sequência didática através da experi- mentação … dos casais. além das utilizações,...
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Sequência Didática
através da Experi-
mentação para o Es-
tudo do Eletromagne-
tismo
Professor Dr. Petrúcio Barrozo da
Silva
Professor Walter Prado de Carva-
lho Neto
Apoio:
1
Sumário
Uma breve história sobre o Magnetismo, 02
Propriedades Magnéticas, 04
Simuladores, 05
Simulador: Laboratório de Faraday, 05
Primeira aba: ímã em barra 06
Segunda aba: solenoide, 07
Terceira aba: eletroímã, 07
Quarta aba: Transformador, 09
Quinta aba: Gerador, 09
Simulador: A regra da mão direita, 09
Experiências, 11
Ímãs com bússola, 11
Como fazer limalha de ferro em pó, 12
Visualizando as linhas do campo magnético, 12
Globo Magnetizado, 13
Como construir um solenoide, 14
Solenoide, 15
Eletroímã, 17
Como calcular o campo magnético produzido pelo eletroímã?, 17
Mini gerador de Tesla, 18
Transformador, 20
Gerador de energia elétrica, 21
ANEXO I: Conceitos básicos sobre a eletricidade, 24
ANEXO II: Tabela AWG, 31
ANEXO III: Configurar celular android para gerar tela no computador, 32
Referências Bibliográficas, 35
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Uma Breve História sobre o Magnetismo
Nossa Jornada com o magnetismo começa
na Grécia antiga por volta do século VII com um
minério escuro que “magicamente” atraia o ferro.
Esse estranho minério fora encontrado na
província de Magnésia, daí o nome do
magnetismo. Hoje sabemos que o minério se trata
da magnetita ou minério de ferro, cuja capacidade
de atração atiçou a curiosidade na tentativa de
desvendar seus mistérios. Várias utilizações
foram dadas à magnetita como por exemplo, na
cura de doenças, incluindo doenças do coração. Na
Idade Média, utilizada para aumentar a
elegância, o charme além de estabelecer a alegria
conjugal dos casais. Além das utilizações, surgiram histórias de marinheiros que
afirmavam o naufrágio de barcos por conta de montanhas de magnetita que
arrancavam os pregos do casco. Dentre as histórias e utilizações, uma foi de grande
importância para o homem nas grandes navegações: A invenção da bússola.
Construída, não da forma que conhecemos, pelos chineses no século I A.c. e levado
para a Europa na Idade Média.
Entre os séculos XIII e XIV, Flávio Gióia, um marinheiro da província de
Amalfi na Itália, reuniu um simples metal imantando a já conhecida rosa dos ventos,
construindo uma versão mais próxima da bússola que conhecemos hoje.
Diferentemente da bússola chinesa que apontava para o Sul, a bússola de Flávio
apontava para o Norte.
Figura 1- A magnetita. Uma rocha
descoberta na cidade de Magnésia na
Grécia antiga com poderes 'mágicos".
Figura 2- A Esquerda: a Bússola chinesa conhecida como Si Nan. A
base representa a Terra, a circunferência representa o céu, a concha
representava a constelação de Ursa Maior e o cabo apontava para o
Sul. A Direita: Bússola do século XVI utilizada nas grandes
navegações. Feita pela junção de uma agulha imantada e a rosa do
ventos. Ao contrário da bússola chinesa, esta bússola apontava para o
norte geográfico da Terra.
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Em 1600, o físico e médico inglês Willian Gilbert
publica o seu livro De Magnete, Magneticisque
Corporibus, et de Magno Magnete Tellure ou Os ímãs,
os corpos magnéticos e o grande ímã Terrestre. As
primeiras observações mostram que um ferro quente e
malhado gera propriedades magnéticas. Gilbert
também percebe que se colocarmos uma agulha
imantada flutuando em um copo com água, a agulha
irá se inclinar e apontará para a Terra que segundo
Gilbert a Terra teria uma “alma magnética”. Com suas
observações, Gilbert enunciou propriedades
fundamentais e foi o primeiro a propor que a Terra era
um grande ímã. Seu modelo foi batizado de Terrella.
Um experimento onde uma pequena esfera
magnetizada é usada para representar a Terra, que 300
anos mais tarde foi desenvolvida pelo norueguês
Kristian Birkeland ao fazer investigações sobre a
aurora.
Em 1785, o físico francês Charles-
Augustin de Coulomb, através das leis de
atração e repulsão de polos inversos,
percebeu que cargas elétricas em repouso
possuíam características comuns também
aos polos magnéticos.
As grandes mudanças do
magnetismo vieram em 1819, com o
professor dinamarquês Hans Christian
Oersted que conseguiu provar
experimentalmente relações entre a
eletricidade, particularmente da corrente
elétrica, e o magnetismo.
Anos mais tarde os cientistas
Joseph Henry e Michael Faraday, de
maneira independente, descobrem a
indução eletromagnética, efeito no qual o
magnetismo, por conta da mudança de
fluxo magnético é capaz de gerar tensão
elétrica e assim corrente elétrica.
Com o surgimento das expressões
matemáticas elaboradas pelo
britânico James Clerk Maxwell, as leis da
eletricidade e do magnetismo foram
unificadas, passando o magnetismo a ser considerado uma manifestação de cargas
elétricas em movimento.
A partir de então, tornam-se possível a invenção de diversos instrumentos
como o motor elétrico, cartões magnéticos, geração de energia através das usinas
Figura 3- Livro De Magnete,
Magneticisque Corporibus, et de
Magno Magnete Tellure ou Os
ímãs, os corpos magnéticos e o
grande ímã Terrestre de William
Gilbert.
Você Sabia?
A Aurora Boreal é o resultado da colisão de
partículas de vento solar com o campo
magnético da Terra, fenômeno visto nos céus
do norte do planeta Terra. A região mais
comum onde mais ocorre a Aurora Boreal é
na Laponia, com cerca de 200 dias por ano. Os
asiáticos acreditam que pessoas que
conseguem ver uma Aurora Boreal vivem
felizes para sempre e têm mais fertilidade.
Fonte:
http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/auro
ra-boreal.html
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hidroelétricas, ondas eletromagnéticas de rádio e tv, aparelhos celulares entre
outros.
Propriedades Magnéticas
Agora vamos conhecer algumas das propriedades magnéticas fundamentais
vistas nos ímãs. A melhor maneira de conhecermos tais propriedades é usando um
ímã. Então pegue dois imãs e veja o que acontece quando colocarmos um lado e depois
o outro lado de um dos imãs. Consegue sentir a atração e a repulsão desses imãs?
Pois aí está a primeira propriedade importante para o magnetismo. Polos opostos
(extremidades de um imã) atraem-se. Polos de mesmo sinal repelem-se.
No magnetismo existe a seguinte convenção: a parte positiva do ímã é
conhecida como Norte e o polo negativo como Sul.
Figura 4 - Atração e Repulsão dos ímãs. Polos iguais se repelem; polos contrários se atraem.
Pergunta
Como vamos saber qual é o polo Norte e Sul de um ímã? Pense numa maneira,
descreva abaixo, e coloque de canetinha os Símbolos “N” para Norte e “S” para Sul
nos ímãs que você está trabalhando.
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A segunda propriedade também é muito simples de analisar. Pegue um ímã e
divida-o ao meio. Você irá observar que não surgiu dois pedaços, um sendo Norte e
outro Sul. Na verdade o que surgem são dois novos ímãs. Se continuar a dividir o
ímã, novos imãs menores irão surgir. Isso nos remete a seguinte ideia: Na natureza
não existem monopolos magnéticos (até agora não foram encontrados), ou seja, não
existe na natureza um polo Norte ou Sul Separados. Sempre encontraremos sistemas
com dipolos (polos Norte e Sul) os materiais magnéticos. Essa Propriedade é
conhecida como inseparabilidade magnética.
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Figura 5 - Propriedade da Inseparabilidade Magnética. Um ímã dividido formará sempre dois novos
ímãs.
Agora pensemos na Terra. Sabemos que a bússola sempre aponta sempre
para o polo Norte da Terra. O que isso significa? Se você pensou que o motivo é que
no polo Norte da Terra deve ser o polo Sul magnético da mesma, você está certíssimo.
Em consequência, o polo Sul da Terra é o polo Norte magnético da mesma. Os polos
da Terra chamaremos de geográficos para não os confundir com seus polos
magnéticos.
Simuladores
Nessa seção iremos mostrar os procedimentos de utilização de um simulado
disponível no site phet colorado denominado "laboratório de Faraday”. O simulador
contem 5 abas para serem trabalhadas que serão detalhadamente mostrados
procedimentos para o uso do simulador, além de questões para gerar debates e
recolher conceitos essenciais ao magnetismo. Por fim será mostrado outros
simuladores disponíveis para android.
Simulador: Laboratório de Faraday
Objetivo: Mostrar de forma investigativa os passos necessários para entender os
conceitos do eletromagnetismo estudado por Faraday.
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Figura 6- Tela do simulador "gerador" que será usado para observar fenômenos eletromagnéticos.
Primeira aba: Ímã em Barra
Procedimentos:
1) Abra a primeira aba intitulada ímã em barra. Movimente livremente a barra
do imã e observe a bússola. Repare que a bússola alinha-se de acordo com a
barra sempre com o polo oposto. Esse efeito também é reparado se
movimentarmos a bússola em relação a barra. Experimente.
2) Clique no botão “Inverter polaridade” e observe a bússola.
3) Afaste o imã para uma extremidade e deixe a bússola na extremidade oposta.
Observe as linhas de campo magnético (representada por pequenos ímãs ao
fundo do experimento).
4) Na barra de intensidade aumente a intensidade do campo e observe as linhas.
Modifique à vontade a intensidade do campo magnético e observe sempre as
linhas do campo magnético. Se preferir ande com o ímã para que sua
observação fique mais clara.
5) Ponha o ímã novamente na extremidade oposta e clique no quadrado “mostrar
medidor de campo” e arraste o alvo medidor do ímã até a bússola e observe os
valores. O quadrado “B” representa o campo magnético resultante. Os
quadrados “Bx” e “By”, representam o campo magnéticos nos eixos x e y. com
base nessa experimentação registre o que foi observado. Enuncie então a
segunda informação adquirida sobre o campo.
6) Vamos verificar se podemos visualizar o formato da interação entre as linhas
de campo. Para isso, coloque o ímã no centro, clique no quadrado “Ver dentro
do ímã” e desabilite os quadrados “Mostrar bússola” e “Mostrar medidor de
campo”. Observe agora as linhas saindo de um polo e indo em direção ao outro.
Clique em “inverter polaridade” e observe novamente.
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7) Finalizando as análises nesta aba, clique novamente no quadrado “Mostrar
medidor de campo” e arraste o alvo lentamente de um polo do ímã para o outro
extremo. Após faça o caminho inverso.
Pergunta: Reflita e responda: Existe uma relação entre a distância e as linhas
do campo magnético? Caso exista justifique sua resposta.
Segunda Aba: Solenoide
Procedimentos:
1) Arraste a lâmpada acoplada ao solenoide para o centro e no quadro
“Solenoide”, no quadrado “espiras” coloque apenas uma espira. Passe
lentamente sem parar o ímã de um lado a outro da tela.
2) Repita mesma operação modificando o quadrado “espiras” para duas e três
espiras.
3) Mantenha agora o ímã no centro e arraste a lâmpada com o solenoide de uma
extremidade a outra.
4) Volte a colocar o solenoide no centro. Mantendo qualquer quantidade de
espiras. Passe o ímã de um lado a outro da tela sempre parando por poucos
segundos e observe a lâmpada. Repita os mesmos procedimentos anteriores,
porém aumente a velocidade em que arrasta o ímã.
5) Varie a intensidade do campo magnético na régua de intensidade ou digite no
quadrado alguns valores. Repita os passos anteriores.
6) No quadro solenoide, modifique o indicador para o voltímetro, repita os passos
já mencionados e observe a movimentação do ponteiro do voltímetro.
7) Em seguida clique em “Inverter polaridade” e refaça os passos anteriores.
Registre o que foi observado.
Pergunta: O que é necessário para o surgimento de uma corrente elétrica em um
solenoide?
Pergunta: Indique os fatores que podem aumentar a intensidade da corrente induzida.
Terceira Aba: Eletroímã
Procedimentos:
1) Arraste o solenoide com a pilha de um lado para outro ou a bússola e observe
a movimentação da agulha da bússola.
2) Coloque o eletroímã numa extremidade e a bússola na extremidade oposta.
No quadrado “espiras” modifique as espiras, começando por uma, até chegar
ao valor máximo de quatro. Em seguida, clique no quadro “Mostrar medidor
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de campo”, arraste o alvo do eletroímã para a bússola sempre variando a
quantidade de espiras.
3) Coloque o alvo do medidor no centro das espiras. Varie a quantidade de
espiras e verifique o valor do campo magnético resultante. Se prestar
bastante atenção, existe um botão dentro da pilha.
Figura 7- Simulador aba do eletroímã. Observe o botão na pilha para variar a voltagem.
4) Modifique os valores de voltagem da pilha mantendo o medidor de campo fixo
no solenoide. Clique no botão “Reiniciar tudo?”. Na parte superior troque a
fonte DC para a fonte AC. Fonte DC significa que a corrente possui um valor
constante. Fonte AC significa que a corrente varia seus valores de máximo
passando pelo zero, até o mínimo, retornando ao seu ciclo. Duas grandezas
são importantes para uma fonte AC, a sua intensidade e a frequência em que
a corrente irá alternar o seu valor.
5) Após modificar a fonte de corrente, aperte o botão “play” e observe o que
acontece com as linhas de indução e a bússola.
6) Aperte o botão “pause” e em seguida aperte o botão a direita de passo a passo
e analise o fenômeno. No eixo “x” do gráfico de corrente alternada encontra-
se um botão para variar a frequência da corrente. Varie a frequência,
mantendo a intensidade fixa. Afaste a fonte AC da bússola colocando-o na
extremidade oposta. Mantenha o valor de frequência próxima da metade e
fixe-a neste valor.
7) Varie a intensidade de corrente e observe o que modificou. Fique variando os
valores de frequência.
Pergunta: Existem semelhanças neste experimento com o eletroímã e o
experimento com ímã em barra? Demonstre os fatores que apontam a sua
resposta.
Pergunta: Explique qual é a relação entre a frequência e a intensidade da
corrente no surgimento de corrente induzida.
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Quarta Aba: Transformador
Perceba que na quarta aba iremos repetir o experimento da segunda aba. Na verdade
a quarta aba mostra a união do que foi aprendido na segunda e terceira abas. Se
preferir faça os testes já descritos nas abas anteriores para constatar os mesmos
resultados.
Procedimentos:
Vamos trabalhar com um novo conceito que pode ser observado aqui.
1) Troque a fonte de corrente para AC e varie a frequência e a intensidade de
corrente.
2) Coloque intensidades pequena, média e máxima para a corrente elétrica,
mantendo estas intensidades invariáveis e varie a frequência da fonte.
3) Mantenha a frequências invariáveis em valores de pequena, média e máxima
frequência e varie a intensidade da corrente da fonte.
Quinta Aba: Gerador
Na última aba teremos uma aplicação prática de tudo que foi analisado até agora.
Procedimentos:
1) Clique no quadrado “Mostrar campo”. Abra a torneira variando o botão que consta dentro
do desenho. Varie a quantidade de espiras e o fluxo de água. Nesta aba poderemos
enxergar melhor uma grandeza presente nos outros experimentos, porém pouco
perceptível sua influência.
2) Clique no botão “Reiniciar tudo?”, coloque um valor intermediário de fluxo de água. As
rotações por minuto mostrada no centro da roda irão mostrar valores mais intermediários.
No quadro “solenoide” troque o indicador pelo de tensão e no quadro “ímã em barra”
deixe um valor de médio a pequeno de “intensidade”.
3) Aperte o botão “play” e modifique a área da espira, numa chave mais abaixo da
simulação. Se preferir utilize o botão de passo a passo para melhor observar.
4) Para finalizar, clique no botão “Reiniciar tudo?”. Sem ligar na torneira, varie o botão de
“intensidade” da esquerda para a direita, faça essa ação cada vez mais rapidamente.
Simulador: A regra da Mão direita
Objetivo: Mostrar a aplicação da regra da mão direita em um condutor reto.
Este simulador está disponível no applet ‘física na escola”, disponível para Android.
O uso é destacado apenas para Android por ser uma ferramenta facilmente inserida
no computador, logo podendo ser reproduzida em projetores. O método de
transferência está disponível no anexo III.
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Procedimentos:
1) Abra o applet, na parte número X, aperte o botão play em verde para abrir a
simulação. Aparecerá a seguinte tela:
Figura 8- Visão inicial do simulador da regra da mão direita.
2) No botão localizado na parte inferior a esquerda, inverta o sentido da corrente
elétrica. A mão será modificada mostrado que o polegar indica o sentido da
corrente elétrica. Perceba que a unhas da mão estão pintadas. Vermelha para
a corrente elétrica e azul para as linhas do campo magnético.
Figura 9- Visão do applet. Mostrando a mudança do sentido da corrente elétrica.
3) Movimente a manivela localizada no centro do applet para verificar a
orientação das linhas de campo magnético através da bússola.
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4) Com base nisso, enuncie a regra da mão direita: “seu polegar representa o
sentido do campo e o giro dos seus demais dedos representam a distribuição
das linhas do campo magnético”.
5) Varie as imagens vistas no applet clicando no botão azul no canto superior
esquerdo. Com as demais imagens, reforce a regra da mão direita.
6) Na Seção experimentos deste trabalho, peça para os alunos mostrarem a
regra da mão direita para o solenoide.
Experiências
Nesta parte do trabalho veremos experimentos reais e procedimentos de como
adquirir materiais para os experimentos além de procedimentos para aproveitar ao
máximo a experiência.
Experiência: Imãs com Bússola
Objetivo: Mostrar a interação do imãs com a bússola dispondo as bússolas e imãs
em posições e formas diferentes.
Materiais Necessários: Imãs e bússolas.
No experimento relacionado foram utilizados 4 ímãs em barra de duas cores
vermelho e azul e 4 bússolas. Cuidado ao armazenar as bússolas e o ímãs, se deixá-
los próximos, a agulha magnética da bússola irá magnetizar a partir das linhas dos
campos dos imãs próximos, perdendo a real direção e deixando o experimento com
resultados errados, sendo necessária a troca das bússolas. O ideal é guardar as
bússolas em outro local longe dos ímãs e de aparelhos elétricos.
A aquisição dos ímãs são importantes pois estes irão acompanhar em vários outros
experimentos diminuindo os custos para os próximos. Os ímãs foram adquiridos pela
internet através do site “imashop”, por não ter encontrado em minha região.
Procedimentos:
1) Ponha um dos imãs no centro e bússolas ao redor do ímã em forma de cruz.
Veja para onde as agulhas apontam.
2) Gire o ímã de modo que a polaridade inverta. Observe o comportamento das
agulhas.
3) Tente fazer um esboço de como seriam as linhas do campo magnético a partir
das observações do itens “1” e “2”.
4) Com os imãs, forme figuras diferentes como triângulo, quadrado, cruz e
observe percorra com as bússolas ao redor para tentar visualizar o resultado
da unificação das linhas do campo magnético.
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Como Fazer Limalha de Ferro em pó
Figura 10 – Como fazer limalha de ferro em pó. Fonte:
http://www.abq.org.br/cbq/2013/trabalhos/13/1836-13631.html. Acessado em 05/12/2016 às
16h04.
Materiais Necessários: Uma bacia de preferência velha; palha de aço; isqueiro;
luvas.
Procedimentos:
1) Coloque a palha de aço na bacia e abra o rolos de palha de aço para que possa
queimar mais facilmente. Procure usar luvas para não machucar os dedos.
2) Com o isqueiro, queime a palha de aço. Precisará queimar várias vezes para
que se tenha o melhor resultado, mesmo que palha esteja escura. Procure
fazer este processo em um local aberto pois o cheiro é forte e desagradável.
3) Esfregue a palha de aço para deixar cair o pó na bacia. Separe os pedaços
grandes e tente esfregar e queimar novamente para que caia mais pó.
4) Existe um outra maneira de adquirir a limalha de ferro usando uma Lima
chata para lixar metais e pregos. O processo é apenas ir lixando os pregos
para liberar o pó de limalha de ferro. A depender da lima podemos ter o
mesmo resultado, porém mais trabalhoso.
Experiência: Visualizando Linhas do Campo Magnético
Figura 7- Linhas do campo Magnético. Linhas de campo formadas por um ímã colocado em cima de
um recipiente transparente com limalha de ferro.
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Objetivo: Observar o comportamento das linhas do campo magnético em diferentes
arranjos e prever seu comportamento em arranjos não vistos.
Materiais Necessários: Dois Imãs; Limalha de ferro em pó; Recipiente para
analisar as linhas; Saleiro; Palitos de picolé.
Em testes foram utilizados como recipiente uma folha de papel tipo cartão dobrado
ao meio e palitos de picolé, que serviram como bases de sustentação do papel. Outra
sugestão seja utilizar qualquer recipiente disponível que possua bordas e não seja
funda, como tampas de potes de sorvete. Utilize um saco plástico em volta do imã
para puxar a limalha de ferro após o experimento e devolver ao recipiente onde está
guardado.
Procedimentos:
1) Com o ímã em baixo do recipiente, coloque gradativamente a limalha de ferro
com o auxílio do saleiro e observe a formação das linhas de campo magnético.
2) Coloque os dois ímãs com os polos Norte e Sul próximos. Para melhor
visualização coloque palitos de picolé entre os imãs e evitar a atração dos
mesmos. Observe como foi organizada as linhas de indução.
3) Disponha os ímãs os dois polos Norte próximos e em seguida os dois polos Sul.
Utilize os palitos de picolé para deixar os ímãs alinhados e não deixá-los
escapar. Uma sugestão é aproveitar as próprias caixas dos ímãs e adicionar
pedras ou areia ou qualquer material que deixe a caixa mais pesada para
segurar os palitos. Observe as linhas do campo.
4) Se possível a cada visualização tire uma foto e discuta em sala sobre os
resultados obtidos.
Experiência: Globo Magnetizado
Figura 8- Experimento globo magnetizado. À esquerda bússola com sul magnético apontado para o
sul geográfico da Terra. À direita o norte magnético da bússola aponta para o norte geográfico.
Objetivo: Levar o aluno a deduzir como seriam as linhas de campo magnético
terrestre.
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Materiais Necessários: Imã em barra; Imãs de Neodímio de 5 mm; Globo
Terrestre; Duas bússolas.
A quantidade de imãs que serão utilizados depende do diâmetro do globo.
Normalmente os globos possuem um furo onde está apoiada sua base ou podem ser
divididos em duas metades. No caso do globo utilizado como mostra a figura abaixo,
existe um furo no eixo da base. Com isso basta unir os ímãs formando uma barra
única e colocando de uma ponta a outra do globo com o Sul voltado para o polo Norte
do globo e por fim tapar a saída com fita isolante. Se o Globo for partido ao meio, uma
sugestão é prender um ímã em barra a um palito de picolé, posicionando seu polo Sul
para o polo Norte.
Figura 9-Globo terrestre pequeno com abertura no fundo de seu eixo. Nessa abertura colocamos os
ímãs e prendemos com fita isolante preta.
Procedimentos:
1) Com as duas bússolas, uma de frente para a outra, posicione um imã entre
elas e observe seu comportamento. Nesta etapa vale a pena lembrar o
princípio de atração e repulsão proposto por Coulomb para corpos magnéticos.
2) Inverta a polaridade do ímã e observe o resultado com a bússola.
3) Aproxime a bússola no polo Norte da Terra e observe o resultado da bússola.
Em seguida aproxime junto ao polo sul da Terra e observe o resultado da
bússola.
4) Peça para que os alunos expliquem como deve estar orientado o campo
magnético terrestre em relação ao espaço geográfico.
Como Construir um Solenoide
Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; Objeto cilíndrico no diâmetro
desejado; fita adesiva.
Fios de cobre podem ser facilmente adquiridos em aparelhos eletrônicos antigos como
liquidificadores, ventiladores entre outros. Apenas considere a espessura do fio pois
a resistência pode crescer muito a depender do tamanho da espira necessitando a
utilização de uma voltagem mais baixa ou ainda fita de vedação para canos conhecida
popularmente como “fita veda rosca”. A fita de vedação consegue resistir bem ao
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calor. Caso não possua um cilindro adequado para confecção, utilize papelão no
diâmetro desejado, dê algumas voltas para que fique mais rígido e prenda tudo com
fira adesiva. Existem casas de eletrônica ou casas especializadas na venda de fios de
cobre padrão AWG. No Anexo II está uma tabela para ter referência de qual fio
utilizar.
Procedimentos
1) Pegue um pedaço de fio de cobre esmaltado e deixe-o apontado para fora. Este
será uma das ligações da espira.
2) Determine a quantidade de espiras você deseja construir. A partir daí, dê
voltas sempre apertando o fio e deixando-os o mais junto possível. Se precisar
use fita adesiva para prender as pontas e não perder a amarração.
3) Após feita todas as voltas, retire com cuidado para não desfazer as espiras do
cilindro.
4) Passe fita nas laterais das espiras a fim de uni-las.
5) Caso precise fazer uma quantidade em que o cilindro não comporte, faça
espiras em blocos, de forma que existem várias espiras em um único fio.
Importante sempre deixar um espaço entre um espira e outra para fazer a
confecção das outras espiras. Este processo é mais simples e evita a de espiras
uma em cima da outra que são mais complexas a serem feitas.
6) Para sintetizar o item “5” vamos tomar como exemplo a confecção de uma
espira de 300 voltas. Podemos fazer construindo 10 espiras com 30 voltas
cada, unidas pelo mesmo fio.
Experiência: Solenoide
Figura 10- Experimento eletroímã. A movimentação de um ímã faz surgir uma tensão contínua no
solenoide. Solenoide de 212 espiras.
Objetivo: Mostrar que a movimentação de um ímã gera corrente elétrica e tensão
elétrica.
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Material Necessário: Solenoide; multímetro; ímã; isopor; duas conexões para pilha
9 volts; abraçadeira; Dois plugues banana vermelho e preto; dois pedaços de fio de
cobre de 2,5 mm com capa nas cores vermelho e preto; palito de churrasco.
Procedimentos:
1) Para montagem, escolha um tamanho para ser a base do isopor. A base
utilizada foi de 23 x 15,5 cm. Para a aparência ficar melhor forre o isopor com
papel. O papel utilizado foi o couchê pois aceita tinta óleo em spray.
2) Posicione o solenoide na posição desejada. Com o palito de churrasco, faça
furos nos lados do solenoide para que possa passar os fios de cobre do
solenoide por baixo. Prenda os fios em baixo com fita adesiva.
3) Faça furos na frente e no fundo do solenoide para aplicar as abraçadeiras.
Caso o solenoide seja grande ou pesado, faça mais furos para acomodar mais
abraçadeiras.
4) Uma os fios do solenoide com os polos da conexão da pilha 9 Volts. De
preferência solde os fios da conexão como solenoide ou se preferir utilize fita
adesiva.
5) Prenda os fios em baixo do isopor utilizando fita adesiva ou cola quente.
Prenda o conector na lateral do isopor com fita adesiva ou cola quente.
Figura 11- Encaixando a conexão para pilha de 9 volts ao solenoide na lateral da base e
prendendo com fita dupla face.
6) Solde dois pedaços dos fios vermelho e preto com os plugues banana. Na outra
ponta, una os fios a segunda conexão da pilha de 9 Volts. Solde os fios para
melhor fixação e condução.
7) Encaixe as conexões e ligue os plugues bananas no multímetro. Ajuste o
multímetro para tensão contínua, no caso do experimento de referência foi
utilizada a escala de 200 mV.
8) Movimente o ímã por dentro do solenoide e observe o multímetro.
9) Deixe o ímã parado dentro do solenoide e observe o multímetro. Discuta com
o grupo possíveis explicações das observações feitas.
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Experiência: Eletroímã
Figura 12- Solenoide formado por 30 espiras preso em uma base de isopor coberta com papel couchê
pintado de preto.
Objetivo: Mostrar resultado semelhante ao da experiência realizada por Oersted
com o surgimento de campos magnéticos na passagem de corrente elétrica.
Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; pilha de 9 Volts; conector para
pilha de 9 Volts; isopor; abraçadeira de Nylon; bússola; palito de churrasco; Fita
Adesiva ou cola quente;
Procedimentos:
1) Se você já Construiu o experimento solenoide, a base de construção é a
mesma. Caso não tenha construído, retorne ao Experimento Solenoide e veja
sua construção até o item “5”.
2) Encaixe a pilha de 9 Volts e aproxime a bússola no solenoide. Com o auxílio
da bússola tente mostrar as linhas de campo magnético que surgiram no
eletroímã.
3) Coloque o ímã em frente ao eletroímã e desencaixe a pilha de 9 Volts e
aproxime seu polos de maneira a inverter os polos da pilha. Observe o que
acontece com a bússola.
Como Calcular o Campo Magnético Produzido pelo Eletroímã?
Objetivo: Calcular o campo magnético gerado pelo solenoide em um eletroímã.
Este método de cálculo é resultado aproximado do valor do campo magnético gerado
pelos solenoides. Os valores das resistências são extraídos na tabela AWG localizada
no anexo II.
Sabemos que um fio esmaltado com inúmeras voltas acaba se tornando um resistor
muito forte devido basicamente a sua espessura e o comprimento total do fio. Para
este caso, o resistor é ôhmico, logo obedece a lei de Ohm. Com os valores da tabela e
a lei de ohm, é possível achar a corrente elétrica recebida.
Utilizando a lei de Biot-Savart para o solenoide, além de saber a quantidade de voltas
dadas no fio, é possível determinar seu campo.
18
Materiais Utilizados: Paquímetro
Procedimentos:
1) Determine o diâmetro do solenoide com o auxílio do paquímetro. Com o
diâmetro e sabendo a quantidade de voltas dadas, podemos determinar a
comprimento total do fio a partir da expressão
𝐿 = 𝑁 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷 (I)
Onde “L” é o comprimento do fio; “N” é o número de voltas dadas e “D” é o
diâmetro do solenoide.
2) Consulte a tabela descrita no Anexo III. Observe que a resistência está
descrita a cada quilômetro, ou seja, a cada 1000 m. Para saber a resistência
basta calcular o comprimento encontrado na expressão “I” em metros,
multiplicar pela resistência descrita na tabela e dividir por 1000. Esta
expressão é um resultado da regra de três e vamos definir como:
𝑅 =𝐿∙𝑟
1000 (II)
Onde “R” é a resistência do solenoide; “r” é a resistência encontrada na tabela
AWG.
3) Possuindo a resistência, vamos determinar a corrente elétrica pela lei de ohm.
Se ajustarmos a lei de ohm para obtermos a corrente, teremos a seguinte
expressão:
𝑖 =𝑈
𝑅 (III)
Onde “i” é a corrente elétrica em ampere; “U” é a tensão elétrica em volts e
“R” é a resistência elétrica em ohms.
4) Calculada a corrente, finalizamos os cálculos com a lei de Biot-Savart para
solenoide, definida como:
= 𝑁 ∙ 𝜇0 ∙𝑖
𝐿 (IV)
Onde “B” é o campo magnético em Tesla; “𝜇0” é a permeabilidade magnética
no vácuo cujo valor é 4𝜋 ∙ 10−7 𝑇∙𝑚
𝐴; “i” é a corrente elétrica em ampere e “L” é
o comprimento do fio calculado na expressão (I), definido em metros.
Experimento: Mini Gerador de Tesla
Objetivo: Mostrar o funcionamento das ondas eletromagnéticas e das lâmpadas
fluorescentes. Construir um gerador de corrente alternada.
Materiais Necessários: 8 a 10 cm de cano de PVC de 20 mm; fio de cobre esmaltado
AWG 26 a 28; resistor de 2,2 K ohms de 2 watts de potência; fio encapado de 2,5 mm;
19
transistor 2N2222; conexão de pilha de 9 Volts; pilha de 9 Volts; cola quente; fita
isolante; fita adesiva; isopor; papel alumínio; bola de isopor; lâmpada fluorescente;
Pasta Térmica para computadores.
Neste experimento é preciso fazer muitas soldas para manter tudo funcionando
corretamente. Lembre-se de não utilizar solda demais para não ter uma
condutividade boa.
Procedimentos:
1) Enrole o fio de cobre esmaltado no cano PVC. Use a fita adesiva para prender
a ponta e deixe fio de sobra para fazer as conexões. Ao terminar de enrolar,
prenda o final com fita adesiva e deixe uma sobra no fio. Passe fita isolante
ao redor do fio nas extremidades para garantir que o fio não saia do lugar.
2) Passe cola quente na base do cano e cole na sua base de isopor.
3) Com a “barriga” do transistor para baixo, solde o resistor na ponta do meio do
transistor.
4) Remova o esmalte do fio de cobre e solde a ponta da bobina no resistor.
5) Abra as outras duas pernas do transistor fazendo um ângulo de 90º. Com o fio
encapado solte uma ponta na perna direita do transistor, dê duas voltas ao
redor da bobina e solde a outra ponta no outro lado do resistor.
6) Solde a parte positiva da conexão da pilha no resistor do mesmo lado qu está
soldado o fio encapado.
7) Solde o lado esquerdo do transistor no polo negativo da pilha.
8) Aplique cola quente em diversas posições dos fios para que fique apoio na base
de isopor.
9) Remova o verniz da outra ponta da bobina e passe solda afim de dar maior
condutividade nessa ponta.
10) Enrole papel alumínio na bola de isopor e cole com cola quente na base da
bobina. Use cola quente e fita adesiva para fixar a ponta da bobina na bola
com papel alumínio.
11) Passe pasta térmica ao redor da parte preta do transistor. Esse transistor irá
aquecer muito então é importante tomar bastante cuidado e não passar muita
pasta térmica. A pasta servirá para não queimar o transistor e diminuir o
aquecimento do mesmo.
12) Ligue a pilha e aproxime lâmpada fluorescente. Observe o fenômeno.
13) Explicando: Ao ligar o gerador são produzidas ondas eletromagnéticas que
excitam os elétrons do vapor de mercúrio a baixa pressão presente na
lâmpada fluorescente. Por ser de baixa pressão, os elétrons são “expelidos”
batendo nas paredes da lâmpada. Nessas paredes encontra-se um pó branco
feito de fósforo que absorve esses elétrons liberando luz.
20
Experimento: Transformador
Figura 13- Experimento para gerar uma tensão alternada através do ritmo de ligar/desliga de um
interruptor. Colocando outro solenoide ao lado, podemos visualizar a geração de tensão contínua como
um transformador qualquer.
Objetivo: Mostrar o funcionamento de um transformador a partir de corrente
alternada ou criando uma oscilação manual.
Material Necessário: Dois solenoides, um com 300 espiras e outro com 30 espiras;
isopor, duas conexões de pilha 9 volts; pilha de 9 volts; interruptor para lâmpada;
cola quente ou fita adesiva; abraçadeiras de nylon; multímetro
Procedimentos:
1) O processo utilizado na montagem é o mesmo para as experiências do
solenoide e do eletroímã, com a ressalva de prender os solenoides um de frente
ao outro, bem próximos. Pode-se aproveitar a experiência tanto do eletroímã
quando do solenoide para a montagem deste experimento.
2) Para o transformador utilizando corrente alternada, conecte uma ponta do
solenoide de 300 espiras no globo do gerador de Tesla e outra ponta na parte
negativa da pilha de 9 Volts. Se precisar use fita adesiva para prender os
polos.
3) Conecte o solenoide de 30 espiras no multímetro. Observe a geração de tensão
elétrica neste solenoide.
4) A partir deste item iremos gerar a tensão alternada manualmente. Em
primeiro lugar temos que confeccionar uma extensão com interruptor para
acoplarmos na base já construída.
5) Com o interruptor da lâmpada, conecte as duas conexões de pilha 9 volts, um
em cada lado. Note que ao encaixar uma conexão em outra, os polos se
invertem, tendo o polo negativo se encaixando com o polo positivo. Com a
inversão dos polos, dispositivos como transistores que são polarizados não
irão funcionar, além de inverter a passagem de corrente elétrica. Para
solucionar o problema, conecte o lado positivo com o lado negativo na
campainha, o que fará este lado virar o fase. Agora conecte o lado negativo ao
lado positivo interruptor para este se tornar o neutro.
21
6) Em uma das conexões encaixe a pilha de 9 volts e no outro lado será encaixado
na conexão localizada na base do isopor.
7) Para criar uma tensão alternada e observar o transformador funcionando,
utilize um metrônomo para dar ritmo ao aperto da campainha e assim termos
uma frequência controlada. No experimento teste, foi utilizado um applet
para android chamado “Metronome Beats”. Configure o applet apertando em
“beats per bar” para duas batidas apenas. Assim no primeiro som devemos
apertar o interruptor e na segunda batida, devemos soltar.
8) Configure as “BPM” ou batidas por minuto na rolagem no centro do applet.
Como são batidas por minuto, devemos dividir por 60 para obtermos uma
frequência em hertz.
9) Da mesma forma que utilizada em tensão alternada, o conector criado deve ir
no solenoide de 300 espiras e o outro deve estar conectado a um multímetro.
Observe o resultado encontrado.
Experimento: Gerador de Energia Elétrica
Figura 14- Gerador de energia elétrica.
Objetivo: Mostrar o funcionamento básico das usinas geradoras de energia.
Materiais Necessários: Tampa de garrafa pet; colheres plásticas; barra rosqueada
3/16; três porcas 3/16; pasta de solda; ferro de solda; solda de estenho; ímã;
abraçadeiras; Secador de cabelos ou água corrente; canos PVC de 20 mm; isopor; cola
quente; solenoide; multímetro; serrinha; tesoura.
Procedimentos:
1) Faça cortes com a serrinha, procurando sempre ficar na mesma distância, na
lateral da tampa. Servirá como encaixe das colheres.
2) Corte no tamanho desejado as colheres e encaixe nos cortes da tampa. A
altura utilizada para as colheres foi de 1,5 cm. Ao cortar com a tesoura as
colheres, note que ela irá quebrar nas laterais, isso não é um problema pois
auxilia na remoção dessas laterais e ajuda a encaixa melhor na tampa.
22
3) Procure alinhar todas as colheres antes de colar e verifique se existe alguma
sobra da colher que ficou próxima do centro, se existir remova a colher e corte
um pedaço. Passe cola quente ao redor e dê um ponto na parte de baixo.
Figura 15-Hélice feita de colheres de plástico e tampa de garrafa pet. Visão frontal e traseira da
hélice.
4) Com o Ferro de solda quente, faça um furo no centro da tampa para passar a
barra rosqueada.
5) Agora vamos montar a base. Com a base de isopor veja a melhor posição dos
canos, qual será a altura desejada para os canos e qual o tamanho da barra
que ficará encaixada.
6) Com o ferro de solda quente, faça furos nos canos de PVC de uma ponta a
outra. No cano da frente prefira fazer um buraco maior ou até mesmo um
corte em forma de “U” para não ter problemas ao alinhar a barra. Corte os
canos no tamanho desejado. No cano que ficará no fundo, faça mais dois furos
em sua base para passarmos abraçadeiras nelas.
7) Apoie o cano do fundo na base e fure o isopor dos dois lados para passarmos
as abraçadeiras. Prenda o cano.
Figura 16- Colocação das abraçadeiras no isopor e reforçando a fixação do cano com cola quente.
8) Passe cola quente nos dois canos. Encaixe a barra rosqueada no canos.
Encaixe uma rosca na parte de trás do cano do fundo.
23
Figura 17- Fixação da barra de rosca na cano traseiro. Colocar solda na parte da frente do cano e
colocar uma porca na parte final do cano.
9) A frente do cano do fundo, passe pasta para solda e aplique uma solda de
modo que essa solda não permita a passagem do cano. Lembre-se de deixar
uma folga para a barra girar ou folgue mais a porca.
10) Na ponta onde ficará a hélice, coloque uma porca para limitar onde a hélice
ficará. Encaixe a hélice e coloque a segunda porca de maneira não sobre
nenhum pedaço da barra para o lado de fora. Se preciso, regule a porca de
trás da hélice para ter um melhor resultado.
11) Encaixe o ímã na porca. O ímã utilizado neste experimento foi um bloco de
neodímio de 30mm x 30 mm x 15mm de força aproximada de 34,5 Kg. Se
necessário aplique cola quente na borda da porca e prenda o ímã novamente.
Lembre-se que quanto mais forte for o ímã, maior será a tensão gerada.
12) Ligue o secador de cabelos para as pás da hélice e aproxime um solenoide com
suas pontas ligadas no multímetro. Observe no multímetro os resultados
obtidos.
24
Anexo I
Conceitos Básicos Sobre a Eletricidade
Neste capítulo em especial, vamos introduzir conceitos iniciais e necessários para se
entender as leis e teorias a respeito do magnetismo. Tentarei estar sempre
conversando com você para que a leitura fique mais fácil e compreensiva. Faça uma
leitura antes da aula pois permitirá uma melhor compreensão do assunto. E não
esqueça de tirar suas dúvidas, ok? Vamos começar!
Vamos Entender o que é Um Campo Elétrico
Vamos começar pela teoria de atração e repulsão das
cargas elétricas. Essa teoria você já está careca de
saber, mas vamos relembrar. Sabemos que cargas
elétricas com mesmo sinal de carga naturalmente se
repelem; cargas elétricas com sinais contrários
naturalmente irão se atrair. Lembra da história os
opostos se atraem? Taí a origem. O mesmo ocorre
entre ímãs. Brincando com ímãs você já percebeu que
mesmo a uma certa distância um acaba percebendo a
existência do outro? Pois é eis que surge uma força
que puxa um outro ímã ou metal para um ímã em sua
mão. Essa percepção que ocorre em ímãs e cargas
elétricas faz surgir uma força aplicada a distância.
No nosso dia a dia não é comum visualizarmos uma
força sendo gerada em outro corpo a distância,
gerando uma movimentação do corpo. Sempre que
queremos pegar um celular temos que entrar em
contato para que possamos aplicar a força de trazer o
celular conosco. Mas a força não surge do nada, alguém tem que criar uma força para
que objetos possam se mover. Esse criador de força a distância damos ao nome de
campo elétrico.
Para um campo elétrico, com mudança da distância, do sentido e de sua direção o
campo elétrico modifica as características.
Figura 18- A atração é muito
comum em nossas vidas como
o caso de relacionamentos
amorosos. Quando um
percebeu o outro? Imagem
retirada do site
http://my.fakingnews.firstpo
st.com/india/god-introduces-
law-of-attraction-to-help-
people-in-love-5924 no dia
02/05/2017 às 9h19.
Figura 19-A força elétrica gerada entre corpos de mesma carga e de cargas opostas. Essa força surge
com a presença de um campo elétrico. Imagem retirada do site http://www.eletronpi.com.br/ce-020-
campo-eletrico.aspx em 02/05/2017 às 9h12.
25
Vamos resumir? Campo elétrico é um campo vetorial, gerado por uma carga elétrica
fazendo surgir uma força do tipo elétrica, a distância, atuando em outras cargas
elétricas chamadas cargas de prova.
Agora você pode pensar... uma carga elétrica que gera um campo elétrico, pode gerar
força em si própria? A resposta é não. Uma força para promover uma movimentação
deve ser aplicada em outro corpo, ou você já conseguiu joga-se para cima pegando
pelo cinto e se auto arremessando?
Matematicamente podemos definir campo elétrico como:
EqF
q
FE
Onde a unidade do campo elétrico no sistema internacional é Newtons por Coulomb
(N/C).
Figura 20- Linhas do campo elétrico mostram as regiões onde o campo elétrico atua. Onde existe maior
concentração de linhas, o campo elétrico é maior. Imagem retirada do site
http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/LinhasDeForca/LinhasDeForca.html em
02/05/2017 às 23h05.
Por conta das propriedades vetoriais desta equação, se a carga for positiva, o campo
tem o mesmo sentido que a força aplicada. Porém se a carga for negativa, o campo
terá sentido contrário a força aplicada.
(Campo elétrico = força por unidade de carga)
A força elétrica sobre um corpo carregado é exercida pelo campo elétrico produzido
por outros corpos carregados.
26
Figura 21-Campo elétrico vetorial. Se a carga de prova "q" for positiva, a força tem o mesmo sentido
que o campo. Se a carga "q" for negativa, a força tem sentido contrário ao campo.
Trabalho de uma Força Elétrica e Potencial elétrico
Já aconteceu com você, do carro em que
se encontra ficar atolado? Que tristeza
hein? A maneira mais simples de
resolver esse problema é o uso da velha
força bruta! Saiba que a aplicação da(s)
forças aplicadas no carro promovendo
um deslocamento do veículo é o que
chamamos na Física de trabalho de uma
força.
Agora pensemos nas nossas queridas
cargas elétricas. Sabemos que cargas elétricas são capazes de gerar campos elétricos
e que qualquer carga que esteja na região de atuação desse campo, terá ação de uma
força elétrica de atração ou repulsão de acordo com os sinais das cargas. Muito bem!
E se essa força ou conjunto de forças elétricas forem responsáveis pela movimentação
ou melhor pelo deslocamento dessas cargas? Teremos um trabalho realizado nesta
carga por uma força elétrica! Até aí tudo tranquilo?
Vamos retornar ao exemplo do carro atolado. Para que possamos aplicar a força no
carro atolado precisamos ter energia não é isso? Para desempenhar qualquer
atividade temos que ter energia que extraímos na queima dos alimentos. Assim para
que se aplique uma força para promover o deslocamento do um objeto, temos que ter
energia, que para as cargas elétricas denominamos energia potencial elétrica.
Energia potencial é definida como a energia armazenada ou acumulada. A energia
potencial está diretamente associada a posição, com o passar da posição.
Então, a energia potencial elétrica promove um pontapé inicial para a movimentação
de cargas elétricas, mas se houver uma diferença de potenciais. Mas o que é um
potencial? Calma! Potencial nada mais é do que uma grandeza que mostra a relação
da energia potencial elétrica por unidade de carga. Assim, cada região a depender da
distância, possuirá cargas que apresentam valores iguais de potencial elétrico. Essas
regiões são conhecidas como superfícies equipotenciais.
Figura 22- Trabalho realizado por um grupo de
amigos. A Soma vetorial de todas as forças (força
resultante) gera um deslocamento do carro.
Imagem adaptada e retirada do site
http://profantoniocarneiro.webnode.com.br/fis
ica/ em 02/05/2017 às 23h08.
27
Figura 23- regiões onde o potencial é o mesmo denominamos superfícies equipotenciais. Potencial é a
energia potencial por valor de carga. Imagem retirada do site
http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/05/cursos-do-blog-eletricidade.html em
0205/2017 às 23h16.
Para você entender melhor vamos pensar no seguinte. Imagine que exista dinheiro
que você está administrando, para ser divido em seu grupo de amigos. Os amigos
mais próximos irão receber um valor maior; os mais afastados um valor menor. Além
do distanciamento que afeta o recebimento de dinheiro, o dinheiro será definido pelo
tempo de relacionamento com você. Com base nessa ideia, podemos dizer que a
energia potencial é o dinheiro a ser divido no grupo de amigos (dinheiro acumulado
naquela região). Quanto mais afastado estão as cargas, menor será a energia
potencial (quanto mais afastado está seu amigo menor será o dinheiro recebido). O
potencial seria o valor correspondente ao valor do dinheiro dividido pelos anos de
amizade (para as cargas seria a energia potencial dividida pelo valor da carga).
Assim pessoas que estão no mesmo grupo de amigos e que possuem os mesmos anos
de amizade possuem o mesmo potencial. Então estas pessoas estão em superfícies
equipotenciais.
Figura 24- Imagem que resume a analogia entre os elementos da energia potencial e potencial elétrico.
Corrente Elétrica
28
Corrente elétrica é a movimentação ordenada de cargas elétricas (normalmente
elétrons) de uma região para outra. Se essa corrente percorrer uma trajetória
fechada, teremos um circuito elétrico. No circuito elétrico estão ligados vários
dispositivos elétricos como aparelhos eletrônicos, como a rede elétrica da sua casa.
Para cada dispositivo eletrônico funcionar, os elétrons devem percorrer uma
trajetória em circuito dentro deste aparelho. E os elétrons entram simplesmente no
circuito de maneira ordenada? Não. Devemos dar um “empurrãozinho” para que
esses elétrons saiam do seu caminho na rede elétrica e entrem em sua televisão, é
através da tensão elétrica ou mais conhecida como diferença de potenciais.
A tensão elétrica é capaz de levar a corrente elétrica para os dispositivos elétricos.
Então cada aparelho elétrico requer uma tensão. Isso faz com que tenha que existir
uma fonte de energia potencial para que cada aparelho tenha a sua tensão e assim
empurre uma corrente elétrica para fornecer energia alimentar o dispositivo. Daí a
função das pilhas e dos postes que cedem energia para os dispositivos funcionarem.
Até tudo bem. Mas você pode ter se perguntado, como esses elétrons se alinham e de
onde surgem os elétrons da corrente elétrica? Bem os elétrons já estão lá no metal.
Sabemos que os metais possuem uma grande quantidade de elétricos que vagam
soltos sem rumo dentro do metal. A organização surge quando os elétrons são
mergulhados em um campo elétrico que cria uma força elétrica, que nos leva a uma
movimentação ordenada das cargas no sentido da força.
Potência Elétrica
Potência é uma grandeza que nos diz quanto tempo levou para se realizar um
trabalho. Vamos ver o exemplo: ligue seu aparelho de som na tomada. Na tomada
temos convencionalmente uma tensão de 127 V que empurra os elétrons em uma
corrente elétrica transportando energia potencial elétrica para dentro do som. O som
por sua vez irá converter a energia potencial elétrica em energia sonora. O tempo
que levar o aparelho de som para realizar essa conversão, teremos a potência do
aparelho de som. Logicamente quanto menos tempo para realizar essa conversão,
maior será a potência do aparelho de som.
Mas a potência possui uma importância fundamental para os dispositivos elétricos.
A potência elétrica está intimamente ligada a tensão e a corrente elétrica. Se a
potência da rede elétrica é baixa, cada vez que um aparelho eletrônico estiver ligado
na tomada, a corrente será cada vez menor para os demais parelhos.
Isso vemos bem quando ligamos um chuveiro elétrico. Chuveiros elétricos possuem
uma alta potência pois precisam rapidamente converter energia elétrica em calor
para aquecer a água. Se você recordar dos seus estudos de calor, sabemos que a água
demora muito para aumentar sua temperatura, logo precisamos de muitos elétrons
que transmitam a energia elétrica para gerar calor, logo é necessária uma corrente
elétrica alta. Como a potência da casa é a mesma fornecida pela rede energética, a
corrente elétrica que irá aparecer nos demais aparelhos elétricos será menor. Daí
vemos as lâmpadas diminuírem o seu brilho, quando o chuveiro elétrico é ligado.
Tudo bem até aqui? Vejamos agora como representamos a potência elétrica
matematicamente
29
UiP
A potência é expressa em unidades denominada Watts (W).
Resistência Elétrica
Por fim vamos completar o nosso mini curso sobre eletricidade, a resistência elétrica.
Vamos a um exemplo prático para chegarmos a uma definição de resistência elétrica.
Se uma amigo seu te oferecer um chocolate? Difícil de resistir a vontade de comer
aquele tablete de chocolate que gosta. Ou seja, comer um chocolate pra você não é
nenhum sacrifício então você tem baixa resistência a chocolate. Agora vamos comer
jiló? O gosto do jiló é muito amargo e não é muito bom (apesar de existirem pessoas
que adoram isso). Então para você não é agradável comer o jiló, logo você possui uma
alta resistência a ele.
Resistência elétrica é a dificuldade que uma corrente elétrica tem ao entrar em um
sistema. Essa dificuldade depende de vários fatores como, o comprimento do fio, sua
espessura, do tipo de material que a corrente elétrica está passando, da temperatura,
entre outros.
Figura 25- Este desenho mostra a relação entre tensão, corrente e resistência elétrica. A tensão empurra
os elétrons para o circuito, a corrente entra no sistema, porém em locais de maior resistência, a corrente
apresenta dificuldades em passar. Imagem disponível em
https://engineersforfuture.wordpress.com/2017/01/30/ohms- no dia 02/05/2017 às 9h10.
Lembra que a corrente elétrica transporta energia elétrica? Se existe uma
dificuldade de movimentar os elétrons no circuito, logo existirá uma perda de energia
por parte da corrente elétrica, e essa energia acaba se tornando calor. Daí uma
definição para um resistor como um dispositivo que transforma energia elétrica em
calor por conta deste dificultar a passagem da corrente elétrica. Então você sacou o
que existe num chuveiro elétrico? Isso, existem resistores dentro do chuveiro.
A resistência elétrica possui seus pontos positivos e negativos. O uso de resistores é
importante, pois dificultando a passagem de corrente elétrica, podemos controlar a
amperagem que passa em certos componentes eletrônicos já que alguns são
extremamente sensíveis. O ponto negativo é que sempre iremos ter que considerar a
resistência do circuito elétrico que estamos trabalhando. Pois a depender do aparelho
a corrente presente no circuito pode não ser suficiente para alimentar o dispositivo
30
gerando um alto aquecimento e danificando o aparelho. Para que isso não ocorra,
devemos calcular a resistência elétrica.
Matematicamente a resistência elétrica é determinada pela lei de Ohm
iRU i
UR
Com a lei de Ohm sabemos que a resistência elétrica é a relação entre a tensão
elétrica disponível e a corrente elétrica que chega no circuito. Em homenagem a lei
de Ohm, a unidade da resistência elétrica é o Ohms (Ω).
Importante falar que existem sistemas elétricos que não obedecem a lei de Ohm,
estes são chamados de resistores não-ôhmicos.
31
Anexo II
Tabela AWG
A tabela AWG, sigla inglesa para “American Wire Gauge” é um padrão de
normatização do tamanho das bitolas dos fios elétricos.
Abaixo está a numeração para o padrão AWG desde a numeração 11 a 35, com sua
espessura, amperagem máxima suportada e sua resistência elétrica.
Padrão AWG
Numeração Diâmetro
(mm)
Máx.
Amperagem
(A)
Ohms/Km
11 2,30 12 4,07
12 2,05 9,5 5,13
13 1,83 7,5 6,49
14 1,63 6,0 8,17
15 1,45 4,8 10,3
16 1,29 3,7 12,9
17 1,15 3,2 16,34
18 1,024 2,5 20,73
19 0,912 2,0 26,15
20 0,812 1,6 32,69
21 0,723 1,2 41,46
22 0,644 0,92 51,5
23 0,573 0,73 56,4
24 0,511 0,58 85,0
25 0,455 0,46 106,2
26 0,405 0,37 130,7
27 0,361 0,29 170,0
28 0,321 0,23 212,5
29 0,286 0,18 265,6
30 0,255 0,15 333,3
31 0,226 0,11 425,0
32 0,203 0,09 531,2
33 0,18 0,072 669,3
34 0,16 0,057 845,8
35 0,142 0,045 1069,0
Fonte: http://www.tecnicenter.org/apostilhas-dicas-e-tutoriais-de-interesse/tabela-de-codigos-de-fios-esmaltados-
de-mm-para-awg/. Acessado em 22 de janeiro de 2017 às 10h45.
32
Anexo III
Configurar Celular Android para Gerar Tela no
Computador
Este procedimento deve funcionar para a maioria dos celulares android. Com este
processo irá surgir uma nova opção para o seu celular denominada programador.
Não se preocupe com este procedimento pois é previsto pelos desenvolvedores do
sistema android para novos criadores de aplicativos possam testar seus programas
através de um computador, ou seja, não causará danos ao seu celular.
Materiais Necessários: Cabo usb para celular; Smartphone; Navegador Google
Chrome.
Procedimentos:
No computador:
1) Abra o Google Chrome e entre na opção “configurações”.
Figura 26- Visão do Google Chrome na opção configurações.
2) Clique na opção “extensões” e desça a tela até a opção “obter mais extensões”
3) Pesquise na barra localizada na parte superior esquerda da tela pela extensão
“vysor”. Clique para instalar a extensão.
33
Figura 27- Tela do Chrome aplicativos para extensão vysor.
No celular:
4) Entre nas configurações do seu celular e desça até a opção “sobre o
dispositivo”.
5) Abrirá o status o telefone. Desça até a opção “número de versão”. Aperte esta
opção entre sete ou oito vezes. Irá sempre aparecer o número de tentativas
realizadas. Após esse processo, irá aparecer uma mensagem que foi habilitada
a opção do programador. Esta mensagem pode variar de acordo com a marca
do celular.
6) Volte para a tela de configurações e entre na opção “programador”. Desça a
tela até a opção “depuração” e habilite a “depuração usb”.
Figura 28- Visão do celular para configuração reprodução de tela.
7) Instale no seu celular através do “gloogleplay” o aplicativo do vysor.
8) Conecte o celular ao computador pelo cabo usb. Irá aparecer uma opção de
como deve acontecer este compartilhamento, na barra de rolagem superior.
Coloque a opção para “transferir fotos (php)”. Automaticamente o aplicativo
“vysor” irá abrir na tela do computador.
34
Figura 29-Visão da tela pelo aplicativo "vysor" na tela do computador, reproduzindo tela do
celular. Aberto applet “Física na escola”.
9) Agora podemos utilizar tanto o celular para navegar ou até mesmo o mouse e
teclado do computador. Se fechar a janela do “vysor”, você precisará repetir o
passo “7”.
35
Referências Bibliográficas
R. Resnick, D. Halliday, e J. Merrill, Fundamentos de Física, vol. 3, 8a ed., LTC
(2009).
R. A. Serway e J. W. Jewett Jr., Princípios de Física, vol.
3, Cengage Learning (2004).
BARRETO, Benigno. XAVIER, Cláudio. Física Aula por Aula vol. 3. Editora FTD,
2ª Edição, São Paulo, 2013.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/magnetismo.htm, acessado em 20 de
novembro de 2016 às 20h.
http://www.coladaweb.com/fisica/fisica-geral/magnetismo, acessado em 20 de
novembro de 2016 às 20h.
https://pt.wikipedia.org/wiki/William_Gilbert, acessado em 20 de novembro de
2016 às, 20h35.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Terrella, acessado em 20 de novembro de 2016, às
20h35.
http://www.mast.br/multimidia_instrumentos/bussola_historico.html, acessado
em 2 de novembro de 2016, às 21h12.
http://origemdascoisas.com/a-origem-da-bussola/, acessado em 21 de novembro
de 2016 às, 21h15.
http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/a-invencao-da-bussola-e-sua-
importancia-para-humanidade.html, acessado em 21 de novembro de 2016 às,
21h18.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/linhas-campo.htm, acessado em 21
de novembro de 2106, às 21h41.
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/campo_magnetico/linha_forca/,
acessado em 21 de novembro de 2016 às 21h43.