo magnético é capaz de exercer forças não apenas

sobre imas, mas também sobre condutores percorridos por correntes elétricas. A força

que um campo magnético exerce sobre um condutor percorrido por corrente pode ser

utilizada para realizar trabalho, verifica-se isto nos motores. A força magnética ocorre

devido ao movimento de cargas elétricas

Em um motor a corrente elétrica que passa pelo enrolamento produz um campo

eletromagnético (semelhante ao campo magnético de um imã) que é utilizado para

movimentar o rotor do motor. O torque magnético produzido é função da corrente que

percorre os condutores do rotor e o campo no qual está inserido.

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.