relatório de aula prática - estudo de magnetismo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

INSTITUTO DE FSICA

RELATRIO DE AULA PRTICA

ESTUDO DE MAGNETISMO

Laboratrio de Fsica 2

Josu Domingos da Silva Neto

Maria Tereza de Arajo

Engenharia do Petrleo

MACEI AL

2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

INSTITUTO DE FSICA

ESTUDO DE MAGNETISMO

Trabalho apresentado como requisito

para a avaliao parcial na matria de

Fsica Experimental, ministrada pela

Prof. Maria Tereza Arajo

MACEI AL

2014

SUMRIO

INTRODUO TERICA .......................................................................................................................... 4

Parte I: Materiais que so atrados por ms ................................................................................................. 6

Parte II: Os extremos de um m reto so marcados de formas diferentes ................................................... 8

Parte III: Estudo da Fora Magntica ......................................................................................................... 10

Parte IV: Fabricao de um m .................................................................................................................. 12

Parte VI: So mais fortes dois ms juntos do que um s? ......................................................................... 15

Parte VII: A forma do Campo Magntico ................................................................................................... 17

Parte VIII: Direo das linhas de Campo .................................................................................................... 19

Parte IX: Campo Magntico entre dois plos de mesmo sinal ................................................................... 21

Parte X: Campo Magntico entre dois polos de sinais diferentes ............................................................... 23

Parte XI: Campo Magntico da Terra ......................................................................................................... 25

CONCLUSO ............................................................................................................................................ 27

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................................................ 27

INTRODUO TERICA

Magnetismo o fenmeno de atrao ou repulso observado entre determinados corpos,

chamados ms, entre ms e certas substncias magnticas (como ferro, cobalto ou nquel) e

tambm entre ms e condutores que estejam conduzindo correntes eltricas. Todo m apresenta

duas regies distintas, em que a influncia magntica se manifesta com maior intensidade. Essas

regies so chamadas de polos do m. Esses polos possuem comportamentos diferentes na

presena de outros ms, e so denominados Norte (N) e Sul (S).

Tem-se a impresso de que os polos do m so idnticos, mas isso no verdade, pois,

suspendendo-se o m horizontalmente por um fio atado ao seu centro, verifica-se que, aps uma

srie de oscilaes, ele volta sempre mesma extremidade sensivelmente para o norte e a outra

para o sul. Denomina-se por isso polo norte a extremidade que se volta para o norte, e polo sul a

outra.

Atraes e Repulses

A diferente natureza dos polos de um m, j posta em evidncia devido sua orientao

particular, evidencia-se mais ainda quando se notam as aes que os polos de um m exercem

sobre os polos de outro m.

Aproximando-se do polo norte de um m o polo sul de outro m, nota-se uma atrao. A partir

da figura acima, podemos enunciar a lei da fora magntica: Polos da mesma natureza se

repelem e de naturezas diferentes se atraem.

CAMPO MAGNTICO

Assim como a fora gravitacional e a fora eltrica, a fora magntica uma interao

distncia, ou seja, no necessita de contato. Dessa forma, associamos aos fenmenos magnticos

a ideia de campo, assim como nos fenmenos eltricos. Consequentemente, dizemos que um m

gera no espao ao seu redor um campo que chamamos de Campo Magntico (B). O campo

magntico interage com outros ms, com as substncias magnticas e com correntes eltricas.

Linhas de Campo Magntico

Para se evidenciar a extenso de um campo magntico, espalha-se limalha de ferro em uma folha

de papel sob a qual se encontra um ou mais ms. Os pedacinhos de limalha de ferro dispem-se

segundo linhas curvas que ligam os polos norte e sul, chamadas linhas de campo ou linhas de

fora.

Por conveno, considera-se que, no campo exterior a um m, as linhas de campo saem pelo

polo norte e entram pelo polo sul do m.

Parte I: Materiais que so atrados por ms

a. OBJETIVO

Estudar se objetos de materiais distintos so atrados por um m e comprovar se os

extremos de cores diferentes de um m atuam da mesma forma sobre os objetos estudados.

b. MATERIAIS UTILIZADOS

m reto;

Conjunto de hastes com 50 mm de comprimento de materiais diversos;

Placa de Policarbonato.

Figura 1 Kit experimental utilizado no estudo do magnetismo

Fonte: Roteiro de experimentos

c. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Junto com o material disponibilizado na caixa de experimentos: Placa de policarbonato,

haste de plstico, haste de vidro, haste de grafite (carbono), haste de ferro e haste de alumnio;

recolhemos do material escolar uma borracha, moeda, clipe. Tocamos sucessivamente os objetos

listados na Tabela 1 com o extremo vermelho do m observando se so atrados ou no pelo m

assinalando na tabela. Repetiu-se o procedimento com o extremo verde do m.

d. RESULTADOS

Tabela 1 Objetos para comprovao das propriedades magnticas de materiais

distintos.

Objeto O objeto sofre atrao do

Extremo vermelho Extremo Verde

Placa de Policarbonato NO NO

Haste de Plstico NO NO

Haste de Vidro NO NO

Haste de Grafite NO NO

Haste de Ferro SIM SIM

Haste de Alumnio NO NO

Moeda SIM SIM

Clipe SIM SIM

Borracha NO NO

Com base na Tabela 1 verificamos que os materiais que foram atrados pelo m so

objetos que tem em sua composio ferros. A atrao decorre da interao entre o campo

magntico gerado pelo m com os tomos do objeto em questo. Os tomos do objeto analisado

com o campo magntico do m, criando seu prprio campo magntico, e os dois campos

interagem de forma atrativa ou repulsiva. Os materiais que no sofrem interao magnticos

chamamos de materiais diamagnticos.

Parte II: Os extremos de um m reto so marcados de formas diferentes

a. OBJETIVO

Determinar em que pontos de um m os objetos de ferro so atrados com maior fora.


Condutores e no condutores (conjunto de hastes com 50 mm de comprimento);

m reto (no colorido);

Arame de ferro;

Bssola;

Fio fino de algodo


Parte A: Verificao da fora magntica em diferentes pontos de um m

- Verificamos se uma haste de ferro atrada com a mesma fora em todos os seus pontos

pelo m. Anotamos o ocorrido.

- Prendemos um pedao de arame de ferro no m com o polegar conforme a Figura 2a. Em

seguida tentamos atrair com este arame, nesta posio do m, o maior nmero possvel de outros

pedaos de arame que consegir. Repetimos o procedimento em pontos distintos do m (Figura

2b) anotamos quantos pedaos de arame puderam ser atrados em cada uma das posies.

Figura 2 a) Arame de ferro preso ao centro do m. b) Posies de verificao da

magnetizao induzida em pontos distintos do m.


Parte B: Identificao dos polos de um m

- Amarramos o m retangular de ferrite ao meio por um fio fino de algodo (Figura 3).

Levantamos o conjunto e aguardamos at que pare de girar. Quando o movimento de rotao

parar, o m ir parar numa determinada orientao. Comparamos esta orientao com a da

agulha de uma bssola, marcamos com um lpis a extremidade do m que est apontando para o

Norte. Em seguida aproximamos o Norte do m do Norte da bssola. Descrevemos o ocorrido.

- Aproximamos alternadamente o extremo marcado e o no marcado do m bssola.

- Usando a bssola, determinados o polo norte do outro m e marcamos com um lpis

como na anteriormente.

Figura 3 Identificao dos polos de um mmediante alinhamento com campo

magntico terrestre


d. RESULTADOS

Na parte primeira parte do experimento, com o arame no ponto C no conseguimos atrair

nenhum dos pedaos de arame dispostos sobre a mesa. Ao mudarmos a posio do arame que se

encontra junto do m conseguimos atrair, respectivamente, no ponto B 2 arames, no ponto A

2 arames, no ponto D 2 arames e no ponto E 3 arames.

Na segunda parte do experimento quando o m para de se movimentar observamos que o

sistema composto por fio de algodo e bssola tem a mesma orientao indicada pela bssola.

Ao aproximarmos o Norte, anteriormente marcado, bssola percebemos que a agulha da

bssola sofreu deflexo se afastando do m. Da mesma forma, quando invertemos o lado do m

a agulha da bssola atrada pelo m. Repetimos o experimento com um m no marcado.

Atravs do efeito comprovado da deflexo ou no da agulha pudemos determinar o Norte/Sul do

m desconhecido.

Parte III: Estudo da Fora Magntica

a. OBJETIVO

Estudar se os objetos so atrados por um m mesmo quando no esto em contato.


Conjunto de hastes com 50 mm de comprimento;

Placa de policarbonato;

m;

Moeda;

Clipe;

Folha de papel ou carto

c. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Colocamos uma moeda sobre a mesa e aproximamos um m lentamente por cima da

moeda (Figura 4). Observamos o que ocorre com a moeda. Repetimos o experimento com o clipe

e a haste de ferro. Observamos depois que as foras magnticas tambm atuam a distncias de

vrios centmetros utilizando para isto o m e a bssola (figura 5). O passo seguinte foi observar

se a intensidade da fora magntica depende do objeto de ferro que atrado, para tal colocamos

a moeda sobre a placa de policarbonato e colocamos o m por baixo da placa (figura 6).

Observamos ento se o m se move ao delocarmos a placa com a moeda por sobre o m.

Repetimos o experimento com a haste de ferro sobre a placa. Por fim, avaliamos se a fora

magntica atravessa materiais no magnticos, para isso colocamos sobre a mesa os objetos

utilizados na Parte I e por cima deles a placa de policarbonato e aproximamos por cima um dos

polos do m. Trocamos a placa por uma folha de papel ou um carto e repita o experimento.

Figura 4 Aproximao do im sobre a moeda


Figura 5 Influncia do campo magntico sobre a bssola


Figura 6 Verificao da intensidade da fora magntica


d. RESULTADOS

Ao aproximarmos o m da moeda percebemos que ainda a uma certa distncia, 0,8 cm, a

moeda foi atrada. Da mesma forma ocorre com o clipe e a haste de ferro que foram atrados

respectivamente a 1,4cm cada. Em seguida, quando comeamos a aproximar o m da bssola

percebemos que quando a distncia entre os dois era de 32 cm a agulha da bssola, que um

metal imantado, comeou a se mover. Percebe-se que os ims atraem determinados materiais, os

materiais ferromagnticos. Dependendo da intensidade do im, isso no necessita ser feito

apenas a pequenas distncias, ou seja, as foras magnticas tambm atuam em distancias de

vrios centmetros.

Uma propriedade tambm interessante que as foras magnticas tambm podem atuar

atravs de objetos, por mais que esses no sejam ferromagnticos, percebemos isso ao analisar a

atrao da moeda com o im atravs da placa de policarbonato. O objeto que estava sendo

atrado at se deslocou, o que comprova a existncia de tal fora.

Ao mudarmos o material intermedirio de placa de policarbonato para folha de papel,

percebemos apenas um pouco mais de atrao devido a espessura do material.

Parte IV: Fabricao de um m

a. OBJETIVO

Produzir ms com arame e limalha de ferro. Desmagnetizar objetos.

b. MATERIAL UTILIZADO

m reto;

Arame de Ferro;

Salpicadeira com limalhas de ferros;

Bssola.

c. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Tomamos um pedao de arame no magnetizado e o m cilndrico. Passamos uma vez o

plo Norte do m de cima para baixo sobre o arame (Figura 7.a). Deseja-se comprovar agora se

o arame atrai outros pedaos de arame (7.b).

Figura 7 Processo de magnetizao de uma barra de ferro.


Em seguida averiguar com a bssola que plos so formados nos extremos do

arame de ferro (Figura 8).

Figura 8 Arame magnetizado na presena de uma bssola


Magnetizar o arame como no incio do experimento, passando um plo do m de

cima para baixo, pegar um pedao de arame com o extremo inferior do arame que foi

magnetizado. Aproximar muito lentamente o mesmo plo do m a aproximadamente 10 mm do

centro do arame magnetizado (figura 9). Observar o acontecido com o pequeno pedao de arame

que tinha sido atrado pelo arame magnetizado. Comprovar, finalmente, se agora o arame atrai

outros pequenos pedaos de arame.

Figura 9 Desmagnetizao por induo


Para desmagnetizar necessrio por outra vez em desordem os ms elementares.

Primeiro magnetize o arame como foi descrito anteriormente. Depois mova vrias vezes um plo

do m paralelo ao arame, no nicio bem prximo e depois v afastando cada vez mais (figura

10). Comprovar se o arame continua magnetizado.

Figura 10 Processo de desmagnetizao


Golpear vrias vezes, com o plo norte do m, a tampa da salpicadora com

limalhas de ferro na posio horizontal, figura 11.a. Deixar o m longe da bssola e aproximar a

salpicadora lateralmente bssola (figura 11b) e depois mova-a suavemente, observando a

bssola. Repetir o Procedimento com o plo sul do m. Agite a salpicadora e aproxime-a da

bssola observando o que acontece.

Figura 11 Magnetizao de Limalha de ferro


d. RESULTADOS

Aps passar o plo Norte do im de cima para baixo sobre o arame, este atraiu pedaos

menores de arame. Com o auxlio da bssola verificamos que a parte superior do arame tem o

Polo Norte, enquanto a inferior, Polo Sul.

Aps repetirmos o processo de imantao do arame e atrair pedaos menores de arame,

aproximamos lentamente o polo norte do m do arame imantado. Quando fazemos isso o

pequeno arame que houvera sido atraido cai pois o processo de imantao interrompido.

Em seguida, aps repetirmos mais uma oprocesso de imantao do arame, movemos

vrias vezes um plo do m paralelo ao arame, no nicio bem prximo e depois afastando cada

vez mais. Notamos que o arame de desmagnetizou. Isso decorre do fato de que os ms

elementares foram desorganizados. Comprovou-se que o arame um material paramagntico,

que na presena de um campo magntico, se alinhou, fazendo surgir dessa forma um m que

tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor do campo magntico em

um ponto qualquer.

Finalmente, ao aproximar a salpicadora da bssola notamos que a agulha da bssola

repelida, em contrapartida, quando golpeamos a salpicadora com o polo sul, a agulha da bssola

atrada.

Parte VI: So mais fortes dois ms juntos do que um s?

a. OBJETIVO

Observar o efeito da fora magntica sobre corpos em funo da unio de dois ms.


Haste de ferro;

Condutores e no condutores;

Bssola.

m;

Rgua.


Ponha sobre a mesa uma rgua, o m e uma haste de ferro conforme disposio indicada

na figura 12 abaixo. A haste de ferro deve ficar a uma distncia tal que no sofra influncia do

campo magntico do m. Aproxime lentamente o m da haste at o ponto em que se verificar a

iminncia de movimento da haste. Verifique e marque a posio do m em relao a haste.

Figura 12 Verificao da fora magntica com a distncia


Colocar dois ms juntos, de forma que estejam unidos por plos distintos (figura 13).

Repetir o procedimento 1 medindo novamente a distncia entre a haste e a borda do novo m,

quando a haste comea a rolar.

Figura 13 Verificao da fora magntica com a distncia para dois ms unidos por

plos diferentes


Colocar dois ms juntos, de forma que estejam unidos pelos mesmos plos (fitura 14).

Repetir o procedimento, medindo a distncia entre a haste e a borda no novo m, quando a haste

comea a rolar.

Figura 14 Verificao da fora magntica com a distncia para dois ms unidos por

plos iguais


d. RESULTADOS

No primeiro caso, com apenas um m, a haste comea a se mover quando o m est a

uma distncia de 1,4 cm. No caso seguinte, dois ims colocados juntos por plos diferentes, a

atrao ocorre quando o conjunto de ms est a uma distncia de 2,1 cm. E, por fim, o conjunto

formado pelos ms juntos por polos iguais comea a atrair a haste quando este est a uma

distncia de 0,7 cm. Ao colocar os ims com lados opostos juntos o campo magntico resultante

maior do que o de um im, ou seja, os campos se somam. J quando os polos iguais foram

colocados juntos o campo resultante menor do que o de um im, ou seja, os campos se anulam

sendo que s h alguma atrao pois os ims no so necessariamente iguais e a distncia deles

no a mesma para a haste.

Parte VII: A forma do Campo Magntico

a. OBJETIVO

Tornar visvel a forma do campo magntico de um m reto usando limalhas de ferro.



m reto;

Salpicadeira com limalha de ferro;

Folha de papel spero.


Colocar o m horizontalmente sobre a mesa e por cima dele a placa de policarbonato e

uma folha de papel conforme a figura 15.

Figura 15 Material para visualizao das linhas de campo magntico


Dando ligeiros golpes na salpicadeira, polvilhe uniformemente a limalha de ferro sobre o

papel at que se perceba uma certa ordem nas linhas formadas pelas limalhas.

d. RESULTADOS

Ao salpicar a limalha de ferro sobre o papel esta se arranja delineando o campo magntico e ns permitindo visualizar o seu formato nas diferentes posies de ims como requisitado no experimento. No arranjo apenas um im colocado e podemos notar pela figura 16 que as linhas de campo magntico vo de um polo ao outro e se distribuem de forma similar ao campo eltrico. Nas partes externas do im onde no h nenhum outro polo magntico prximo as linhas tendem a se espalhar.

Figura16

Parte VIII: Direo das linhas de Campo

a. OBJETIVO

Desenhar linhas de campo usando uma bssola e um m reto. Investigar a configurao espacial

de campo magntico usando um sensor de campo magntico.


m Reto;

Bssola;

Sensor de campo magntico.


Colocar o m reto centralizado em uma folha de papel e a bssola junto a uma quina de

um dos plos do m. Marque no papel as posies da parte clara e da parte escura da agulha da

bssola (figura 17).

Figura 17 Marcao da direo da agulha da bssola prxima a um m reto.


Deslocar a bssola de forma que o extremo mais claro da agulha magntica aponte

sempre para a marca, feita no papel, da antiga posio da parte escura da bssola. Marque

novamente a posio da parte escura da agulha. Repetir esse processo at que chegue ao outro

plo do m.

Repetir o procedimento anterior iniciando outras posies a fim de obter novas linhas de

campo. Obtidos os pontos, trace as linhas do campo magntico.

Seguindo com o experimento, mapeamos o campo magntico do m, para isso,

seguramos o m pelo meio e, movendo o sensor de campo magntico entre os plos,

investigamos as linhas de campo em torno do m (figura 18).

Figura 18 Mapeamento de um m com sensor de Campo Magntico


Verifique como se comporta o campo magntico na regio do equador do m.

d. RESULTADOS

Aps seguir as instrues acima temos um desenho que se aproxima do formato do

campo magntico(figura 19).

Figura 19

Perceba que no lado direito da imagem h um comportamento anormal das linhas de

campo, este fato ocorre devido a fatores externos, como uma corrente eltrica.

Quando passamos o sensor em volta do im nota-se que o comportamento dele

semelhante ao do representado na figura a cima, ao posiciona-lo no centro ele fica paralelo ao

im e quando colocado a cima ou a baixo do im ele aponta para o polo do prprio.

Parte IX: Campo Magntico entre dois plos de mesmo sinal

a. OBJETIVO

Estudar com limalhas de ferro e com o sensor de campo magntico a forma de um campo

entre dois plos de mesmo sinal.


m reto;



Sensor de campo magntico;

Folha de papel.


Colocar dois ms com polaridades iguais frente a frente sobre uma mesa a uma distncia

de 50 mm um do outro, conforme a figura 20.

Figura 20 ms dispostos frente a frente com o mesmo polo


Colocar a placa de policarbonato sobre os ms e uma folha de papel sobre a placa,

polvilhe a limalha de ferro sobre o papel at que as linhas de campo se tornem visveis.

Verificar com o sensor magntico a confiurao do campo magntico entre os dois ms

na situao descrita anteriormente (Figura 21).

Figura 21 Averiguao do campo magntico entre dois ms de mesma polaridade frente a

frente


d. RESULTADOS

Neste arranjo temos ims com seus polos iguais prximos. Entre os ims as linhas de

campo no se repelem criando no centro do espao entre os ims uma zona onde o campo

magntico nulo, visto que campos opostos se anulam (Figura 22). Novamente entre os polos do

prprio im se comportam como na anteriormente visto.

Figura 22

Parte X: Campo Magntico entre dois polos de sinais diferentes

a. OBJETIVO

Estudar com limalhas de ferro e com o sensor de campo magntico a forma de um campo

entre dois plos de sinais diferentes.


m reto;




Folha de papel.


Colocar dois ms com polaridades diferentes frente a frente sobre uma mesa a uma

distncia de 50 mm um do outro, conforme a figura 23.

Figura 23 ms dispostos frente a frente com o polos opostos


Colocar a placa de policarbonato sobre os ms e uma folha de papel sobre a placa,

polvilhe a limalha de ferro sobre o papel at que as linhas de campo se tornem visveis.

Verificar com o sensor magntico a confiurao do campo magntico entre os dois ms

na situao descrita anteriormente (Figura 24).

Figura 24 Averiguao do campo magntico entre dois ms de polaridade diferente frente a

frente


d. RESULTADOS

Neste arranjo temos dois ims opostos de forma que seus plos opostos estejam prximos

formando entre eles linhas de campo com comportamento similar ao im nico, onde as linhas se

encontram ligando um polo ao outro (figura 25). O comportamento das linhas entre polos do

mesmo im permanece o mesmo.

Figura 25

Parte XI: Campo Magntico da Terra

a. OBJETIVO

Averiguar a trajetria das linhas de campo sobre a superfcie da esfera terrestre.


m reto;

Bssola;

Esfera de madeira simulando a Terra;



Introduzir o m cilndrico na esfera de madeira, com sua parte verde indicando o plo

norte. Procurar no fazer movimentos bruscos, pois o m est se sustentando apelas pela fora

magnetica dos pequenos anis de ferro da esfera. Deslocar o sensor de campo magnetico sobre a

superfcie da esfera e determinar em que pontos dela tm plos magnticos. Averiguar de que

polos se tratam.

Deslocar o sensor desde um plo da esfera terrestre at o outro plo, passando pelo

equador e votlando ao ponto de partida. Observar como est variando a posio do sensor.

Repetir vrias vezes este procedimento, tambm a distncias maiores e formular uma ideia da

trajetria das linhas de campo sobre a esfera terrestre.

Averiguar a posio tomada pelo m do sensor sobre os plos da esfera e finalmente

sobre o equador.

d. RESULTADOS

Quando passamos o sensor em volta do im nota-se que o comportamento dele bem

semelhante ao do im na esfera, ao posiciona-lo no equador ele fica paralelo ao im e quando

colocado a cima ou a baixo do im ele aponta para o polo do prprio, assemelhando-se ao campo

magntico da terra. O sensor identificou linhas conforme a figura26.

Figura 26

CONCLUSO

O experimento permitiu observaes prticas em relao ao magnetismo, campos

magntifos etc permitindo entender inclusive a disposio do campo magntico terrestre.

Observou-se que um m definido como um objeto capaz de provocar um campo

magntico sua volta e pode ser natural ou artificial. Existem os ms permanentes, que so

feitos de material capaz de manter as propriedades magnticas mesmo aps cessar o processo de

imantao, estes materiais so chamados de ferromagnticos. Existem os ms temporrios, que

tem propriedades magnticas apenas enquanto se encontra sob ao de outro campo magntico,

os materiais que possibilitam este tipo de processo so chamados paramagnticos.

Os plos magnticos so as regies onde se intensificam as aes magnticas. Um m

composto por dois polos magnticos, norte e sul, normalmente localizados em suas

extremidades, exceto quando estas no existirem. Os ms exercem foras de atrao e repulso,

opostos se atraem. Observou-se inseparabilidade dos plos magnticos. Observou-se nitidamente

o campo magntico, sua forma, sua interao.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER J., Fundamentos da Fsica: Eletromagnetismo. 6

edio. Rio de Janeiro: 2003, ABDR. p. 147, 151

[2] UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS. Instituto de Fsica. Roteiros para Laboratrio

de Fsica 2.

relatório de aula prática - estudo de magnetismo

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