4300213 - Física Experimental III (2014)

A primeira parte do experimento III consiste em verificar algumas propriedades da Lei de Faraday. Para isto temos como objetivo, nesta semana:

1. Calibrar uma bobina sonda para mapeamento de campo magnético
   1. Determinar sua área efetiva a partir da Lei de Faraday
2. Mapear, utilizando esta bobina sonda, o campo magnético ao longo do eixo de simetria de um solenóide conhecido.

A bobina sonda a ser calibrada pode ser vista na figura 1. Calibrar a bobina sonda significa determinar sua área efetiva, \( A_{ef} = \bar{A}N \), onde \(\bar{A}\) é a área média de cada espira e \(N\) é o número de espiras na bobina. 

Figura 1 - bobina sonda a ser calibrada no experimento.

Para calibrar a bobina sonda utilizaremos um solenoide de geometria conhecida (número de espiras, raio, comprimento, etc.) de modo que podemos calcular o campo magnético no seu interior, conhecendo a corrente que flui nele. Um esquema da montagem é mostrado na figura 2.

Figura 2 - Montagem para calibrar a bobina sonda e para mapear o campo do solenoide.

O procedimento sugerido para calibrar a bobina é:

1. Monte o arranjo na figura 2. Se você tem dúvidas sobre como utilizar osciloscópios, sugerimos assistir às vídeo-aulas sobre o assunto, neste link.
2. Coloque a bobina sonda próximo ao centro do solenóide. Nesta região o campo é bem constante.
3. Aplique uma corrente harmônica no solenóide de frequência bem definida, na faixa de 1-10 kHz. Meça a amplitude de corrente no osciloscópio através de um resistor conhecido.
4. Meça a tensão induzida na bobina sonda.
5. Meça a diferença de fase entre a corrente no solenóide e a tensão induzida na bobina

A tensão induzida na bobina depende da amplitude de corrente no solenoide, que pode ser ajustada pelo gerador de áudio. Meça esta tensão induzida em função da amplitude de corrente, mantendo a frequência fixa. Faça os gráficos apropriados, ajuste os dados e extraia a área efetiva da bobina sonda.

Na segunda parte do experimento, temos como objetivo mapear o campo magnético em uma bobina de Helmholtz em função da posição ao longo do seu eixo de simetria. A bobina de Helmholtz é mostrada na figura 3. Usando o mesmo circuito da figura 2, substitua o solenoide pela bobina de Helmholtz. Meça a tensão induzida na bobina em função da posição da bobina ao longo do eixo da bobina de Helmholtz. Conhecendo a área efetiva da bobina, determine a amplitude de campo magnético ao longo deste eixo. Compare com a previsão teórica para a bobina de Helmholtz (dica: você pode obter esta previsão simplesmente somando os campos de duas espiras deslocadas ou utilizando o FEMM).

Figura 3 - Bobina de Helmholtz.