Campo magnético terrestre.

Vers. 1.1 2016/05/011
Biofísica
P10: Lei de Faraday
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1. Objectivos
•
Observação da produção de uma força eletromotriz induzida associada à variação de
fluxo de campo magnético
•
Identificação de várias formas de variação do fluxo de campo magnético
•
Medição de um campo magnético a partir de uma força eletromotriz induzida
•
Medição de um campo magnético por efeito de Hall
2. Introdução
O campo magnético pode ser visto do ponto de vista de um fluido (modelo
hidrodinâmico). Nesta aproximação o fluxo de campo magnético Φ através de uma secção
definida por um solenoide com área transversal A é dado por:
! !
Φ= B⋅ A
!
!
em que B é o vector campo magnético e A é o vector com um comprimento igual a A e
direção perpendicular à secção.
Segundo a lei de Faraday, qualquer variação de fluxo que ocorra irá induzir uma força
eletromotriz (diferença de potencial) V aos terminais do solenoide de acordo com:
V =−
dΦ
dt
O fluxo poderá variar no tempo de 3 formas diferentes:
•
B varia no tempo.
•
A varia no tempo.
!
!
O ângulo entre B e A varia no tempo.
•
Neste trabalho pretende-se medir um campo magnético estático, logo não é possível
variar B com o tempo.
Vamos optar por gerar uma força eletromotriz induzida variando de forma periódica o
!
!
ângulo entre B e A .
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Vers. 1.1 2016/05/011
Consideremos um solenoide de acordo com a figura 1. O solenoide irá rodar com
velocidade angular ω de forma que o eixo de rotação será perpendicular ao plano
horizontal.
Figura 1: solenoide em rotação
De acordo com a lei de Faraday:
V = −BA
d
(cos (ωt )) = BAω ⋅ sin (ωt )
dt
Ou seja, o potencial vai variar sinusoidalmente com uma amplitude BAω .
Se conhecermos a área e a velocidade angular de rotação e medirmos o potencial induzido
podemos inferir o campo magnético terrestre.
3. Actividade experimental
3.1 Material necessário
1 solenoide, 1 motor de velocidade controlável, amplificador, fios de ligação, crocodilos,
sensor de Hall de 3 eixos, arduino, computador, cronómetro.
3.2 Procedimento experimental
3.2.1 Campo magnético terrestre a partir de uma força eletromotriz induzida
- Meça a área do solenoide.
- Regule a velocidade de rotação do motor de forma reproduzível e meça a velocidade
angular de rotação.
- Ligue os terminais do solenoide a um osciloscópio.
- Desligue qualquer aparelho que produza um campo magnético.
- Meça a amplitude da força electromotriz induzida com o auxílio do osciloscópio.
3.2.2 Campo magnético terrestre segundo 3 componentes
- Meça o campo magnético terrestre com o sensor de Hall de 3 eixos ligado ao arduino.
Compare os valores de campo magnético medidos.
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