Campo de indução magnético criado por 2 condutores
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Descrição da experiència
[[File:||thumb|Como as correntes elétricas têm sempre um retorno aos geradores, as linhas de transmissão elétricas são equivalentes ao problema abordado nesta experiência.|right|border|236px]] O campo de indução magnética existe em todo o espaço que nos rodeia, quer pelo magnetismo natural terrestre e sideral quer criado pelo Homem. A partir de valores elevados pode ser prejudicial, principalmente para humanos com próteses eletrónicas (p.ex. pacemakers).
No entanto a maioria dos circuitos elétricos, incluindo as linhas de transmissão elétricas, são fechados ou seja, as correntes acabam por retornar à fonte (gerador ou bateria) por cabos muito próximos uns dos outros. É o que acontece nos nossos cabos domésticos onde os mais atentos certamente já repararam que andam sempre aos pares (o terceiro fio normalmente é a "terra" e não transporta energia, servindo apenas o propósito de proteção).
O objetivo desta experiência consiste em determinar o vetor do campo de indução magnética em vários pontos do espaço criado por dois condutores paralelos afastados entre si. O protocolo avançado sugere uma resolução matemática mais exigente duma bobine quadrada onde toda a geometria é tida em consideração.
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Ligações
- Video: rtsp://elabmc.ist.utl.pt/B_3D.sdp
- Laboratório: Básico em e-lab.ist.eu
- Sala de controlo: B_3D
- Nível: **
Quem gosta desta iniciativa
Aparato experimental
Esta experiência consiste em dois cabos paralelos de cobre por onde passa uma corrente elétrica geradora dum campo de indução magnético. O fluxo magnético gerado pelo campo é detetado numa micro-sonda de três eixos (pick-up coil) que permite reconstruir num plano préviamente selecionado a geometria vetorial magnética.
Na prática a corrente é circulada nos extremos pelo que a implementação real consiste numa bobine retangular onde um dos lados é subtancialmente maior do que os extremos.
| Lado menor | 98mm +/- 0.5mm |
| Lado maior | 454mm +/- 0.5mm |
| Numero de espiras | 20, (AWG 24) |
A micro-sonda é constituída por três bobinas quadrangulares desenhadas sobre um torreão de PVC com 5mm de lado e 10 espiras cada. Cada uma destas espiras encontra-se orientada segundo os 3 eixos ortogonais, sendo o sinal do campo magnético detectado e amplificado adequadamente. No final determina-se uma medida do fluxo magnético nesse pequeno volume. Refira-se que é usada uma excitação alternada da corrente (AC) para se poder desprezar a contribuição do campo magnético terrestre e outros campos espúrios (30kHz)e não sendo utilizado nenhum metal nas proximidades.
A experiência permite configurar o ângulo do observador com o plano dos cabos mais compridos e varrer segundo o eixo dos yy a distância a estes. Efetuando vários varrimentos é possível mapear a área em torno dos cabos. Um ângulo de 0º corresponde a posicionar a bobine na vertical (eixo dos xx) criando um campo principalmente segundo os zz e a 90º esta fica orientada no eixo dos zz pelo que o campo se orienta maioritáriamente segundo os xx. Na prática é a bobine rodada, sendo o deslocamento da micro-sonda sempre segundo o eixo dos zz.
Note-se finalmente que a micro-sonda desloca-se ligeiramente abaixo (10 mm) do plano médio definido pelos condutores para poder passar por estes ao ser efetuado o varrimento. Este fato tem grande importância no protocolo avançado na zona próxima aos condutores.
MEDEA
Esta experiência é utilizada no projeto MEDEA, uma parceria entre a SPF e REN, Redes Energéticas Nacionais. MEDEA É O acrónimo para designar a MEDição dos campos Electromagnéticos no Ambiente, realizado por alunos de várias escolas secundárias e profissionais e que visa medir o campo eléctrico e magnético no meio ambiente.
Física
A determinação do campo de indução magnético
Campo gerado por dois cabos infinitos
Se considerarmos dois condutores de diâmetro desprezável separados por uma distancia d onde o segundo é percorrido pela corrente de retorno do primeiro cabo, apesar do decaímento do campo de indução magnético de um condutor individual depender do inverso da distância (~1/r), ao considerarmos o efeito dos dois em conjunto esse decaímento é muito mais abrupto ficando com uma dependência do inverso do quadrado da distância em zonas distantes.
Isso mesmo pode ser verificado através da expressão simplificada obtida a partir da lei de Gauss:
[math] B_{Total}=B_1+B_2=\frac{\mu _0 i}{2 \pi r}- \frac{\mu _0 i}{2 \pi (r-d)}\simeq \frac{\mu _0 i}{2 \pi r^2}, r\gg d [/math]
Estudos experimentais
A orientação do campo
Linhas de contorno e isoclinas
Notas históricas
Bibliografia
