Explique qualitativamente em detalhes (não precisa fazer cálculos):
a) Para que serve uma balança de corrente?
b) Qual o material que deve ser utilizado para montar a balança?
c) Quais são as grandezas envolvidas para trabalhar com a balança?
d) Como você estima os desvios de cada grandeza envolvida?
e) Qual grandeza pretendemos estimar? Como?
f) Em que sentido o campo magnético terrestre influencia na experiência? Como evitar esta interferência?
a) Para que serve uma balança de corrente?
b) Qual o material que deve ser utilizado para montar a balança?
c) Quais são as grandezas envolvidas para trabalhar com a balança?
d) Como você estima os desvios de cada grandeza envolvida?
e) Qual grandeza pretendemos estimar? Como?
f) Em que sentido o campo magnético terrestre influencia na experiência? Como evitar esta interferência?
Passo 1
O enunciado pede uma explicação qualitativa sobre o funcionamento e aplicação de uma balança de corrente, sem cálculos numéricos, abordando: a função do aparelho, o material adequado, as grandezas físicas envolvidas, a estimativa de incertezas, qual grandeza se quer determinar e como o campo magnético da Terra afeta a medição e suas formas de mitigação.
Passo 2
Uma balança de corrente serve para comparar a força magnética exercida sobre um condutor percorrido por corrente elétrica com a força peso ou o torque gravitacional. Com isso, podemos medir correntes ou determinar propriedades magnéticas conhecidas (por exemplo, a permeabilidade do meio) a partir do equilíbrio mecânico.
Passo 3
O material usado costuma ser não-ferromagnético e mecanicamente rígido, como alumínio ou latão. Isso evita que o próprio suporte seja atraído ou deformado pelo campo magnético gerado, garantindo que a única força magnética relevante seja a que atua no condutor de interesse.
Passo 4
As principais grandezas físicas envolvidas são: corrente elétrica (I) que passa pelo condutor, intensidade do campo magnético aplicado (B), comprimento do condutor imerso no campo (L), massa ou momento de inércia do sistema (m ou J) e a aceleração da gravidade (g). Se há braços de alavanca, entra também o braço de força (distância ao ponto de rotação).
Passo 5
Para estimar qualitativamente os desvios (incertezas) de cada grandeza, consideramos a resolução dos instrumentos: a precisão do amperímetro para I, a uniformidade e calibração da fonte magnética ou gaussímetro para B, a régua ou paquímetro para L e para o braço de alavanca, a balança para massa m e a constância local de g. Cada incerteza instrumental define uma faixa de variação em torno do valor medido.
Passo 6
O objetivo final costuma ser determinar a corrente I (ou às vezes B, se I for conhecido). Faz-se isso ajustando I até que a força magnética
Fₘₐg = I·L·B
fique igual ao peso ou torque gravitacional correspondente, e então lê-se I diretamente no amperímetro.
Passo 7
O campo magnético da Terra exerce força extra (ou torque) sobre o condutor, gerando um desvio sistemático. Para minimizar essa interferência, alinha-se o condutor de modo que fique paralelo às linhas do campo terrestre (reduzindo Bₑᵣₚₑₙᵈᵢcᵤₗₐʳ), utiliza-se blindagem magnética ou bobinas de compensação que cancelam o campo ambiente.
Passo 8
Em resumo, a balança de corrente equilibra forças magnéticas e gravitacionais para obter grandezas elétricas ou magnéticas com controle de incertezas e cuidados contra o campo terrestre.
Resposta
Uma balança de corrente permite medir correntes (ou campos magnéticos) pelo equilíbrio entre força magnética e peso, usando materiais não-ferromagnéticos (como alumínio), envolvendo I, B, L, m e g, estimando incertezas pela precisão dos instrumentos e neutralizando o campo terrestre por alinhamento, blindagem ou compensação.