5K10.21 Ímã cai através de uma bobina
Um ímã é solto verticalmente e atravessa uma bobina. A variação do fluxo magnético do ímã através da bobina gera uma força eletromotriz induzida na bobina que é medida com um sensor de tensão.
O sensor é conectado a um computador por meio de uma interface e o gráfico da tensão induzida na bobina em função do tempo é registrado em tempo real. Um tubo de vidro é colocado através da bobina para guiar o ímã durante a queda.
Essa demonstração pode ser repetida para mostrar que a força eletromotriz induzida aumenta nas seguintes situações.
a) Soltando-se o ímã de uma altura maior. O ímã atingirá maior velocidade e, consequentemente, maior será a variação do fluxo de campo magnético e, também, a força eletromotriz induzida.
b) Utilizando-se uma bobina com mais espiras.
c) Utilizando-se um ímã mais potente (maior magnetização).
Os resultados dessas medidas podem ser mostrados superpostos um gráfico (ver Fig. 1).
Fig. 1: Gráficos da força eletromotriz induzida em função do tempo obtidos quando o ímã é solto de diferentes alturas. Do maior para o menor pico de f.e.m., a altura foi diminuída de 15cm a partir de 1,0 m.
Mais informações
Nessa demontração, podem ainda ser discutidos vários detalhes que aparecem no resultado.
a) São observados dois picos no gráfico da f.e.m. induzida. O pico positivo corresponde ao intervalo em que o ímã está entrando na bobina e fluxo do campo magnético está aumentando. Ao passar pelo centro da bobina, não há variação de fluxo e a f.e.m. é nula. Ao sair, o fluxo diminui e a f.e.m. induzida é negativa.
b) A f.e.m. no pico negativo é maior que no pico positivo, pois, no movimento de queda livre, a velocidade do ímã ao sair da bobina é maior do que quando ele entra. Por razão semelhante, cada um dos picos não é simétrico em relação ao valor máximo.
Pode, ainda, ser discutida a questão de conservação de energia. Se os terminais da bobina forem ligados um ao outro ou a um resistor, haverá uma corrente elétrica induzida na bobina. De onde vem a energia para produzir essa corrente e como o movimento de queda do imã se altera nessa situação?
Referências
- Am. J. Phys. 72, 376 (2004), L. T. Wood et al, Faraday’s law, Lenz’s law, and conservation of energy.
Tempo de preparo: 15 a 30 minutos
