CONJUNTO DE MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO

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CONJUNTO DE MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO

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SUMARIO (LIVRO DO ALUNO)

SUMARIO (LIVRO DO ALUNO) ... 1

EXPERIMENTOS ... 2

EXPERIMENTO 01 - CONHECENDO IMÃS E POLOS MAGNÉTICOS DA TERRA ... 2

PARTE I - Reconhecendo imãs, material ferromagnético e paramagnético ... 2

PARTE II - Os polos magnéticos e os polos geográficos ... 4

PARTE III - Atração e repulsão magnética ... 6

EXPERIMENTO 02 - LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO... 7

EXPERIMENTO 03 - PROCESSOS DE IMANTAÇÃO ... 9

PARTE I - Magnetização por Indução. ... 9

PARTE II - Magnetização por Contato ... 11

PARTE III - Magnetização por Atrito... 12

EXPERIMENTO 04 - CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR CORRENTE ELÉTRICA ... 13

PARTE I – Campo produzido por um condutor retilíneo (Experiência de Oesrted) ... 13

PARTE II - Campo Produzido por uma Espira ... 15

PARTE III - Campo Produzido por uma Bobina Plana ... 17

EXPERIMENTO 05 – LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNETICO GERADO POR UMA ESPIRA E POR UM SOLENOIDE ... 18

PARTE I - Espectro do Campo Gerado numa Bobina Chata Circular... 18

PARTE II - Espectro do Campo Gerado num Solenóide ... 20

EXPERIMENTO 06 – AÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO SOBRE A CORRENTE ELÉTRICA ... 21

PARTE I - Força Magnética e a Regra da Mão Direita Espalmada ... 21

PARTE II - Funcionamento do Motor Elétrico ... 23

EXPERIMENTO 07 – CORRENTE INDUZIDA POR VARIAÇÃO DE FLUXO MAGNÉTICO ... 24

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EXPERIMENTOS

EXPERIMENTO 01 - CONHECENDO IMÃS E POLOS MAGNÉTICOS DA TERRA

PARTE I - Reconhecendo imãs, material ferromagnético e paramagnético

OBJETIVO: Analisar as propriedades dos imãs e reconhecer seus polos magnéticos.

>>> Material Utilizado >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Código Quant. Unid. Descrição

32002008 4,00 UN IMA TIPO BARRA FERRITE CXLXA 25 X12 X4 MM XXXXXXXX 20,00 UN CLIPES DE METAL (*)

(*) Não fornecido.

Elementos utilizados para o experimento

>>> Procedimentos Experimentais >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

1. Segurar brandamente um imã em cada mão e aproximar vagarosamente as suas extremidades de cores iguais (polos magnéticos iguais).

Observando a ação entre dois imãs.

2. Observar se eles apresentam facilidade ou dificuldade à aproximação.

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4. Colocar um clipe sobre a mesa e aproximar vagarosamente um dos polos de um imã.

Observar o que ocorre.

5. Repetir o procedimento usando agora o outro polo do imã.

6. Repetir os procedimentos anteriores usando agora um objeto de alumínio em lugar do clipe. Observar e explicar o que ocorre.

>>> Análise dos Resultados e Conclusões >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

1. O que se observa quanto à repulsão ou atração de polos iguais? E de polos diferentes?

_______________________________________________________________________

2. Que tipo de ação é exercida sobre o clipe quando é aproximado de um imã?

_______________________________________________________________________

3. Há diferença na ação do imã sobre o clipe quando aproximado do polo norte e do polo sul? Justificar.

_______________________________________________________________________

4. Que ação o imã exerce sobre um corpo de alumínio?

_______________________________________________________________________

5. Que diferença foi observada no experimento quanto ao comportamento magnético do clipe e do corpo de alumínio quando aproximados de um imã?

_______________________________________________________________________

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PARTE II - Os polos magnéticos e os polos geográficos

OBJETIVO: Identificar os polos magnéticos de um imã através da orientação geográfica.

28003003 1,00 UN IMPRESSO 06 - ROSA DOS VENTOS

32002003 1,00 UN IMA ANEL FERRITE Ø40 X 7MM C/ FURO 18MM 67002005 1,00 UN BASE PARA BUSSOLA DIDATICA

67002001 1,00 UN AGULHA PARA BUSSOLA DIDATICA COM PINO

A bússola, a rosa dos ventos e os imãs usados para relacionar os polos magnéticos e geográficos da Terra.

1. Usar a placa com a Rosa dos Ventos.

2. Fixar a agulha magnetizada (bússola) no pedestal e aguardar que estabilize.

3. Com a ponta dos dedos, tirar a agulha ligeiramente da posição estável em que se encontrava. Liberar a agulha e observar o que ocorre.

4. Girar a placa de forma que a extremidade vermelha da bússola fique voltada para o norte geográfico mostrado na placa.

Ajustando o posicionamento da bússola e da rosa dos ventos.

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1. Porque a agulha tende sempre a se alinhar numa determinada posição?

_______________________________________________________________________

2. O que aconteceu com a agulha magnética quando se aproximou a extremidade do imã pintada de azul? Esse polo do imã é norte ou sul?

_______________________________________________________________________

3. Qual a polaridade magnética da extremidade do imã pintada de vermelho?

_______________________________________________________________________

4. Que polo magnético da bússola indica o norte geográfico?

_______________________________________________________________________

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PARTE III - Atração e repulsão magnética

OBJETIVO: Observar a repulsão entre polos de mesmo nome através de um amortecedor magnético.

67002023 1,00 UN SUPORTE PARA AMORTECEDOR MAGNETICO 32002003 5,00 UN IMA ANEL FERRITE Ø40 X 7MM C/ FURO 18MM

Montagem do “amortecedor magnético” para verificação experimental da ação dos polos magnéticos.

1. Encaixar no suporte um imã cilíndrico tipo anel com o norte magnético (face vermelha), voltada para cima.

2. A seguir encaixar outro imã com a face vermelha voltada para baixo. Observar o que ocorre.

3. A seguir, colocar outros ímãs de forma que as faces de cores iguais fiquem voltadas uma para a outra, até preencher todo o suporte.

1. Descrever o que foi observado durante a montagem sugerida.

_______________________________________________________________________

2. Descrever o comportamento magnético de polos iguais ao serem aproximados.

_______________________________________________________________________

3. Descrever o comportamento magnético de polos diferentes ao serem aproximados.

_______________________________________________________________________

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EXPERIMENTO 02 - LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO

OBJETIVO: Obter uma visualização das linhas de indução do campo magnético gerado por um imã em forma de barra.

67002016 1,00 UN MESA DE ACRILICO 20X20CM COM PES DE BORRACHA 32002008 4,00 UN IMA TIPO BARRA FERRITE CXLXA 25 X12 X4 MM 02003007 1,00 FR FERRO REDUZIDO A PO PA 0025G

Obtenção das linhas de indução do campo magnético de um imã.

ATENÇÃO: Aos realizar experimentos com imãs e limalha de ferro, SEMPRE usar a placa de acrílico para isolar os imãs da limalha. Os imãs não devem entrar em contato direto com a limalha de ferro.

1. Colocar a placa de acrílico sobre dois ímãs em forma de barras chatas unidos, dispostos horizontalmente.

2. Espalhar limalha de ferro sobre a placa acrílica de maneira uniforme e bem distribuída.

3. Para melhorar a visualização do espectro, realizar toques leves sobre a placa. Observar o espectro formado pelas limalhas.

4. Usar quatro imãs em forma de barra chata. Juntá-los dois a dois.

5. Posicionar os dois imãs de tal forma que dois polos diferentes fiquem voltados um para o outro e distantes  3cm, conforme mostra a figura.

Obtenção das linhas de indução do campo magnético de dois polos

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magnéticos.

6. Colocar sobre o conjunto a placa de acrílico e espalhar limalha de ferro sobre ela de forma bem distribuída (evitar que se forme montículos de limalha).

7. Realizar toques leves sobre a placa de acrílico e observar o espectro das linhas de indução do campo magnético obtido por meio deste arranjo.

8. Utilizar os diversos imãs para repetir os procedimentos com outros arranjos de posicionamento dos polos magnéticos.

1. Fazer um desenho mostrando os espectros das linhas de indução do campo magnético obtidos em cada configuração do experimento.

2. O que é que as linhas de indução indicam em cada ponto da região externa a dois polos magnéticos?

_______________________________________________________________________

3. Qual é o sentido das linhas de indução na região externa ao ímã?

_______________________________________________________________________

4. Porque as linhas obtidas no experimento não são denominadas de “linhas de força” do campo magnético?

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EXPERIMENTO 03 - PROCESSOS DE IMANTAÇÃO

OBJETIVO: Analisar os processos de imantação por indução, por contato e por atrito.

32002008 6,00 UN IMA TIPO BARRA FERRITE CXLXA 25 X12 X4 MM 32002002 4,00 UN IMA ANEL FERRITE Ø23 X 4.8MM C/ FURO 13MM 66005040 1,00 UN CORPO DE PROVA FERRO Ø1/2”X60MM

02003007 1,00 FR FERRO REDUZIDO A PO PA 0025G

67005013 1,00 UN CORPO DE PROVA DE COBRE ØXC 1/2''X60MM 67005012 1,00 UN CORPO DE PROVA DE ALUMINIO ØXC 1/2''X60MM XXXXXXXX 1,00 UN ESTILHETE (*)

(*) Não fornecido.

PARTE I - Magnetização por Indução.

Magnetizando por indução.

1. Espalhar um pouco de limalha sobre uma folha de papel e aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha e em seguida afastar, conforme mostra a figura. Observar o que acontece.

2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e aproximar (sem encostar) da outra extremidade da barra, os ímãs tipo anel. Observar o que ocorre.

3. Manter os imãs bem próximos da extremidade (sem encostar) da haste de ferro e afastar a barra de ferro aproximadamente 3 cm da limalha de ferro. Observar o que ocorre.

4. Repetir o procedimento anterior afastando apenas o imã. Verificar o que ocorre.

5. Repetir os procedimentos acima para a barra de alumínio.

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1. A barra de ferro sem a aproximação dos imãs se comporta como um imã?

_______________________________________________________________________

2. Explicar o fato de a barra de ferro atrair a limalha quando dela se aproxima os imãs.

_______________________________________________________________________

3. O campo magnético criado pela barra de ferro pode ser considerado intenso? Justificar.

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4. Explicar por que a barra de ferro perde a imantação quando o imã é retirado.

_______________________________________________________________________

5. Explicar porque a barra de alumínio não adquire imantação.

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PARTE II - Magnetização por Contato

1. Aproximar a extremidade a barra de ferro na limalha de ferro e em seguida afastar.

Observar se a limalha é atraída ou não pela barra.

Aproximando da limalha de ferro uma barra não imantada.

2. Manter a extremidade da barra de ferro próxima à limalha e encostar na outra extremidade os ímãs tipo anel.

3. Manter os imãs em contato com a extremidade da barra de ferro e afastá-la aproximadamente 3cm da limalha de ferro. Observar o que acontece.

O contato do imã torna a barra imantada.

4. Afastar o ímã da barra de ferro em pelo menos 10 cm e observar o que ocorre com a limalha.

5. Repetir os procedimentos usando agora uma barra de alumínio e de cobre e observar o que ocorre.

1. Descrever o que foi observado quando apenas a barra de ferro foi aproximada da limalha.

_______________________________________________________________________

2. Ao encostar o imã na barra houve atração da limalha de ferro? Justificar o fenômeno observado.

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3. Ao afastar o imã a barra de ferro continua se comportando como um imã? Descrever o que foi observado.

_______________________________________________________________________

4. Descrever o que foi observado quanto ao comportamento das barras de alumínio e de cobre.

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PARTE III - Magnetização por Atrito

1. Colocar a lâmina de um estilete em contato com a limalha de ferro. Observar o que ocorre. Pode-se também utilizar uma lâmina de barbear (de preferência sem uso).

2. Atritar, esfregando por cinco vezes ou mais a lâmina do estilete com um ímã, sempre no mesmo sentido. Depois disso, colocar em contato com a limalha de ferro. Observar o que acontece com a limalha de ferro.

1. Antes de ter siso atritada a lâmina exercia atração sobre a limalha?

_______________________________________________________________________

2. Descrever o que se observou sobre as propriedades magnéticas da lâmina após ter sido atritada com o imã.

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EXPERIMENTO 04 - CAMPO MAGNÉTICO GERADO POR CORRENTE ELÉTRICA

OBJETIVO: Verificar a existência e as características do campo magnético gerado por corrente elétrica em diferentes configurações.

67002024 1,00 UN SUPORTE COMPLETO PARA EXPERIENCIA DE ORSTED 67001027 1,00 UN SOLENOIDE DE 1 BOBINA

66001072 2,00 UN PILHA TAMANHO D (GRANDE) 66001005 1,00 UN CIRCUITO FONTE

55009010 1,00 PAR CABO DE LIGACAO COM 1.00M PRETO/VERMEHO BANANA/BANANA 60002001 1,00 UN BUSSOLA Ø40MMX15MM

67002005 1,00 UN BASE PARA BUSSOLA DIDATICA

67002001 2,00 UN AGULHA PARA BUSSOLA DIDATICA COM PINO

PARTE I – Campo produzido por um condutor retilíneo (Experiência de Oesrted)

Montagem para estudo da experiência de Oesrted.

1. Montar o equipamento conforme a figura.

2. Conectar os cabos de ligação de tal modo que, a corrente elétrica, circule no ramo superior do condutor acima da agulha magnética.

3. Girar o conjunto até que a agulha da bússola fique paralela ao condutor.

4. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica. Adotar como referência os pontos:

A - extremidade do condutor com o borne vermelho.

B – extremidade do condutor com o borne azul.

C – extremidade do condutor com o borne preto.

5. Observar que a agulha magnética se encontra alinhada com o campo magnético da Terra.

6. Ligar a fonte DC e observar o comportamento da agulha magnética.

A B

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1. Qual o sentido da corrente no condutor: de A para B ou de B para A?

_______________________________________________________________________

2. Descrever o que se observou com relação ao movimento da agulha magnética quando uma corrente elétrica passa a circular no condutor.

_______________________________________________________________________

3. Aplicar a regra da mão direita e identificar as características (direção e sentido do campo magnético gerado pela corrente elétrica que percorre o condutor). Usar a figura a seguir para ilustrar.

Condutor percorrido por corrente elétrica.

4. O movimento da agulha da bússola obedece ao que prevê a regra da mão direita?

_______________________________________________________________________

5. Desligar o condutor do borne vermelho e conectá-lo ao borne preto para que a corrente elétrica circule pelo ramo inferior, abaixo da agulha magnética. Repetir o procedimento anterior e descrever o que ocorre nessa nova situação.

_______________________________________________________________________

6. Inverter o sentido da corrente elétrica e observar o comportamento da agulha da bússola.

O movimento da agulha magnética foi o esperado?

_______________________________________________________________________

A B

I

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PARTE II - Campo Produzido por uma Espira

Obtenção do campo magnético produzido por uma espira.

1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, mantendo a chave desligada.

2. Posicionar a agulha magnética a  5,0 cm da espira do lado direito da espira considerando o sentido da corrente.

Posicionamento da agulha magnética paralela ao plano da espira 3. Girar a placa de acrílico até que a agulha magnética fique paralela à espira.

4. Ligar a chave da fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética.

5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento.

B

A

N

S I

espira

A

B

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1. A bobina se comportou como um imã? Justificar e esboçar uma figura explicativa.

_______________________________________________________________________

2. Inverter o sentido da corrente e repetir o procedimento. Qual o comportamento da agulha magnética?

_______________________________________________________________________

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PARTE III - Campo Produzido por uma Bobina Plana

Montagem para obtenção do campo magnético produzido por uma bobina plana.

1. Montar o equipamento conforme mostra a figura.

2. Posicionar a bússola a  5,0 cm da bobina.

3. Movimentar a placa de acrílico e a bússola de forma que a agulha magnética fique paralela às espiras da bobina.

4. Ligar a fonte e observar o que ocorre com a agulha magnética da bússola.

5. Posicionar a agulha no outro lado da espira e repetir o procedimento.

1. Descrever e esboçar na figura o que se observou a respeito do comportamento da agulha magnética.

____________________________________________________________

2. Comparar o campo magnético produzido pela bobina com o produzido pela espira circular.

_______________________________________________________________________

N

I S bobina

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EXPERIMENTO 05 – LINHAS DE INDUÇÃO DO CAMPO MAGNETICO GERADO POR UMA ESPIRA E POR UM SOLENOIDE

OBJETIVO: Visualizar o espectro das linhas de indução do campo magnético gerado por uma bobina circular e um solenóide percorridos por corrente elétrica.

Código Quant. Unid. Descrição

67001028 1,00 UN SOLENOIDE DE 3 BOBINAS 67001027 1,00 UN SOLENOIDE DE 1 BOBINA 66001072 2,00 UN PILHA TAMANHO D (GRANDE) 02003007 1,00 FR FERRO REDUZIDO A PO PA 0025G 66001005 1,00 UN CIRCUITO FONTE

55009010 1,00 PAR CABO DE LIGACAO COM 1.00M PRETO/VERMEHO BANANA/BANANA

PARTE I - Espectro do Campo Gerado numa Bobina Chata Circular

Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por uma bobina circular percorrida por corrente elétrica.

1. Montar o equipamento conforme figura.

2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa.

3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para melhorar a acomodação da limalha.

4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro.

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1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução de uma bobina chata obtidas na placa.

Visualização das linhas de indução na bobina chata.

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PARTE II - Espectro do Campo Gerado num Solenóide

Montagem para obtenção do espectro das linhas de indução do campo magnético produzido por um solenóide percorrida por corrente elétrica.

1. Montar o equipamento conforme figura, usando a placa de acrílico com o solenóide.

2. Espalhar cuidadosamente limalha de ferro sobre a placa de acrílico, de forma que a limalha fique igualmente distribuída na placa.

3. Ligar a bobina à fonte DC e bater levemente na placa de acrílico para uma boa acomodação da limalha.

4. Desligar a fonte e observar a configuração formada pela limalha de ferro.

1. Completar a figura a seguir, mostrando as linhas de indução do campo magnético de um solenóide.

Visualização das linhas de indução no solenóide.

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EXPERIMENTO 06 – AÇÃO DO CAMPO

MAGNÉTICO SOBRE A CORRENTE ELÉTRICA

OBJETIVOS:

 Analisar a ação do campo magnético sobre a corrente elétrica.

 Reconhecer as características da força gerada pelo campo.

 Aplicar corretamente a re3gra da mão direita espalmada

67002020 1,00 UN ROTOR DE FIO DE COBRE BOBINA MOTOR ELEMENTAR 66001072 2,00 UN PILHA TAMANHO D (GRANDE)

67002014 1,00 UN IMA EM FORMA DE U PARA FORCA MAGNETICA 67002013 2,00 UN HASTE PARA FORCA MAGNETICA

66001005 1,00 UN CIRCUITO FONTE

55009010 1,00 PAR CABO DE LIGACAO COM 1.00M PRETO/VERMEHO BANANA/BANANA 67002003 1,00 UN BASE DE ACRILICO MONTADA PARA FORCA MAGNETICA

67002002 1,00 UN BALANCO FORCA MAGNETICA

PARTE I - Força Magnética e a Regra da Mão Direita Espalmada

Montagem para observação da ação do campo magnético sobre um condutor e aplicação da regra da mão direita espalmada.

1. Montar o equipamento conforme mostra a figura, com o polo norte do imã (vermelho) para cima.

2. Identificar o sentido do campo magnético, para cima ou para baixo.

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3. Identificar o sentido convencional da corrente elétrica que circula no ramo horizontal do condutor em balanço no interior do campo magnético.

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4. Aplicar a regra da mão direita espalmada para identificar a direção e o sentido da força magnética.

Aplicando a regra da mão direita.

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5. Ligar a fonte DC e observar o comportamento do balanço. O experimento confirmou a regra da mão direita?

_______________________________________________________________________

6. Inverter o sentido da corrente, repetir os procedimentos e descrever o que foi observado.

_______________________________________________________________________

7. Girar o imã em forma de U para inverter o sentido do campo magnético, repetir os

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PARTE II - Funcionamento do Motor Elétrico

Ilustração da montagem do motor elétrico elementar.

1. Utilizar a mesma montagem da primeira parte.

2. Retirar o balanço de latão e colocar nos dois suportes circulares e entre os polos do ímã a bobina do motor elementar conforme mostra a figura.

3. Aplicar a regra da mão direita espalmada para determinar a direção e o sentido das forças que atuam nos ramos maiores da bobina do motor.

4. Completar a figura a seguir, mostrando as forças atuantes nos dois ramos maiores do rotor.

Espira percorrida por corrente elétrica e imersa num campo magnético.

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5. Ligar a fonte DC 3V e observar o movimento de rotação. (pode ser necessário dar um pequeno impulso inicial). O movimento do motor está de acordo com o que foi previsto com a aplicação da regra da mão direita espalmada?

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I I

N S

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EXPERIMENTO 07 – CORRENTE INDUZIDA POR VARIAÇÃO DE FLUXO MAGNÉTICO

OBJETIVO: Verificar o surgimento de corrente elétrica induzida numa bobina quando ela é atravessada por um fluxo magnético variável.

08009004 1,00 UN GALVANOMETRO DIDATICO -2mA A +2mA DC BOBINA MOVEL 67002011 1,00 UN CONJ DE IMAS COM CABO DE ALUMINIO

55009010 1,00 PAR CABO DE LIGACAO COM 1.00M PRETO/VERMEHO BANANA/BANANA 67001005 1,00 UN BOBINA CONJUGADA 200 - 400 - 600 ESPIRAS

A variação de fluxo magnético que atravessa uma bobina induz nela uma corrente.

1. Conectar o galvanômetro à bobina nos bornes para usar 200 espiras, conforme a figura.

2. Identificar o polo (N ou S) na extremidade do imã provido de cabo.

1. Movimentar o imã introduzindo-o no interior da bobina. Observar e descrever o que ocorre com o galvanômetro.

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2. O que acontece com o fluxo magnético que atravessa a bobina quando o imã é introduzido nela ?

_______________________________________________________________________

3. Manter o imã em repouso no interior da bobina e descrever o comportamento do ponteiro do galvanômetro.

_______________________________________________________________________

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4. Movimentar o imã retirando-o do interior da bobina e observar a indicação do galvanômetro.

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5. Utilizando uma bússola ou outro imã de polos definidos identificar a polaridade do imã indutor.

6. Aplicar a Lei de Lenz e identificar o sentido da corrente induzida na bobina com a aproximação do polo norte do imã.

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7. Identificar a polaridade do campo magnético originado pela corrente induzida na parte externa da bobina.

8. Justificar porque quando o imã permanece em repouso, não ocorre indicação de corrente induzida.

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9. Repetir os procedimentos com as bobinas de 400 e 600 espiras. Explicar o que ocorre de diferente com a deflexão do ponteiro do galvanômetro.

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