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3. Fundamentos teóricos
A bobina plana é girada num campo magnético
externo, de modo que uma tensão induzida pode
ser medida nas pontas das bobinas.
Para se obter um valor exato para a grandeza da
tensão induzida, as variáveis das quais a tensão
induzida depende devem ser conhecidas. Trata-se
aqui da força do campo magnético externo, da
velocidade com a qual as linhas do campo
magnético são atravessadas e da carga das
partículas carregadas que atravessam o campo
magnético. Estas 3 variáveis são interligadas pela
chamada "força de Lorenz":
r
r
r
=
⋅
×
F
q
v
B
Esta força age perpendicularmente ao campo B e na
direção do movimento das partículas carregadas.
Pela forma da bobina e as características do meio
no qual as partículas se movem, surge uma tensão
induzida nas pontas das escovas de cobre,
amplificada pelo número de espiras e que ode ser
medida por instrumentos de medição normais.
Para produzir um movimento regular, uma bobina
rotativa é ligada a um motor que gira lentamente. É
criado um campo magnético externo, constante na
sua força e direção, por meio de bobinas de
Helmholtz.
Os portadores de carga são elétrons livres nas
escovas de cobre cuja carga também é constante.
Através do movimento de rotação da bobina no
campo é produzida uma tensão alternada senoidal:
=
⋅
ω
U
U
sin
t
com
U
m
m
n = número de espiras da bobina
B = força do campo magnético
A = superfície da bobina
f = freqüência de rotação da bobina no campo
A e n podem ser determinados diretamente. B pode
ser
determinado
indiretamente
ordenação de Helmholtz. A freqüência de rotação
da bobina f pode ser ajustada por meio da
freqüência de rotação do motor e pode ser medida
por meio de uma barreira luminosa.
A tensão induzida pode ser determinada com um
osciloscópio ou com medidor de tensão com ponto
zero mediano.
Para movimentos de rotação muito lentos da bobina
plana, pode ser necessário um amplificador de
medição.
4. Utilizacão
•
Aparafusar firmemente o quadro rotativo com a
bobina plana e seus suportes nos apoios
perpendiculares das bobinas de Helmholtz, de
modo que a bobina plana possa ser girada no
=
⋅
⋅
⋅
ω
ω 2
=
π ⋅
n
A
B
e
através
meio do campo homogêneo das bobinas de
Helmholtz.
•
Executar primeiro uma experiência prévia e por
meio da manivela estimar a altura da tensão de
indução.
•
Depois, ligar o rolo de corda com o motor
usando a corda.
•
A experiência pode então ser executada com
essa montagem.
Para a execução das experiências são necessários os
seguintes aparelhos:
1 Aparelho de alim. AC/DC 0–20 V, 5 A U8521131
2 Multímetro Escola 10
1 Par de bobinas de Helmholtz
5.1 Indução de tensão em campos magnéticos
•
Colocar as bobinas de Helmholtz sobre a mesa
de trabalho e conecta-las em série com a
alimentação em corrente contínua passando
por um amperímetro.
•
Aparafusar firmemente o quadro rotativo com a
bobina plana e seus suportes nos apoios
perpendiculares das bobinas de Helmholtz, de
modo que a bobina plana possa ser girada no
meio do campo homogêneo das bobinas de
Helmholtz.
•
Ligar o voltímetro com ponto zero mediano
f ⋅
diretamente com a bobina plana.
•
Ajustar uma corrente de alimentação de
aproximadamente 1,5 A como alimentação para
as bobinas.
•
Acionar a manivela e observar os valores no
voltímetro.
•
Alterar a velocidade de rotação até que se atinja
da
um valor maior. A velocidade de rotação deve
ser baixa.
Para se alcançar uma velocidade de rotação
constante, recomenda-se proporcionar um motor de
rotação lenta para impulsar o quadro giratório (por
exemplo, motor de corrente contínua, 12 V
U8552330).
A evolução exata da tensão pode ser observada e
medida com a ajuda de um osciloscópio.
5.2. Determinação do campo terrestre a partir da
tensão de indução
Com a mesma montagem da experiência pode-se
também medir o campo magnético da Terra.
•
Instalar as bobinas de Helmholtz de modo que
o campo magnético das bobinas de Helmholtz e
o campo magnético da Terra estejam em
paralelo.
•
Girar a bobina plana e observar a tensão.
2
5. Exemplos de experiências
U8531160
U8481500
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