terça-feira, 27 de outubro de 2009

Leiam, pesquisem, estudem e divirtam-se!!

E aí gurizada. Como falei em aula, aqui estão alguns modelos que vocês podem seguir na realização de seus experimentos. Procurem pelos títulos das postagens o seu assunto.

Dêem uma lida e tomem esses roteiros como base. Se quiserem fazer outro experimento, ok. Desde que esteja de acordo com o seu tema.

Bom trabalho, e qualquer dúvida me procurem
;)

Profª Luziane

ATENÇÃO: FAZER UM RELATÓRIO COM TODOS OS DADOS DO EXPERIMENTO, PODE SER ENTREGUE DEPOIS DA APRESENTAÇÃO EM AULA. INCLUAM FOTOS, LINK DE VÍDEOS, DEIXANDO-O BEM COMPLETO. O RELATÓRIO DEVE CONTER:
  • Título do trabalho
  • Objetivo
  • Fundamentação teórica
  • Material utilizado
  • Procedimentos adotados na montagem
  • Análise dos dados obtidos
  • Conclusão


1. CORRENTE ELÉTRICA I

Condutibilidade elétrica da água com sal e vinagre


Objetivo
    Ilustrar a produção de corrente elétrica por meio de reações químicas espontâneas. Estas reações químicas resultam na condução de íons livres através de um meio iônico. Isto pode ser chamado de produção de corrente por condução iônica e é a base de todas as pilhas conhecidas. Neste experimento o sal e o vinagre farão o papel de meio iônico (ácido, neste caso) fazendo contato entre os eletrodos.
Contexto
    Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas negativas/positivas em direção ao pólo positivo/negativo. Dentre vários meios de produção de corrente elétrica podemos citar alguns, como: produção por indução eletromagnética (usado em usinas hidroelétricas), produção por reações químicas (usado nas pilhas e baterias), produção por descarga de capacitores (como as descargas de um raio) entre outras.
Idéia do Experimento
    O experimento consiste em usar sal e vinagre como fonte de energia para acender uma lâmpada. O vinagre (ou sal) fará o papel de uma solução que geralmente é algum produto iônico, pois seu caráter iônico possibilita que íons livres se movimentem em seu interior. Neste caso particular, o meio será ácido, devido à grande concentração de ácido acético do vinagre. A este tipo de solução se dá o nome de solução condutora. A solução condutora é constituída de íons positivos e negativos. No caso do vinagre, dentre esses íons há uma grande concentração de íons H+.
    Os eletrodos são dois pedaços de metais, que reagem quimicamente com a solução. Quando mergulha-se o eletrodo de cobre na solução condutora, não há condições para uma reação química entre a placa de cobre e a solução. Quando mergulha-se o eletrodo de zinco na solução condutora, os átomos de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o vinagre (ou sal). Esta é uma propriedade do zinco.


    A passagem de elétrons no sentido da pilha para a lâmpada é chamada corrente elétrica. A intensidade desta corrente elétrica vai depender exclusivamente da quantidade de íons da solução e da tensão da pilha.

Tabela do Material
Item
Observações
Recipiente para a pilha
Este recipiente não pode ser condutor de eletricidade. Use copos plásticos, como por exemplo, ou copos ou canecas para crianças. Ou utilize potes plásticos, como os de doce, compotas, etc.
3 pilhas comuns

1 Lâmpada de lanterna (3V)

Vinagre comum, sal e açúcar

Fio de cobre para conexão
O fio é do tipo comum, desde que seja fino para facilitar a conexão com o multímetro.
Multímetro ou relógio digital
trarei o multímetro, mas se quiser usar o relógio, ok.

Montagem

  • O fio de cobre para as conexões, pode-se conseguir desencapando as extremidades de fios elétricos comuns com isolamento plástico, ou raspando-se o esmalte de fios de cobre esmaltados.
  • Para se certificar de que as pilhas e as lâmpadas estão em boas condições, feche o circuito encostando, uma na outra, as extremidades mergulhadas na água. Verifique se a lâmpada se acende.
  • Encoste ou conecte as pontas dos fios nos pólos positivo e negativo do multímetro, qual a tensão?
  • Separe as extremidades dos fios, mantendo-as mergulhadas na água. A lâmpada se acende?
  • Dissolva uma colher de açúcar na água do recipiente.
  • Adicione lentamente sal de cozinha à água. O que você observa na lâmpada?
  • Retire as extremidades dos fios de dentro d'água e ligue-as aos extremos de uma pequena barra de grafite (de lápis ou lapiseira, por exemplo). A lâmpada se acende.
  • Troque a água e adicione vinagre. O que acontece?
  • Baseando-se em suas observações, responda: a água pura é boa condutora de eletricidade? E a água com açúcar? E a água com sal? E o grafite? E a água com vinagre?
Comentários
  • É preciso respeitar a polaridade, para que o multímetro reaja à corrente elétrica, ou seja se a polaridade estiver invertida, o multímetro não acenderá seu mostrador.
  • Não é fácil fazer a conexão dos fios de cobre que saem das placas ao relógio, ou multímetro pois os contatos do relógio são extremamente pequenos. Neste aspecto, pode-se optar por pedir ajuda a um colega, para que ele fique encostando os fios manualmente nos contatos (hehehe). Uma sugestão é comprar agarras próprias, que serão conectadas nos fios, para agarrarem os pequenos contatos dos multímetros. Esta agarra é conhecida como "jacaré" e é encontrada em lojas de material elétrico ou autoelétricos.

Esquema Geral de Montagem (no lugar do conector, coloque as pilhas)

Dê uma olhada nesse vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=NkA4VGkRQXg&feature=related

2. CORRENTE ELÉTRICA II

Corrente Elétrica 2


Objetivo
    Ilustrar a produção de corrente elétrica por meio de reações químicas espontâneas. Estas reações químicas resultam na condução de íons livres através de um meio iônico. Isto pode ser chamado de produção de corrente por condução iônica e é a base de todas as pilhas conhecidas. A pilha que se mostra neste experimento é uma pilha comum. Neste experimento um limão fará o papel de meio iônico (ácido, neste caso) fazendo contato entre os eletrodos.
Contexto
    Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas negativas/positivas em direção ao pólo positivo/negativo. Dentre vários meios de produção de corrente elétrica podemos citar alguns, como: produção por indução eletromagnética (usado em usinas hidroelétricas), produção por reações químicas (usado nas pilhas e baterias), produção por descarga de capacitores (como as descargas de um raio) entre outras.
Idéia do Experimento
    O experimento consiste em usar um limão (ou uma batata, uma banana...) como fonte de energia . Esta bateria é constituída de dois eletrodos inseridos num limão, um de zinco (ou alumínio) e outro de cobre. O limão fará o papel de uma solução que geralmente é algum produto iônico, pois seu caráter iônico possibilita que íons livres se movimentem em seu interior. Neste caso particular, o meio será ácido, devido à grande concentração de ácido cítrico do limão. A este tipo de solução se dá o nome de solução condutora. A solução condutora é constituída de íons positivos e negativos. No caso do limão, dentre esses íons há uma grande concentração de íons H+.
    Os eletrodos são dois pedaços de metais, que reagem quimicamente com a solução. Quando insere-se o eletrodo de cobre no limão, não há condições para uma reação química entre a placa de cobre e a solução. Quando insere-se o eletrodo de zinco (ou alumínio) no limão, os átomos de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o limão. Esta é uma propriedade do zinco.
    Ao fechar-se o circuito elétrico, que é constituído da seguinte seqüência: (limão)-(placa de zinco)-(fio de conexão)-(multímetro)-(fio de conexão)-(placa de cobre)-(limão), os elétrons livres na placa de zinco (que é a carga negativa), se dirigem pelo fio até a placa de cobre (que é o pólo positivo, dado a diferença de potencial natural entre estes metais quando em contato). Então os átomos de zinco começam a migrar da placa para o suco do limão, perdendo dois elétrons cada um, que irão fazer parte da corrente elétrica. O resultado final é que os elétrons migram para o eletrodo de cobre e o zinco vai para a solução como íon Zn++.
    Os átomos de cobre são neutros. Os elétrons migram para a placa de cobre a fim de reduzir os íons positivos na superfície do eletrodo, que na sua maioria são íons H+. A redução de 2 íons H+, dá origem a uma molécula H2 de gás hidrogênio.
    A passagem de elétrons no sentido da placa de zinco para a placa de cobre é chamada corrente elétrica. A intensidade desta corrente elétrica vai depender exclusivamente da quantidade de íons do limão e da área superficial das placas. Quanto maior a área da placa de zinco dentro do limão, mais íons de zinco se formarão e e seus elétrons migrarão para o limão. Na placa de cobre, quanto maior a área de superfície, mais íons H+ poderão receber elétrons.
    É importante que os elétrons cheguem aos íons H+, pois senão eles se concentram na placa de cobre. Isto criaria uma repulsão em relação aos elétrons que estão vindo da placa de zinco, cessando assim a corrente.
Tabela do Material
Item
Observações
Limão
O limão deve ser grande com bastante líquido interior e o mais ácido possível. Neste experimento foi usado o limão do tipo Taiti.
Plaqueta de cobre
O cobre pode ser encontrado em casa de material elétrico ou casa de materiais para construção. O mais indicado é usar uma placa retangular de cobre. Porém, o cobre pode ser encontrado em forma de cano ou de fio.
Plaqueta de Zinco (ou alumínio)
O zinco pode ser encontrado em casa de material elétrico. Neste experimento usamos um pedaço de calha (material usado pela construção civil para o escoamento da água da chuva do telhado para o chão). A calha é galvanizada, ou seja, é um metal recoberto por uma camada de zinco. Como a reação entre o zinco e o limão é superficial a calha é suficiente para a realização do experimento.
Fio de cobre para conexão
O fio é do tipo comum, desde que seja fino para facilitar a conexão com o relógio
Multímetro ou Relógio Digital
O relógio é do tipo digital. De preferência destes descartáveis, pois são mais baratos. Maaasss se não quiser, não precisa levar o relógio, pois eu (Luziane) vou trazer um multímetro para as apresentações.

Montagem

  • O fio deve ter suas pontas desencapadas ou raspadas para poder fazer as conexões.
  • Faça um furo em cada placa metálica e em cada uma conecte um pedaço de fio.
  • Corte o limão transversalmente ao seu comprimento a mais ou menos 1/4 do seu comprimento a partir de uma das extremidades. A medida de 1/4 é aproximada. Na realidade, o corte deve ser feito de tal modo que propicie a inserção da maior área superficial possível de eletrodos.
  • Espeta-se no limão as placas paralelamente, não deixando que elas se toquem.
  • Encoste ou conecte as pontas dos fios que saem das placas nos polos positivo e negativo do relógio digital (ou multímetro). Nesta parte da montagem é preciso testar a relação das polaridades, pois na maioria das vezes, os relógios não informam qual é o pólo positivo ou o negativo. De qualquer forma, pode-se inverter a ordem dos contatos, caso a primeira tentativa falhe. Por outro lado, sabe-se a polaridade das placas: da placa de zinco, saem os elétrons, então ela é o pólo negativo da pilha de limão e deve ser conectada no pólo positivo do relógio. A placa de cobre é o pólo positivo e deve ser conectado ao pólo negativo do relógio.
Comentários

Antes de tudo, queremos deixar claro que este é um experimento muito citado e pouco explicado. Porém, após a montagem final, cremos que chegamos a um conjunto satisfatório. Nestes comentários, encontram-se os resultados de nossas experiências.

  • É preciso respeitar a polaridade, para que o relógio reaja à corrente elétrica, ou seja se a polaridade estiver invertida, o relógio não acenderá seu mostrador.
  • Neste experimento não usamos uma lâmpada para verificar a passagem de corrente elétrica pois o limão não fornece uma corrente suficiente para isto. Então usamos o relógio, que em geral, funciona com pouca corrente elétrica (baixa potência). Além do relógio, caso se possua, pode ser usado um amperímetro para verificar a passagem de corrente elétrica.
  • o funcionamento do experimento está diretamente ligado à:
    • Tipo do limão.
      • quantidade de íons (acidez de seu suco);
    • Qualidade das placas utilizadas.
      • qualidade da camada de zinco e cobre das placas;
      • oxidação e sujeira são resistivos à passagem de elétrons;
    • Qualidade do relógio escolhido.
      • nem todos os relógios funcionam com a mesma corrente ou tensão. Caso o relógio escolhido necessitar de mais corrente ou tensão do que o limão está oferecendo, será preciso aumentar a capacidade da pilha de limão;
      • A intensidade da corrente elétrica está diretamente ligada à área das placas. Então, caso seja necessário aumentar a capacidade da pilha de limão, comece tentando aumentar as áreas (área inserida no limão) das placas. Essa foi a maior dificuldade que enfrentamos.
      • Se não for possível aumentar as áreas úteis das placas, pode-se optar por fazer uma associação de pilhas, ou seja conectar duas ou mais pilhas de limão em série. Para construir uma associação de duas pilhas de limão por exemplo, é preciso dois limões, duas placas de cobre, duas placas de zinco e três pedaços de fio elétrico. Proceda da seguinte maneira: espete uma placa de zinco e uma de cobre em cada um dos limões. Conecte com um pedaço de fio a placa de zinco de um limão com a placa de cobre do outro. Assim, um dos limões terá uma placa de zinco sobrando e o outro uma placa de cobre. Em cada uma destas placas, conecte um pedaço de fio. E por fim conecte as extremidades livres dos fios ao relógio.
  • Não é fácil fazer a conexão dos fios de cobre que saem das placas ao relógio, pois os contatos do relógio são extremamente pequenos. Neste aspecto, pode-se optar por pedir ajuda a um colega, para que ele fique encostando os fios manualmente nos contatos. Outra possibilidade é pedir ajuda a alguém para que solde um pedaço de fio a cada contato do relógio. Assim você ficará com um dispositivo fixo. Uma última sugestão é comprar agarras próprias, que serão conectadas nos fios, para agarrarem os pequenos contatos dos relógios. Esta agarra é conhecida como "jacaré", e é encontrada em lojas de material elétrico ou autoelétricos.

Esquema Geral de Montagem:

OLHEM ESSE VÍDEO, EXPLICA BEM MELHOR COMO FAZER A PILHA COM LIMÃO:

http://www.youtube.com/watch?v=gkzpWiFrLL0

E QUE TAL USAR BATATAS (!!!) PARA LIGAR SEU MP3???

http://www.youtube.com/watch?v=UITg1stDWno&feature=related


3. MATERIAIS CONDUTORES E ISOLANTES DE ELETRICIDADE

Acende ou Não


Objetivo
    Os materiais se classificam em condutores ou isolantes, dependendo da sua capacidade de conduzir ou não eletricidade.
    Nosso objetivo é mostrar que com um simples experimento, podemos testar diversos materiais comuns e descobrir quais deles conduzem ou não corrente elétrica.
Contexto
    Os condutores de eletricidades são materiais que possuem elétrons livre em seu interior. Estes elétrons quando submetidos a uma diferença de potencial elétrico, se movem sob o efeito deste potencial. Por exemplo, os metais.
    Já nos isolantes, as cargas elétricas do material estão em equilíbrio, atraíndo-se mutuamente. Portanto não há elétrons livres para compor o movimento. Por exemplo, os plásticos ou borrachas.
Idéia do Experimento
    Se fizermos fluir uma corrente elétrica em um circuito muito simples com uma pilha e uma lâmpada, esta acenderá. Se o circuito for interrompido a lâmpada apagará.
    Então se a interrupção for preenchida com algum tipo de material condutor, a corrente elétrica será restabelecida e a lâmpada acenderá. Já no caso contrário, quando o material que for usado para fechar o circuito não tiver a propriedade de conduzir eletricidade, a lâmpada não acenderá.
    Com esse método é possível identificar e classificar os materiais em isolantes e condutores.

Tabela do Material

Item
Observações
Um pedaço de fio condutor
Aproximadamente 10 cm de fio elétrico comum. Pode ser encontrado em casa de materiais elétricos ou eletrônicos ou então retirados de aparelhos elétricos ou eletrodomésticos fora de uso.
Pilha
Uma pilha comun de 1.5 Volts será o suficiente.
Uma lâmpada de lanterna
De preferência de 1.5 Volts.
Materiais
Vários tipos de materiais poderão ser usados:
-Metais (pregos, pedaço de fios elétricos, arame, clips etc).
-Plásticos (réguas escolares, sacos de lixo, sacolas de supermercado, parte exterior de canetas, borrachas de apagar, pedaço de borracha de câmara de ar de bicicletas etc).
-Objetos caseiros (cinzeiros, pedras etc).
Porta Pilhas e Fios de Conexão (jacaré) Estes equipamento são opcionais. O funcionamento do experimento não será prejudicado na falta destes.

Montagem

  • Descasque as pontas de dois pedaços de fios elétricos.
  • Ligue um pedaço de fio numa extremidade de uma pilha, por exemplo polo positivo.Veja figura (a).
  • Ligue outro pedaço de fio à outra extremidade da pilha, (se você usou a sugestão acima agora será o negativo) e a um polo de uma lâmpada, por exemplo amarre na rosca da lâmpada. Veja figura (b).
  • Encoste a extemidade do fio que está livre no outro contato da lâmpada (ponto metálico na parte de baixo da lâmpada), para testá-la. Ela deve acender.
  • Coloque o fio que está encostado no ponto metálico sobre uma mesa. Sem que encoste na lâmpada.
  • Sobre o fio que está na mesa, coloque algum dos materiais escolhidos.
  • Sobre o material que está sobre o fio encoste o contato da lâmpada (ponto metálico no fundo da lâmpada), para fechar a conexão do circuito.
  • Verifique se os contatos estão bem feitos e então verifique se a lâmpada acendeu ou não.

Comentários:
  • Use fita adesiva para prender o fio na pilha.
  • O pedaço de fio elétrico que ficará fixo entre uma extremidade da pilha e a lâmpada, deverá ter um pedaço maior de fio descascado na extremidade que ligará a lâmpada, para que seja possível amarrá-lo na rosca da lâmpada.

Esquema Geral de Montagem:

4. EFEITO JOULE

Efeito Quente


Objetivo
    O objetivo deste experimento é mostrar uma propriedade física de determinados materiais: a transformação de energia elétrica em energia térmica, conhecida como Efeito Joule.
Contexto
    A energia possui a característica de poder existir sob várias formas e ser transformada de uma forma para outra. Por exemplo, a energia mecânica que se transforma em energia elétrica numa usina hidrelétrica ou a transformação de energia elétrica em energia térmica numa resistência de chuveiro.
    A transformação de energia pode ser em alguns casos bem vinda, e em outros não. Por exemplo: para um automóvel em movimento, a transformação da energia cinética em atrito, em função da resistência do ar não é bem vinda. Já a transformação de energia elétrica em calor na resistência de um chuveiro num dia de frio, é muito bem vinda.

    Muitos aparelhos que utilizamos no nosso dia-a-dia têm seus funcionamentos baseados no Efeito Joule, alguns exemplos são:

Lâmpada: um filamento de tungstênio no interior da lâmpada é aquecido com a passagem da corrente elétrica tornando-se incandescente, emitindo luz.

Chuveiro: um resistor aquece por Efeito Joule a água que o envolve.

São vários os aparelhos que possuem resistores e trabalham por Efeito Joule, como por exemplo, o secador de cabelo, o ferro elétrico e a torradeira.

Outra aplicação que utiliza esta teoria é a proteção de circuitos elétricos por fusíveis. Os fusíveis são dispositivos que têm com objetivo proteger circuitos elétricos de possíveis incêndios, explosões e outros acidentes. O fusível é percorrido pela corrente elétrica do circuito. Caso esta corrente tenha uma intensidade muito alta, a ponto de danificar o circuito, o calor gerado por ela derrete o filamento do fusível interrompendo o fornecimento de energia, protegendo o circuito.


Idéia do Experimento
    Uma das maneiras que temos para a verificação do Efeito Joule é usando o sentido do tato. Para isso basta construir um circuito elétrico muito simples, composto de uma fita de papel alumínio e uma pilha comum de 1,5 volts.
    Ao ligar as duas extremidades da fita de papel alumínio nos polos da pilha, estabelece-se uma corrente elétrica. Depois de um certo tempo a fita se aquece devido à passagem da corrente elétrica. Este aquecimento é pequeno e só é possível verificá-lo usando o sentido do tato, numa região do corpo sensível a pequenas temperaturas. Como por exemplo, as costas da mão, o pulso etc.
    Outra maneira de se demonstrar o Efeito Joule, é ligando-se dois fios às extremidades de uma pilha. Ao se encostar as extremidades livres dos fios em um pedaço de palha de aço fina (BOM-BRIL por exemplo), a palha de aço é aquecida, pelo efeito Joule, e incandesce, queimando toda.
    A corrente elétrica em um filamento de palha de aço o aquece. Por ele ser muito fino, ele então queima. Como a palha de aço é um emaranhado de filamentos, um queima o outro sucessivamente até que todo o pedaço de palha esteja queimado.

Tabela do Material

Item
Observações
Palha de aço
Quanto mais fina for a expessura dos fios da palha de aço, melhor. Os usados para lavar louças de cozinha são bons.
Pilha
Uma pilha comum de 1.5 Volts será suficiente.
Papel alumínio
Papel alumínio comum, usado na cozinha.
Fio para conexões
O fio deve ser fino e condutor de eletricidade. Estes fios podem ser encontrados em aparelhos eltétrico-eletrônicos velhos. Ou podem ser comprados em casa de material elétrico ou eletrônicos.
Porta Pilhas e Fios de Conexão (jacaré) Estes equipamento são opcionais. O funcionamento do experimento não será prejudicado, na falta destes.

Montagem

Para a verificação do Efeito Joule com o papel alumínio (veja Figura A):

  • Recorte uma fita de papel alumínio de aproximadamente 3 mm por 10 cm ( comprimento suficiente para ligar os polos da pilha);
  • Ligue as extremidades da fita de alumínio e aguarde uns dois minutos;
  • Sinta pelo tato se houve aquecimento da tira de papel alumínio.

Para a verificação do Efeito Joule com palha de aço (veja Figura B):

  • Ligue um pedaço de fio numa extremidade de uma pilha;
  • Ligue outro pedaço de fio à outra extremidade da pilha;
  • Pegue um pedaço pequeno de palha de aço e coloque-o no chão;
  • Encoste as extremidades livres do fio na palha de aço, próximos um do outro.
Comentários
  • Para fazer com que a palha de aço se queime, é preciso que ao encostar os fios na palha de aço os fios estejam bem próximos e, caso a palha de aço não se queime com apenas uma encostada, faça pequenos movimentos com os fios, mantendo sempre um distância pequena entre eles.
  • Na montagem da palha de aço, tome o cuidado de não apoiá-la em algum lugar que possa pegar fogo como tapetes, carpetes, madeira, compensados, plásticos etc ou tampouco próximo a inflamáveis como álcool, querosene, gasolina, bebida destilada, óleo, perfumes, desodorantes etc. Recomenda-se que se faça sobre um piso (ou mesa) de cimento ou pedra, como o chão de uma cozinha, ou sobre pia de mármore. Verifique sempre se não há algo que possa queimar por perto.
  • Não queime a palha de aço onde haja corrente de vento forte, ou algum ventilador ligado. O vento pode fazer com que a palha de aço voe, por ser muito leve. Ou ainda fazer com que faíscas soltem durante uma rajada de vento.
  • Nas duas montagens o consumo da pilha é alto, pois a corrente elétrica não tem resistência no percurso, ou seja, o circuito está em curto. Por isso, é aconselhável não deixar o circuito fechado por muito tempo desligando-o a cada demonstração. Outra maneira de resolver este problema é colocar uma resistência no circuito. Uma lâmpada de lanterna seria um bom resistor, mas então serão necessárias duas pilhas, visto que uma lâmpada necesita de no mínimo de 1,5 volts.

Esquema Geral de Montagem:

OU ENTÃO...

Coloque as três pilhas em série e conecte uma extremidade de cada fio nas extremidades da série de pilhas. Coloque a palha de aço em um local onde não possa ocorrer a propagação de chamas (em algum piso não inflamável). Encoste as duas extremidades dos fios na palha de aço, fechando o circuito e estabelecendo a passagem da corrente elétrica. Esta corrente elétrica aquece os fios de palha por Efeito Joule e, por serem muito finos, tornam-se incandescentes e pegam fogo.


Assista o vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=zgDCMfWrNrM

5. ASSOCIACÃO DE RESISTORES

Associações de Resistores


Objetivo
    Este experimento se presta a dois tipos de abordagem:
    Para os alunos que nunca viram como funciona uma associação de resistores, o objetivo é tão somente ilustrar o papel dos resistores num circuito elétrico e também a forma como estes resistores podem ser arranjados dentro do circuito. Pois estes se comportam de maneira diferente quando se muda o tipo de arranjo. Os dois tipos de arranjo possíveis, com dois resistores, serão ilustrados e comparados neste experimento: são o arranjo ou associação de resistores em paralelo e em série.
    Já para aqueles alunos, que já estudaram ou estão estudando eletricidade, nosso interesse é reverter uma concepção bastante comum, porém incorreta que os alunos tem. É comum entre os alunos a idéia de que uma bateria de tensão constante, como uma pilha comum, libera para qualquer tipo de circuito a mesma corrente. Ou seja, grande parte dos alunos acham que uma bateria libera uma corrente constante, o que não é verdade. Na realidade uma bateria libera para o circuito uma corrente apropriada, que depende da necessidade de cada circuito.
Contexto
    Os resistores de um circuito podem ser combinados em paralelo ou em série.
    Quando a combinação é feita em paralelo temos que a tensão (ou diferença de potencial elétrico) entre os terminais das resistências será a mesma, mas a corrente elétrica que percorre o circuito é dividida entre as resistências, de forma que a corrente elétrica total é a soma das correntes que passam pelos resistores.
    Já na associação em série, temos que a corrente entre os terminais das resistências será a mesma, mas a tensão sobre o circuito é dividida entre as resistências, de forma que a tensão total é a soma das tensões em cada resistor.
    Porém não se engane: a corrente elétrica fornecida pela bateria é diferente nos dois casos.
Idéia do Experimento
    Para aqueles que não tem noções de eletricidade, após a realização do experimento, fica claro que a intensidade luminosa é diferente nos dois tipos de associação. As lâmpadas brilham mais na associação em paralelo do que na associação em série.
    Para aqueles alunos que já estudaram um pouco de eletricidade, é possivel explicar esse fenômeno com uma explicação matemática.
    Sabemos que o potencial elétrico entre dois pontos de um circuito é igual ao produto do valor da resistência elétrica pela corrente elétrica daquele trecho (V=R.i). Sabemos também que o potencial gerado por uma bateria, neste caso uma pilha comum, é constante.
    Quando associamos os resistores em série, temos que a corrente que passa pelos pontos onde estão os resistores, será a mesma em todo o circuito (veja a figura a).
    A corrente que passa pelos resistores (trecho CD) é calculada tomando-se a tensão entre os pontos C e D e dividindo-se pela resistência total entre os mesmos pontos.
    A tensão no trecho CD é igual à tensão V entre os polos da bateria (AB). Já a resistência em CD vale R+R=2R. Assim, a corrente no trecho CD vale i=V/2R.
    Já quando associamos os resistores em paralelo, temos que a corrente que sai da bateria ao chegar no nó da associação, se divide em duas: i1 e i2. E como neste caso o valor da resistência é igual para cada resistor (são usadas duas lâmpadas iguais), a intensidade da corrente em cada ramo do circuito será a mesma (veja figura b).
    A corrente que passa pelo resistor do trecho CD é calculada da mesma forma que na associação em série. A tensão no trecho CD é igual a tensão V entre os polos da bateria (AB). Já a resistência em CD vale R. Assim, a corrente no trecho CD vale i1=V/R.
    Analogamente, a corrente que passa pelo resistor do trecho EF é calculada da mesma forma que na associação em série. A tensão no trecho EF é igual à tensão do trecho CD, que é igual à tensão V entre os polos da bateria (AB). Já a resistência em EF vale R. Assim, a corrente no trecho EF vale i2=V/R.
    Com esta análise matemática podemos concluir que a corrente que atravessa cada resistor, quando associados em série é igual a V/2R e quando associados em paralelo é igual a V/R. Ou seja, a intensidade da corrente elétrica em cada lâmpada da associação em série é a metade da intensidade da corrente elétrica em cada lâmpada da associação em paralelo. Daí resulta que cada lâmpada individualmente brilha mais na associação em paralelo do que na associação em série, visto que o valor da intensidade da corrente elétrica que atravessa cada uma delas na associação em paralelo é maior.
    Podemos finalizar observando que a corrente elétrica total fornecida pela bateria é diferente nas duas associações. Para provar tal fato basta comparar a intensidade da corrente total do circuito nos dois casos: na associação de resistores em paralelo, temos duas corrente de valor V/R, totalizando uma corrente que tem que ser gerada pela bateria de 2V/R. E na associação de resistores em série temos uma corrente total fornecida pela bateria de intensidade V/2R. Comparando a intensidade destas corrente vemos que a intensidade da corrente elétrica na associação em paralelo é quatro vezes a intensidade da corrente elétrica na associação em série. (iparalelo = 4.isérie).
Tabela do Material
Item
Observações
Duas lâmpadas de lanterna (1.2V ou 1.5 V)
Se não houver lâmpadas pequenas, poderão ser utilizadas outras lâmpadas, mas a voltagem da bateria deve ser condizente com a voltagem das lâmpadas, ou seja, não pode ser muito inferior pois corre-se o risco de não acender as lâmpadas e nem muito superior para não queimá-las.
Duas pilhas de 1.5 V

Fios para conexão

Montagem em Série e em Paralelo

  • Una duas pihas de 1.5 V. Se você não possui um suporte apropriado, prenda as pilhas sobre uma mesa com fita adesiva, de tal modo que o polo negativo de uma esteja em contato com o positivo da outra. Prenda também com fita adesiva os fios nos polos positivo e negativo das pilhas
  • Ligue com fios todos os polos da associação de pilhas e lâmpadas de acordo com os esquemas das figuras a) e b).


Esquema Geral de Montagem:


Dê uma olhada nesse vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=_mMbrQUxJsg

6. ASSOCIAÇÃO DE PILHAS

Associação de Pilhas


Objetivo
    Neste experimento mostramos como é possível fazer associações ou arranjos de pilhas (geradores de energia) em circuitos elétricos e suas aplicações.
Contexto
    Pilhas são um dos vários tipos de geradores que podem fazer parte de circuitos elétricos. Por exemplo, uma associação de pilhas que resulte numa diferença de potencial (ddp) de 12 Volts, tem o mesmo efeito que uma bateria de 12 Volts neste mesmo circuito, embora não tenha a mesma durabilidade.
    Por causa desta equivalência usamos neste experimento pilhas de 1,5 V ao invés de outro tipo de gerador. Logo, ao ler pilha neste experimento, entenda que ela pode ser substituída por outro gerador equivalente, até mesmo uma usina.
    O comportamento e os resultados destes geradores num circuito elétrico muda de acordo com o tipo de associação. Os dois tipos de associações básicas são: a associação de pilhas em paralelo e a associação de pilhas em série (veja as figuras abaixo).
    É uma idéia comum que uma bateria de tensão constante, como uma pilha, libera para qualquer tipo de circuito a mesma corrente elétrica. Ou seja, a idéia é de que uma bateria libera uma corrente constante, o que não é verdade. Na realidade uma bateria libera para o circuito uma corrente apropriada, que depende da necessidade de cada circuito.
    Quando a combinação é feita em paralelo temos que a tensão ou ddp entre os terminais dos geradores é igual à tensão de cada pilha. Mas a corrente elétrica que percorre o circuito é dividida entre os geradores, de forma que a corrente elétrica total é a soma das correntes que são liberadas por cada gerador. Já na associação em série, temos que a corrente entre os terminais dos geradores é igual à corrente de cada pilha. Mas a tensão sobre o circuito é a soma das tensões em cada gerador. Então não se engane: a corrente elétrica fornecida por cada pilha é diferente nos dois casos.

Idéia do Experimento
    Numa associação em série, duas pilhas são conectadas de forma que o polo positivo de uma se ligue ao polo negativo da outra e os polos da extremidade estão livres para se conectarem ao circuito, como mostra a parte "Associação em série" da figura abaixo.
    Nesta associação, a ddp é a soma do potencial individual de cada pilha ou seja, 3.0 V e a corrente total "it" fornecida ao circuito tem valor igual às correntes que saem de cada pilha, nesta associação.
    Numa associação em paralelo, duas pilhas são conectadas de forma que o polo positivo de uma se ligue ao polo positivo da outra e o mesmo acontece com os polos negativos. E destes polos saem as pontas que se ligarão ao restante do circuito, como mostra a parte "Associação em paralelo" da figura abaixo.
    Nesta associação, a ddp resultante da associação é igual em valor da ddp individual de cada pilha. A corrente elétrica total "it" fornecida ao circuito é dividida entre as pilhas de forma que somando-se a corrente que cada pilha fornece ao circuito se tem a corrente total consumida pelo circuito.
    Logo, estas associações possuem características distintas. Numa temos uma soma de potenciais e na outra um potencial constante. Ou seja, se num circuito for necessário um potencial alto, associa-se pilhas em série e se num circuito for necessário um longo período de funcionamento, associa-se pilhas em paralelo.
    Neste experimento o circuito foi composto de duas pilhas idênticas de 1,5 V e uma única lâmpada de 3 V. Como mostra a figura da Seção Esquema Geral de Montagem.
    Se associarmos as pilhas em série forneceremos à lâmpada um potencial de 3 V, e como a lâmpada é de 3 V seu funcionamento será pleno e a intensidade da luz emitida também.
    Já se associarmos as pilhas em paralelo e ligarmos à lâmpada de 3 V, esta associação fornecerá metade do potencial exigido pela lâmpada e conseqüentemente metade da corrente exigida para seu funcionamento normal. Com isso, a intensidade da luz emitida será menor do que na associação em série. Em compensação, a lâmpada ficará bem mais tempo acesa.

Tabela do Material

Item
Observações
Um pedaço de fio condutor
Fio elétrico para conexão.
Pilha
Serão necessário 2 pilhas comuns, de 1,5 Vcada.
Uma lâmpada de lanterna
De 3 V.

Montagem

  • Montagem em Série:
    • Una duas pihas de 1.5 V, prendendo-as sobre uma mesa com fita adesiva de tal modo que o polo negativo de uma esteja em contato com o positivo da outra, como mostra a Figura A.
    • Corte dois pedaços de fios elétricos e desencape cerca de dois centímetros de cada extremidade.
    • Prenda com fita adesiva um fio elétrico em cada um dos polos das extremidades da associação.
    • Ligue a extremidade livre de cada fio elétrico nos contatos da lâmpada.
  • Montagem em Paralelo:
    • Una duas pihas de 1.5 V, prendendo-as sobre uma mesa com fita adesiva de tal modo que suas laterais estejam juntas e seus polos estejam voltados para o mesmo lado, como mostra a Figura B.
    • Corte dois pedaços de fios elétricos e desencape cerca de dois centímetros de uma extremidade e 4 centímetros da outra.
    • Prenda com fita adesiva a extremidade mais desemcapada de um dos fios elétricos nos polos positivos da associação. Prenda de modo que a parte desemcapada encoste nos dois polos positivos da associação simultaneamente. Repita o mesmo para os polos negativos da associação.
    • Ligue a extremidade livre de cada fio elétrico nos contatos da lâmpada.

Esquema Geral de Montagem:



7. CAMPO MAGNÉTICO

Mapeamento de Campo Magnético

Objetivo
    Mostrar as configurações e propriedades dos campos magnéticos.


EXPERIMENTO ENCONTRADO PELO ERIC BOMBO (303)

Olhem que jóia esse vídeo que ele encontrou no youtube:
http://www.youtube.com/watch?v=E0fWYJKGoLs

Lembrando que xarofe de glucose é encontrado em supermercados e casas de confeitaria.




Contexto
    Determinados materiais apresentam propriedades magnéticas. Por propriedade magnética se entende a capacidade que um objeto tem de atrair outros objetos. Na interação entre dois objetos feitos de materiais magnéticos há também a possibilidade de repulsão entre eles. Os materiais que naturalmente apresentam propriedades magnéticas são chamados de ímãs. Convém notar que esses fenômenos de atração e repulsão podem também ser observados em materiais não magnéticos. Por exemplo, entre dois objetos carregados elétricamente. Porém, mesmo que carregados elétricamente, materiais não magnéticos não interagem com materiais magnéticos.
    Em geral, propriedades elétricas ou magnéticas estão associadas a classes de materiais diferentes.
    Uma outra forma de distinguir o tipo de fenômeno é conhecendo-se um dos materiais envolvidos. Sabemos que um ímã natural possui propriedades magnéticas: então todos os materiais que ele atrair ou repelir também terão propriedades magnéticas.
    As propriedades básicas observadas em materiais magnéticos são explicadas pela existência de dois polos diferentes no material. A esses polos se dão os nomes de polo norte e sul. Polos de mesmo tipo se repelem e polos de tipos opostos se atraem. A esta configuração de dois polos dá-se o nome de "dipolo magnético". O dipolo magnético é a grandeza que determina quão forte é o ímã e sua orientação espacial pode ser represenada por uma flecha que aponta do polo sul para o polo norte.
    As propriendades magnéticas dos materiais tem sua origem nos átomos, pois quase todos os átomos são dipolos magnéticos naturais e podem ser considerados como pequenos ímãs, com polos norte e sul. Isto é algo que decorre de uma somatória de dipolos magnéticos naturais dos elementos básicos da matéria (o "spin") com o movimento orbital dos elétrons ao redor do núcleo (pois este movimento cria um dipolo magnético próprio).
    Para cada material, a interação entre seus átomos constituíntes determina como os dipolos magnéticos dos átomos estarão alinhados. Sabe-se que dois dipolos próximos e de igual intensidade anulam seus efeitos se estiverem alinhados anti-paralelamente; somam seus efeitos se estiverem alinhados paralelamente.
    Assim, teremos os seguintes casos:
  • Se os dipolos, sob qualquer condição, permanecerem desalinhados, apontando em direções aleatórias, há um cancelamento geral dos efeitos dos dipolos e o material não apresenta nenhuma propriedade magnética macroscopicamente observável (material não-magnético).
  • No caso dos dipolos estarem todos alinhados, temos um material chamado ferromagnético permanente (ímã natural).
  • Se os dipolos somente se alinharem na presença de um outro ímã, temos três casos:
    • material ferromagnético: o ímã externo, ao atrair um dos polos de cada um dos átomos do material ferromagnético, termina por alinhar todos os dipolos magnéticos deste. Com todos os seus dipolos magnéticos alinhados, o ferromagnético, para todos os efeitos comporta-se como um ímã natural. O resultado final é que o material ferromagnético é atraído pelo ímã natural. O ferro, o níquel e o cobalto são alguns exemplos de materiais ferromagnéticos.
    • material paramagnético: o alinhamento é similar ao caso ferromagnético, porém de intensidade aproximadamente 1000 vezes menor. Por isso também não é de fácil observação. O resultado final é que o material paramagnético é muito fracamente atraído pelo ímã natural. O vidro, o alumínio e a platina são alguns exemplos de materiais paramagnéticos.
    • material diamagnético: além de causas diferentes, macroscopicamente é o caso oposto do paramagnético. O resultado final é que o material diamagnético é muito fracamente repelido pelo ímã natural. No fundo, todo material é diamagnético; só que na maioria dos casos o ferromagnetismo (permanente ou não) ou o paramagnetismo são mais fortes que o diamagnetismo. A água, a prata, o ouro, o chumbo e o quartzo são alguns exemplos de materiais diamagnéticos.
    Convém ressaltar que o alinhamento nunca é total, nem em número de dipolos e nem na direção de cada um deles; trata-se de médias.
    De acordo com um dos primeiros pesquisadores do magnetismo, Michael Faraday, o campo magnético é a região do espaço na qual se realiza a interação magnética entre dois objetos que apresentam propriedades magnéticas. E as linhas de campo são as linhas imaginárias que mapeiam o sentido deste campo em torno dos objetos. Ou seja, elas indicam a direção da atração ou repulsão magnética num ponto do espaço sob a influência de objetos magnetizados. As linhas de campo apontam do polo norte para o polo sul.
    A atração ou repulsão entre dois objetos magnetizados é intermediado pela ação do campo magnético. Por outro lado, pode não haver atração ou repulsão entre dois objetos magnetizados, mesmo havendo entre eles campo magnético. Isto ocorre porque o campo magnético de um ímã enfraquece conforme aumenta a distância a ele. Então, dependendo da distância que separam os ímãs, o campo magnético não é forte o suficiente para, por exemplo, vencer o atrito que existe entre cada ímã e a superfície de uma mesa sobre a qual eles estejam colocados.
Idéia do Experimento
    Para verificarmos a existência e a configuração dos campos magnéticos, podemos estudar suas Linhas de Campo, fazendo um experimento simples usando ímãs e limalha de ferro.
    O ferro é um material ferromagnético e portanto seus dipolos magnéticos se alinham na presença de um ímã (na presença de um campo magnético externo). Neste caso, a limalha passa a se comportar como um ímã natural, enquanto estiver na presença de um campo.
    Como a limalha de ferro tem pouca massa, ela não apenas alinha seus dipolos magnéticos como também ajusta-se na direção do campo externo, "desenhando" assim sua distribuição e direção em torno do ímã. Isto ocorre pois o campo magnético é mais forte em alguns pontos do que em outros e uma ponta da limalha é puxada com mais força do que a outra, acabando por alinhá-la com o campo. Além disso, a "cauda" de uma limalha tende a se grudar com a "cabeça" de outra, como dois ímãs normais.
    O campo magnético de um ímã pode atravessar alguns materiais, como o papel, o plástico e até mesmo um tábua de madeira não muito espessa.
    Por isso, se colocarmos um ímã sobre um pedaço de papel e sobre ele pulverizarmos limalha de ferro, estas se alinharão com o campo magnético deste, revelando assim o desenho das linhas de campo. Isso também ocorrerá se o ímã estiver sob o papel.
    É interessante que se faça o mapeamento de campo magnético de ímãs com formatos diferentes, para que se possa entender que a distribuição espacial do campo magnético depende entre outras coisas do formato do ímã.
    Nós usamos um íma em formato de barra ou cilindro com o campo longitudinal para podermos visualizar uma distribuição de campo magnético do mesmo tipo do da figura acima.
Tabela do Material.
    Item
    Observações
    Ímã
    Ímãs são encontrados em alto falantes, ferro velho, lojas de materiais elétricos, em alguns brinquedos, em objetos de decoração como os ímãs de geladeira, etc.
    Limalha de Ferro Limalha de ferro pode ser conseguida em ferro velho, serralherias, ou na terra (aquele rastro cinza que se observa geralmente depois de uma chuva em alguns terrenos, é limalha de ferro da própria terra e pode ser recolhida com o auxílio de um ímã). Caso não seja encontrado nestes lugares, pode-se fabricar limalha de ferro limando um pedaço de ferro ou prego.
    Papel Uma folha de papel, de preferência da cor branca, ou a mais clara possível, pois isso ajuda na visualização das linhas. O papel também é útil para o recolhimento da limalha depois de ter feito o experimento. Pode ser uma folha de caderno, uma folha de papel sulfite ou cartolina, etc.
Montagem
  • Coloque um ímã sobre ou sob uma folha de papel.
  • Pulverize limalha de ferro levemente sobre o ímã e em torno dele.
  • Observe a configuração das linhas de campo. Repita o experimento para outros formatos de ímãs que você tenha conseguido e para mais de um ímã sobre o papel ao mesmo tempo.
Comentários
  • Ao pulverizar a limalha de ferro sobre o ímã ou sobre o papel, dê pequenos "petelecos" na folha. Isto faz com que as limalhas se desprendam da folha e se alinhem com o campo, dando melhores resultados. Pode também ser usado um pincel, passando-o levemente sobre as limalhas para que elas se desprendam do papel.
Esquema Geral de Montagem
Figuras ilustrativas das Linhas de Campo. Fonte: artigo de Michael Faraday (1791 - 1867), em "Experimental Researches in Eletricity", London: Dent, New York: Dutton [1922, 1914], onde:
Fig. 1 e Fig. 4 - representam as Linhas de Campo de um ímã em barra, semelhantes ao que usamos neste experimento.
Fig. 2 - representa as Linhas de Campo de um ímã cilíndrico com eixo N-S na direção longitudinal posicionado perpendiculamente à folha de papel.
Fig. 3 - representam as Linhas de Campo de dois ímãs cilíndricos com eixos N-S na direção longitudinal posicionados perpendicularmente à folha de papel.
Fig. 5 - representa as Linhas de Campo de um ímã cilíndrico com eixos N-S numa direção transversal posicionado perpendicularmente à folha de papel.
Fig. 6 - representam as Linhas de Campo de dois ímãs em barra com polos opostos unidos.
Fig. 7 - representam as Linhas de Campo de dois ímãs em barra com polos opostos separados.
Fig. 8 - representam as Linhas de Campo de uma montagem em forma de "L" de dois ímãs em barra, com polos iguais próximos.

8. CORRENTE ELÉTRICA E CAMPO MAGNÉTICO

Fio Cria Campo Magnético


Objetivo
    Neste experimento vamos mostrar que é possível criar um campo magnético com a eletricidade.
Contexto
    Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele um campo magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez por Hans Christian Orsted em abril de 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola defletia de sua posição de equilíbrio quando havia próximo a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente elétrica.
Idéia do Experimento
    Se fizermos fluir num fio condutor de eletricidade uma corrente elétrica, criaremos em torno deste fio um campo magnético. Para verificarmos se o campo magnético foi criado, basta aproximarmos este fio a uma bússola. O papel da bússola neste experimento é o de um aparelho de teste, que vem confirmar a existência ou não do campo magnético.
    Como sabemos, a agulha de uma bússola é um pequeno ímã, e como todo ímã é atraído ou repelido quando aproximado de outro ímã ou um campo magnético.
    Portanto, se o campo magnético foi criado no fio, ao aproximá-lo da bússola, sua agulha defletirá da sua posição, sendo esta atraída ou repelida por este fio.
    Com as infomações acima já é possível realizar este experimento e verificar que todo fio condutor, quando atravessado por uma corrente elétrica, cria em torno de si um campo magnético. Mas você perceberá que dependendo da posição do fio em relação à agulha da bússola, ela girará para um lado ou para outro; ou se invertermos o sentido da corrente, ela inverterá o sentido da deflexão.
    Caso as informações acima forem suficientes para você, passe para a leitura das Seções Tabela de Materiais e Procedimento de Montagem. Mas se você quer saber mais sobre este efeito magnético, e saber porque ora a agulha deflete para um lado ora para outro, continue lendo esta seção. Daqui por diante daremos uma explicação mais detalhada do campo magnético gerado por um fio condutor.
    Um ímã não interage com cargas elétricas estacionárias. Mas quando estas cargas estão em movimento, surge uma interação entre o ímã e o fio que as conduz. Isso se dá porque um fio condutor quando percorrido por uma corrente elétrica, gera em torno de sí um campo magnético, de mesma natureza que daquele de um ímã natural.
    Um ímã, como a agulha da bússola, possui dois polos magnéticos, norte e sul. Quando o campo magnético de dois ímãs naturais interagem, o polo sul de um ímã é atraido pelo polo norte do outro e vice e versa. Da mesma forma, polos iguais se repelem. Por isso, a agulha de uma bússola possui uma orientação preferencial: seus polos norte e sul estão sendo atraídos pelos polos sul e norte do campo magnético da Terra. Por convenção as bússolas apontam para o polo norte magnético da Terra. Assim, uma marca é feita no polo sul da agulha da bússola.
    Quando outro campo magnético, além do da Terra, se aproxima da agulha da bússola, este campo passa a interagir com esta, fazendo que sua agulha seja atraída ou repelida por este segundo campo. Por isso usamos a bússola como "verificador" da existência de um campo magnético, quando desconfiamos que algum objeto está imantado.
    Logo, se usarmos este raciocínio, podemos com a bússola verificar se há um campo magnético em torno de um fio condutor, quando por este passar uma corrente elétrica.
    Mas antes de verificarmos experimentalmente, devemos atentar para algumas informações importantes quanto às caracteristicas do campo magnético deste fio.

    Pela convenção do eletromagnetismo, a orientação das linhas do campo magnético é "saindo" do polo norte e "entrando" no polo sul. Veja a figura abaixo.

    • O campo magnético que se forma em torno do fio é circular, ou seja, podemos imaginar linhas de campo circulares concêntricas que tem uma determinada orientação.

    • Existe uma regra para descobrirmos qual é o sentido do campo magnético no fio condutor, ou seja, será possível descobrir para onde apontam as linhas de campo. Com isso, é possível prever para que lado irá girar a agulha da bússola quando interagir com o campo. Esta regra é conhecida com regra da mão direita, e funciona da seguinte forma: com o polegar apontando no sentido da corrente, que flue do polo positivo para o polo negativo da pilha, flexione os demais dedos fazendo um movimento circular no sentido de fechar a mão. O sentido do campo terá o mesmo sentido de rotação dos demais dedos. Ou seja, imagine que a ponta dos seus dedos, excluindo -se o polegar são setas que apontam para o norte. Então pode-se imaginar que a ponta de seus dedos irá repelir o norte e atrair o sul da agulha da bússola.como mostra a figura.

    • Agora, com estas informações, é possível endender o porquê que a agulha da bússola gira para um lado ou para outro, dependendo da forma como se aproxima o fio da agulha da bússola. E ainda entender por que a agulha da bússola gira para o sentido oposto quando inverte-se a polaridade da bateria (invertendo o sentido da corrente). Se a a agulha da bússola estiver em repouso, sem interferência de um campo magnético próximo, ela estará apontando no sentido norte-sul magnético da Terra, como já foi dito. Então, se raciocinarmos em termos de linhas de campo, e se a orientação das linhas de campo geradas pelo fio que atuam sobre a agulha estiverem apontando para o polo norte da agulha da bússola (que por sua vez aponta para o polo sul da Terra), esta será repelida pela ação deste campo magnético. E se estiver apontando para o sul da agulha, esta será atraída pela ação deste campo. Veja a figura abaixo.

    Para a verificação da deflexão da agulha da bússola, devido a influência do campo magnético gerado pelo fio condutor, coloque a parte reta do fio sobre a bússola no mesmo sentido da agulha, quando esta está em repouso em relação à Terra, antes de ligar a corrente elétrica. Veja a figura abaixo.

    Ao ligar o fio a uma pilha, uma corrente elétrica será estabelecida. Então a agulha da bússola vai tender a assumir uma direção ortogonal à direção do fio, acompanhando o campo do fio. Esta deflexão pode ser para um lado ou outro do fio, dependendo da direção em que está fluindo a corrente elétrica (regra da mão direita). Veja figura abaixo.
    O quanto a agulha vai defletir dependerá da intensidade do campo magnético gerado pelo fio. Logo, se a intensidade do campo magnético for pequena, a agulha fará uma pequena abertura e se a intensidade do campo magnético for alta, a agulha tenderá a ficar com uma abertura perpendicular ao fio. A intensidade do campo gerado pelo fio é diretamente proporcional à corrente que passa por esse. Não se recomenda trabalhar com correntes elétricas intensas, nem tampouco com grandes tensões. A corrente elétrica de uma ou mais pilhas comuns a uma voltagem de 1.5 volts cada são suficientes para a verificação experimental.
    Efeito similar se dá quando o fio ao invés de estar sobre a bússola no sentido norte-sul, estiver perpendicular à bussola. Neste caso a agulha permanece na mesma posição, ou a inverte completamente. E o raciocínio para verificar se o sentido de rotação da agulha da bússola é coerente, é aplicar a regra da mão direita.

Tabela do Material

Item
Observações
Um pedaço de fio condutor
Aproximadamente 10 cm de fio elétrico comum. Pode ser encontrado em casa de materiais elétricos ou eletrônicos ou então retirados de enrolamentos elétricos velhos. Ou retirados de aparelhos elétricos ou eletrônicos fora de uso.
Pilha
1 pilha comum de 1,5 volts será suficiente.
Bússola
Verifique o funcionamento da bússola antes de usá-la ou faça uma (veja a seção de comentários).
Porta Pilhas e Fios de Conexão (jacaré) Estes equipamento são opcionais. O funcionamento do experimento não será prejudicado, na falta destes.

Montagem

  • Coloque a bússola sobre uma mesa plana e longe da influência de campos magnéticos que não o terrestre, como o de alto-falantes, por exemplo.
  • Coloque o fio sobre a bússola, no sentido de sua agulha.
  • Ligue o fio na pilha.

Comentários

  • Tome cuidado com os alto-falantes, pois eles contém ímãs bastantes fortes e o campo gerado por eles atrapalhará o experimento, caso haja algum por perto.
  • Inverta a polaridade da pilha e veja a deflexão da agulha para o outro lado.
  • O consumo de pilha é alto, pois, a corrente elétrica não tem resistência no percurso, ou seja, o circuito está em curto. Por isso, é aconselhável não deixar o circuito fechado por muito tempo desligando-o a cada demonstração. Outra maneira de resolver este problema é colocar uma resistência no circuito. Uma lâmpada de lanterna seria um bom resistor, mas daí serão necessárias duas pilhas, visto que uma lâmpada necessita de no mínimo 1,5 volts.
  • Caso você não consiga uma bússola para a realização do experimento, é possível construir uma. Para isso você vai precisar de um copo comum com água, um agulha de costura fina, uma rolha e um ímã natural. Siga os passos seguintes:
  • 1-Primeiro deve-se imantar a agulha de costura, passando-se o ímã natural várias vezes na agulha de costura, sempre na direção do seu comprimento e no mesmo sentido. Para saber se agulha já está bem imantada, aproxime-a de algum objeto metálico e verifique se há atração ou repulsão.
    2-Corte uma fatia circular bem fina da rolha. Esta fatia de rolha serve para permitir que a agulha de costura possa flutuar sobre a água.
    3-Atravesse ou cole no disco circular de rolha já cortado, a agulha.
    4-Coloque o disco circular de rolha com agulha em um copo cheio de água.
    5-Verifique por algum método se sua bússola está funcionando, comparando a direção para onde a agulha está apontando com alguma referência. Sem outros campos magnéticos por perto, ela deve se orientar na direção norte-sul.
    6-Veja a figura de como fica a construção desta bússola.


Esquema Geral de Montagem:


9. MOTOR ELÉTRICO

Motor Elétrico


Objetivo
    Neste experimento vamos construir um sistema simplificado de motor de corrente contínua.Trata-se de uma aplicação de grande importância de eletricidade e magnetismo.
Contexto
    O motor elétrico funciona com base na repulsão entre imãs, um natural e outro não-natural, neste nosso exemplo.
Idéia do Experimento
    O imã não-natural neste experimento é uma bobina.
    O conveniente de se usar imãs não naturais num motor elétrico é a possibilidade de se manipular (inverter) os polos magnéticos.
    O funcionamento deste motor elétrico pode ser explicado em alguns passos (acompanhe pela figura abaixo):
    1) Num primeiro momento, os fios raspados estão em contato com as tiras e a corrente elétrica cria um campo magnético na bobina. Esta bobina por ter liberdade de rotação entra em movimento, para se livrar da repulsão do imã comum, que está fixo à sua frente.
    2) Em um quarto de volta, a bobina está parcialmente em contato com as tiras e o campo magnético começa a perder sua força. Não deixando assim que a atração do polo sul da bobina pelo polo norte do imã comum seja forte o suficiente para frear o movimento.
    3) Quando a bobina completa meia volta, começaria o processo inverso. Ou seja, deveria existir um campo atrativo entre a bobina e o imã. Mas isso só aconteceria se os contatos estivessem ligados. Este contato não é estabelecido, pois, esta atração frearia ou cessaria o movimento adquirido no primeiro momento.
    4) Completando-se mais um quarto de volta, o contato com as tiras começa a se reestabelecer e o campo magnético a ganhar força. Neste momento a bobina começa a ser repelida pelo imã comum. Dado o movimento que a bobina já possui, este ganha nova aceleração.
    5) Volta-se à posição inicial e o ciclo recomeça.
    Assim o processo continua periodicamente, enquanto existir corrente elétrica passando pela bobina.

Tabela do Material

Item
Observações
Um pedaço de fio de cobre esmaltado
Aproximadamente um metro de fio (nº26). Pode ser encontrado em casa de materiais elétricos ou eletrônicos ou então retirados de enrolamentos elétricos velhos.
Tiras de lata
Neste experimento foi utilizado presilhas de lata das pastas de cartolina que são vendidas em papelarias.
Pilhas
Acrescentar pilhas, ligadas em série, conforme a necessidade da montagem.
Imã
Quanto mais intenso for o campo magnético melhor. Pode ser retirado de alto falantes velhos ou encontrado em lojas de ferro velho.
Pedaço de madeira
Servirá como base para a montagem.

Montagem

  • Para fazer a bobina enrola-se o fio de cobre num cano ou qualquer outro objeto cilindrico, com cerca de 3 cm de diâmetro. Deve-se deixar livre duas pontas de aproximadamente 2 cm de comprimento, em cada extremidade.
  • A raspagem do esmalte do fio de cobre nas extremidades, deve ser feito da seguinte maneira: primeiro, deve-se raspar com uma lâmina todo o esmalte de uma das extremidades, dando uma volta completa. A outra extremidade, só é raspado o esmalte de meia volta do fio. Isso porque em um plano ambas extremidades estão raspadas, e em contato com as tiras, dando contato para a passagem de corrente elétrica. E consequentemente no outro plano, somente uma das extremidades em contato com as tiras estará raspada, não permitindo assim a passagem de corrente elétrica. E consequentemente não gerando campo magnético em torno da bobina.
  • Para fazer os suportes da bobina utiliza-se tiras de lata , dando-lhes o formato indicado na figura a seguir e prendendo-as a uma base de madeira;
  • Coloque a bobina sobre o suporte, verificando se ela pode girar livremente. Se isso não ocorrer, alinhe as extremidades da bobina de modo que elas fiquem bem retas e opostas e veja se as depressões nos suportes estão em linha reta, no mesmo nível e do mesmo tamanho;
  • Ligue com fios de cobre cada uma das lâminas do suporte a uma extremidade da(s) pilha(s), prestando atenção para não deixar a faixa esmaltada das extremidades da bobina em contato com o suporte.
  • Posiciona-se um imã sobre um suporte qualquer de forma que fique aproximadamente na mesma altura da bobina. Se o contato com a pilha for estabelecido e a bobina não girar, talvez seja preciso, no início, girar a bobina manualmente (dar um empurrãozinho).

Comentários

  • Dada a simplicidade do motor, para funcionar, ele é dependente das dimensões e materiais usados. Portanto, algumas tentativas talvez sejam necessárias até que o motor funcione adequadamente.
  • Outra característica deste motor é que há determinadas combinações de formas diferentes de se ligar os polos da bateria às tiras e mesmo da posição da espira sobre as tiras. Mas algumas poucas tentativas devem levar a uma das combinações corretas.


Esquema Geral de Montagem:


Dê uma olhada nesse vídeo, explica bem como se faz:

http://www.youtube.com/watch?v=Mdc4D8idxEs