Bobinas de helmholtz – medida do campo magnético da terra

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Bobinas de Helmholtz – medida do campo magnético da Terra




Introdução

As Bobinas de Helmholtz são duas bobinas coaxiais de mesmo raio R, conduzindo correntes nos mesmos sentidos. A distância entre as bobinas é também igual a R, de tal forma que o campo magnético resultante no espaço entre as bobinas é, com boa aproximação, um campo uniforme.

[pic]
Figura1: Geometria dasbobinas de Helmholtz (vista de topo).

O imã usado nesse experimento possui momento magnético [pic], que devido ao campo magnético terrestre [pic]H, que por sua vez é uniforme, sofre um torque descrito matematicamente pela seguinte equação:

[pic]
(Equação 1)

Usou-se uma bússola que indicava a direção e sentido da componente horizontal do campo magnético terrestre local, BH. Alémdeste campo, tem-se outro campo, gerado por fios (espiras) percorridos por corrente elétrica, e, portanto tem-se um campo magnético resultante. Esse campo magnético resultante na região central das bobinas é homogêneo e pode ser usado como campo de referência.
A posição de equilíbrio entre entes dois dipolos (campos) magnéticos ocorre quando [pic] e [pic] têm a mesma direção e sentido. Se odipolo magnético é deslocado da posição de equilíbrio, o torque magnético tende a restaurar o equilíbrio, causando assim um movimento oscilatório com um período característico T. Quando fazemos passar corrente pelas bobinas temos essa situação e o imã fica oscilando.
Assim, para fazer a determinação da componente horizontal do campo magnético terrestre, BH, criou-se um campo magnético de(magnitude) B, ortogonal ao campo da Terra, por um par de bobinas de Helmholtz. Quando se fez circular corrente nas bobinas, essa corrente teve o mesmo sentido que o campo resultante, e, portanto, podemos dizer que, o campo magnético resultante, quando se passa corrente pelas bobinas, é igual à soma dos dois campos, logo:

[pic]
(Equação 2)

Este experimento tem como objetivo medir a componentehorizontal do campo magnético terrestre, usando pequenas oscilações, através da interação entre o momento de dipolo magnético de uma barra imantada e o campo magnético.







Metodologia Experimental


-O experimento foi realizado baseado na montagem de um circuito conforme descrito na figura 2.

. [pic]
Figura 2: Circuito da montagem experimental.


-As bobinas deHelmholtz colocadas no circuito demonstrado na figura 2 podem ser esquematizadas como mostrada na figura 3.

[pic]
Figura 3: Esquema das bobinas de Helmholtz usadas no experimento.
-Inicialmente foram medidas as seguintes grandezas: o raio das bobinas de Helmholtz, o comprimento L e a massa m do ímã cilíndrico.
Essas grandezas foram anotadas para posterior uso.
-Encontrou-sea direção do campo magnético terrestre com a bússola.
-Foi montado o circuito da figura 2, inserindo-se também a montagem das bobinas de Helmholtz no mesmo (foi tomado cuidado para que o eixo que liga as bobinas estivessem em paralelo ao campo terrestre).
-Sem passagem de corrente, fez-se o ímã oscilar e medido o período T de oscilação do mesmo. Para melhor precisão foi feito acontagem de 20 oscilações.
- A fonte foi ligada e ajustada de modo que pudesse ser feita uma variação de corrente entre 0 e 250 mA. Nesse intervalo foram coletados 15 pontos de corrente e contados os períodos T de oscilação do ímã conforme feito no item anterior.
- Invertendo-se o sentido da corrente, foram coletados mais 15 pontos conforme realizado anteriormente.


Dadosexperimentais e discussão dos resultados

Raio das Bobinas de Helmholtz (R): (10 ± 0,05) cm;
Número de espiras das bobinas (N): 135;
Raio do ímã cilíndrico (r): (0,150 ± 0,005) cm;
Comprimento do ímã cilíndrico (L): (2,5 ± 0,005) cm;
Massa do ímã cilíndrico (m): (5,125 ± 0,005) g.


Tabela 1: Dados coletados experimentalmente para a corrente no sentido convencional e valores de T, f2 e erro de f2....
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