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Campo magnético: distância e corrente
Atividade autônoma para o 1º ano do Ensino Médio: os estudantes usam o laboratório remoto de Campo Magnético para investigar como o campo muda com a distância ao condutor e com a corrente.
Learning Outcomes
Descrever como um condutor retilíneo com corrente gera um campo magnético ao seu redor.
Usar o laboratório remoto para registrar linhas de distância e campo magnético com 4 A.
Explicar com dados que o campo aumenta quando o sensor se aproxima do condutor.
Comparar correntes em distâncias parecidas usando linhas de referência rotuladas.
Converter distâncias de centímetros para metros ao usar 1/r.
Redigir uma conclusão com afirmação, evidência, raciocínio e uma limitação.
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Activity Content
Preview only. In a class session, students can fill in responses and submit their work to the teacher.
Propor o modelo
9 min
Você vai investigar uma pergunta concreta: como o campo magnético muda quando o sensor se aproxima de um condutor com corrente, e o que acontece se a corrente for maior?
Antes de abrir o laboratório, use este vocabulário:
- Corrente elétrica: movimento ordenado de cargas. Na atividade, é medida em amperes, A.
- Condutor: material pelo qual a corrente pode circular. Aqui é um condutor retilíneo, parecido com um fio.
- Campo magnético, B: efeito magnético ao redor do condutor. Na tela, é lido em militeslas, mT.
- Sensor Hall: sensor que mede o campo magnético no ponto onde está posicionado.
- Distância, r: separação entre o sensor Hall e o condutor. Na tela, é lida em centímetros, cm.
- Comparação controlada: comparação justa em que você muda apenas uma variável importante. Para comparar correntes, use distâncias iguais ou muito parecidas.
- Ponto atípico: dado que se afasta muito dos dados próximos. Ele não deve ser apagado sem explicação; deve ser marcado e revisado.
Um condutor retilíneo percorrido por corrente elétrica gera um campo magnético ao seu redor. Neste laboratório, um sensor Hall se aproxima do condutor enquanto a corrente permanece fixa durante a execução. Sua tarefa não é demonstrar uma fórmula perfeita: é usar dados reais para defender um padrão e reconhecer limites.
Montagem do laboratório remoto
O laboratório usa um sensor Hall para medir o módulo do campo magnético em diferentes distâncias de um condutor retilíneo com corrente.
Modelo de condutor retilíneo
O modelo de condutor retilíneo ajuda a pensar o padrão: em distância parecida, uma corrente maior costuma produzir um campo maior; com corrente fixa, o campo aumenta quando o sensor fica mais perto.
Escolha uma opção. Nesta investigação, qual é a fonte do campo magnético medido?
Escolha uma opção. Segundo o modelo da regra da mão direita para um condutor retilíneo, o que acontece com a direção do campo magnético ao redor do fio?
Responda em 2-3 frases. Antes de abrir o laboratório, preveja dois padrões: o que deve acontecer com B quando o sensor se aproxima com corrente fixa, e o que deve acontecer com B quando a corrente é maior em uma distância parecida.
Planejar uma medida justa
9 min
Nesta atividade, você seguirá uma rota concreta: executará 4 A no laboratório e registrará linhas da curva enquanto o sensor se move. Depois, comparará essa observação com linhas de referência já rotuladas para outras correntes. O laboratório não permite escrever qualquer distância manualmente; por isso, sua comparação deve usar linhas de distância parecida, não pontos inventados.
Fluxo de trabalho
Use um fluxo consistente: sua evidência direta vem de 4 A, e a comparação de corrente usa linhas de referência rotuladas.
Escolha uma opção. Qual plano oferece a comparação mais sólida entre correntes?
Responda com um plano de 3-5 frases. Inclua que você observará 4 A no laboratório, quais linhas de distância comparará, como usará as linhas de referência para outras correntes e que tabela ou gráfico usará para justificar sua conclusão.
Coletar e processar evidências
22 min
Abra o laboratório, observe uma execução de 4 A e registre dados. Você não precisa baixar nada do laboratório para completar esta atividade: copie manualmente as linhas visíveis de que precisar.
Abrir o laboratório de Campo Magnético
Use 4 A como corrente de trabalho.
Pressione o comando de aproximação automática. Na interface do laboratório, ele pode aparecer como
Acercar automáticamente. O sensor se aproxima de cerca de 20 cm até cerca de 1,5 cm; na sua curva, procure linhas próximas de 20 cm, 10 cm, 5 cm e 2 cm.Copie a corrente, a distância em cm e o campo magnético em mT. Não mude as unidades da tela ao copiá-las.
Registre suas linhas de 4 A como
observado 4 A.Para comparar correntes, use as linhas de referência rotuladas que aparecem abaixo.
Use as linhas de referência a seguir para comparar correntes com uma rota comum de turma. Copie na sua tabela de evidências as linhas de que precisar e escreva referência na coluna "Repetição/fonte". Não as misture como se fossem dados observados por você ao vivo.
Linhas de referência que você pode copiar:
- 4 A: 20 cm -> 0,0041 mT; 10 cm -> 0,0092 mT; 5 cm -> 0,0182 mT; 2 cm -> 0,0382 mT.
- 8 A: 20 cm -> 0,0080 mT; 10 cm -> 0,0165 mT; 5 cm -> 0,0333 mT; 2 cm -> 0,0796 mT.
- 12 A: 20 cm -> 0,0107 mT; 10 cm -> 0,0249 mT; 5 cm -> 0,0470 mT; 2 cm -> 0,1108 mT.
- 16 A: 20 cm -> 0,0140 mT; 10 cm -> 0,0311 mT; 5 cm -> 0,0624 mT; 2 cm -> 0,1332 mT.
Agora preencha sua tabela de evidências. Cada linha representa uma distância para uma corrente. Copie current_a, distance_cm e magnetic_field_mt do laboratório ou da tabela de referência; calcule distance_m dividindo os cm por 100; calcule inverse_distance_m_inv como 1 / distance_m; e complete source_or_repeat com observado 4 A, observado 8 A, referência ou outra etiqueta clara. Use a coluna de notas para indicar se uma linha parece um ponto atípico.
Evidência do campo magnético
Registre pelo menos oito linhas. Cada linha deve ter corrente em A, distância em cm, distância em m, 1/r em m^-1, campo magnético em mT e origem. Use suas linhas observadas de 4 A e linhas de referência rotuladas para comparar correntes. Converta distance_cm para distance_m antes de calcular inverse_distance_m_inv.
| Corrente A | Distância cm | Distância m | 1/r m^-1 | Campo magnético mT | Repetição/fonte | Notas ou possível ponto atípico |
|---|---|---|---|---|---|---|
Para o gráfico, 1/r significa "um dividido pela distância em metros". Você não precisa demonstrar uma fórmula: usará isso como uma forma simples de verificar se os pontos mais próximos do condutor têm campo maior que os pontos mais distantes.
Digite um número e uma explicação breve. Converta 5 cm para metros e calcule 1/r em m^-1.
Buscar o padrão
10 min
Os gráficos ajudam a ver o padrão sem memorizar uma fórmula. Primeiro compare B com a distância para sua observação de 4 A. Depois compare B em distâncias parecidas para várias correntes usando as linhas de referência rotuladas. Se fizer um gráfico com 1/r, use-o apenas como apoio: o laboratório real não precisa formar uma linha perfeita.
Modelo de gráfico
Use este modelo como guia de organização. Represente primeiro suas próprias linhas da tabela, use outra cor ou etiqueta para as linhas de referência e depois decida que padrão a evidência apoia.
Gráfico ou evidência
Anexe ou referencie um gráfico feito por você ou revisado pelo professor a partir da sua tabela. Ele deve mostrar uma destas opções: B em função da distância para uma corrente, B em função de 1/r, ou uma comparação entre correntes em distância parecida. Não copie um gráfico de referência já pronto como se fosse sua própria evidência.
Escolha uma opção. Para uma corrente fixa, qual gráfico é mais útil se você quiser verificar qualitativamente o modelo de condutor retilíneo?
Responda em 2-4 frases. Se uma linha for muito maior que as linhas próximas da mesma execução, como você decidirá se deve mantê-la, repetir a medida ou marcá-la como possível ponto atípico?
Responda em 2-4 frases e use pelo menos dois números. Use sua tabela para comparar o campo magnético na mesma distância, ou em uma distância parecida, para 4 A e outra corrente de referência. Diga claramente quais linhas são observadas e quais são de referência. O que a comparação sugere sobre a relação entre corrente e B?
Fazer uma afirmação científica
8 min
Agora redija uma conclusão que um professor de Física possa corrigir rapidamente. Use afirmação, evidência, raciocínio e incerteza.
Responda em 1-2 frases. Nomeie uma razão pela qual o laboratório real pode não seguir perfeitamente o padrão ideal. Use a montagem, o sensor Hall, as unidades ou o ambiente em sua explicação.
Responda com um parágrafo de 5-7 frases. Inclua: (1) como B muda com a distância, (2) como B muda com a corrente em distâncias parecidas, (3) pelo menos dois números da sua tabela ou do seu gráfico, (4) se algum dado era observado ou de referência, e (5) uma incerteza ou limitação.
Extensão opcional
15 min
Use apenas se seu professor atribuir a versão longa.
Responda em 3-5 frases ou com uma minitabela. Escolha uma execução de corrente e estime se B/I muda de forma parecida com 1/r. O que você precisaria calcular para reforçar essa comparação sem tratar a fórmula ideal como uma resposta exata?