Martelo eletromagnético

Martelo eletromagnético

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br 

ApresentaçãoEsse modelo de martelo eletromagnético destaca claramente um dos modos como a eletricidade pode realizar um trabalho mecânico. Após sua montagem, você poderá evidenciar essa conversão de energia elétrica em energia mecânica, simplesmente ligando e desligando o circuito (mediante um interruptor tipo campainha) e, com isso, por exemplo, bater pregos.

Material Tubo de cobre, alumínio ou vidro, diâmetro interno de 6 mm e comprimento 12 cm (esse tubo deve ser de material não magnético e constituirá o núcleo de nosso eletroímã); 3,5 m de fio de cobre esmaltado número 22 ou 20; um sarrafo de (9 x 5 x 2) cm; um sarrafo de (12 x 5 x 2) cm; uma base de madeira de (15 x 15 x 1,5) cm; um bloco de madeira bem macia (ou cortiça) de (5 x 5 x 5) cm; uma vareta de ferro de diâmetro externo 5 mm e comprimento cerca de 12 cm (serve também um prego grande número 60, obtido em lojas de ferragens); tachinhas; fonte de alimentação ajustável (0 -12 VCC, 2 A) (serve também 2 pilhas de telefone, em série).  

Montagem

Ao pressionar o botão do Interruptor (tipo campainha), estabelece-se o circuito elétrico e o campo magnético produzido pela bobina de cerca de 120 espiras (em 2 camadas sobre o tubo) atrairá o prego-martelo (ou vareta de ferro) para cima. Ao soltar o botão, interrompe-se o circuito e o prego-martelo desce (por ação da gravidade) batendo contra a tachinha espetada no pequeno bloco. Ajuste as dimensões do bloquinho de modo a obter a melhor "chupada” do prego-martelo para cima; há um valor ótimo do pedaço de prego que fica dentro da bobina. Verifique se o prego desliza 'folgado' dentro do núcleo da bobina.

Buzina Automotiva(Modelo Didático)

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br

ApresentaçãoUm modelo didático para a buzina automotiva ou corneta eletromagnética pode ser feito a partir de uma lata vazia e alguns outros materiais. A menos do detalhe da corneta ressonante --- lata vazia --- o projeto é, essencialmente, o mesmo de uma campainha elétrica para CC (corrente contínua).

MaterialLata vazia de conserva (massa de tomate, milho verde, leite em pó etc.);Base de madeira;Sarrafo de 2 cm de espessura;Parafuso de 1/4" x 2"; parafusos para madeira; pregos;Fio de cobre esmaltado #23 ou 24 (5 m);Pilhas em série ou fonte de alimentação;Interruptor, tipo botão de campainha residencial.

MontagemA ilustração a seguir mostra a vista lateral dessa montagem. A lata foi representada como 'transparente' para que se observe o seu interior.

A é a lata de conserva cujo tampo, à direita da ilustração, foi totalmente retirado (rebata as bordas para anular o efeito das saliências cortantes); B são os dois terminais (fios) que vão à bateria elétrica ou fonte de alimentação; C é a base de madeira; D é o sarrafo que mantém a lata fixa sobre a base de madeira (antes de colocar esse sarrafo, coloque alguns pregos para prender a lata na base); E é um parafuso para madeira atarraxado firmemente no sarrafo D (esse parafuso deve ser ajustado para tocar o fundo da lata); F é um sarrafo que servirá de suporte para o parafuso de máquina (as medidas desse sarrafo irão depender do tamanho da lata); H é o parafuso para máquinas, atarraxado no suporte F (a ponta livre desse parafuso deve defrontar o lado externo do fundo da lado, cerca de 2 mm); G é a bobina de fio de cobre esmaltado enrolada sobre a ponta livre do parafuso H. I é um interruptor para o circuito elétrico. Observe que as dimensões da base, do

suporte do parafuso e do sarrafo que vai no interior da lata, irão depender da particular lata utilizada.Um fator importante é o da boa fixação da lata na base de madeira.

A seguir, uma vista de topo dessa montagem:

A bobina consiste de cerca de 4m de fio de cobre esmaltado, número 22 a 24, enrolado na extremidade livre do parafuso. A bobina e seu núcleo, o parafuso, formam um eletroímã. Uma das extremidades do fio da bobina é ligada na própria lata (mediante solda ou parafuso e porca), numa região próxima à borda. A pintura da lata deve ser raspada nessa região. A outra extremidade vai a um dos terminais do interruptor tipo botão de campainha. Do outro terminal desse interruptor e do parafuso para madeira que toca o fundo da lata (lixe o fundo da lata nessa região central) saem os dois fios que vão à bateria de 6 ou 9 V ou fonte de alimentação AC/DC ajustável.

Abaixo ilustramos duas variantes para a montagem da base, lata e suportes dos parafusos; à esquerda usando sarrafos (madeira) e à direita usando lâminas de ferro ou latão. No caso de se usar lâminas metálicas, deve-se fazer roscas (passar a ferramenta adequada) nos furos por onde vão passar os parafusos de contato e da bobina.

FuncionamentoQuando o botão do interruptor é apertado, fecha-se o circuito série: bateria, parafuso no interior da lata, fundo da lata, lata, bobina, interruptor, bateria. Com a passagem da corrente elétrica pelo eletroímã, o campo magnético produzido atrai o fundo da lata, desencostando-o do parafuso interno e, com isso, abrindo o circuito. Com o colapso do campo magnético o fundo da lata é liberado e, por elasticidade, retorna à sua posição normal, tocando o parafuso

interno ... e fechando o circuito. O ciclo se repete enquanto o interruptor estiver apertado. Todo esse processo é muito rápido e a vibração do fundo da lata produz o som de buzina.

ProblemasSe a buzina 'emperrar', tente ajustar os dois parafusos; o de dentro da lata para tocar no fundo da lata e o que contém a bobina para chegar mais perto do fundo da lata. Se não funcionar, verifique com cuidado todas as conexões elétricas, especialmente o contato entre o fio que vem da bateria e o parafuso interno. Não esqueça de raspar as extremidades dos fios de cobre esmaltado. Experimente vários valores de tensões elétricas e outros números de espiras da bobina para o melhor rendimento do projeto. Relate-nos seus apuros e sucessos. Envie-me uma cópia do folheto de seu trabalho. Isso será muito útil aos demais. Clique aqui para fazer isso!

Variante da buzinaPara esse modelo didático de buzina, o eletroímã (parafuso + enrolamento de fio de cobre esmaltado), que no modelo original está fora da lata, pode passar para o lado de dentro da lata. Fiz isso e apresento para vocês as fotos da montagem:

O circuito elétrico não sofre modificação alguma: (a) um terminal da bobina vai ligado na lata; (b) o outro terminal da bobina vai para a fonte de alimentação --- pólo positivo, por exemplo; (c) o outro pólo da fonte de alimentação --- negativo, no exemplo --- vai para o parafuso que toca no fundo da lata pelo lado de fora.

Motor elétrico didático para C.C.

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br

ObjetivoAnalisar as forças magnéticas sobre as correntes imersas em campos magnéticos e seus torques com as inversões do sentido da corrente elétrica.

MontagemO quadro móvel é constituído por 100 espiras de fio esmaltado #24. Os coletores e as escovas são feitos de lâminas finas de bronze fosforoso. Vários tipos de ímãs permanentes podem ser experimentados, inclusive ímãs tirados de alto-falantes. Use fonte de tensão variável ou pilhas em série.

Balanço eletromagnético

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br 

ApresentaçãoA intenção nesse projeto, bastante sugestivo para exposições científicas e trabalhos escolares, prende-se à conversão da energia elétrica em energia mecânica. O principio básico do projeto repousa nas forças de repulsão eletromagnética; o trabalho dessas forças é quem possibilitará a manutenção do movimento.

Para se obter essa repulsão é preciso que dois campos magnéticos, originados por pólos de mesmo nome, (ambos norte ou ambos sul) interajam. Um dos campos pode ser estacionário (fixo), como é o campo magnético de um imã permanente, o outro, produzido por corrente elétrica, circulando de maneira intermitente por uma bobina.

Nosso balanço terá como "banquinho” justamente uma bobina que, em dado momento, penetra em um ímã permanente. Quando a bobina-balanço começar a se afastar do ímã, uma corrente elétrica de sentido adequado circulará por ela, determinando o impulso periódico que manterá o balanço funcionando.

MontagemIniciemos a montagem pela estrutura de sustentação do balanço: uma base de madeira de (30 x 40) cm, dois suportes verticais com 40 cm de altura (sarrafos) e uma barra transversal (sarrafo). Como complementação, colamos um toquinho de madeira de (4x4) cm no local indicado. Eis o visual dessa estrutura:

No sarrafo transversal colocam-se dois pitões, tipo gancho, para prender os fios do balanço.

Passemos à construção da bobina, feita com fio de cobre rígido esmaltado no 22. Enrole cerca de 60 espiras (voltas) desse fio sobre uma garrafa de vidro com

diâmetro cerca de 10 cm. Deixe uns 60 cm de fio solto em cada extremidade da bobina. Retire o enrolamento da garrafa, aperte-o e molde-o em forma de uma rosquinha (toróide).Passe “cordoné” ou cadarço para enrolamento, em toda volta da bobina, para prender as espiras firmemente.

Retire (raspe) o verniz dos fios das extremidades da bobina e dobre-os em forma de gancho para encaixá-los nos pitões. Faça Isso na medida certa, de modo que a bobina possa oscilar como um pêndulo, a uns 2 cm por cima da base de madeira.

O ímã em forma de U (ou de ferradura) é colocado inclinado no extremo da base de madeira, de modo que a bobina, ao oscilar, penetre folgadamente no ramo superior do ímã (pólo norte, por exemplo). Eis um perfil da montagem:

A próxima tarefa será construir o dispositivo que liga e desliga a corrente elétrica através da bobina nos momentos adequados. Para tal tipo de interruptor, tenha a seguinte idéia na cabeça: a bobina deve começar a funcionar (ligar) no instante em que sair do ramo do ímã, ficar ligada por um pequeno intervalo de tempo, desligar assim que a bobina se afastar um pouco do ímã, permanecer desligado em todo percurso de afastamento, até parar, manter-se desligada enquanto retorna para o ímã, até penetrar nele e parar, começar o retomo e ligar novamente ao começar a sair do Imã. Observe o esquema da oscilação completa da bobina — balanço, a partir da posição de repouso A.  

Além desse ciclo, deve-se ter em mente que no Intervalo de tempo em que a bobina fica ligada (enquanto afasta-se do ímã) a corrente deve circular no sentido adequado para determinar repulsão. Esse impulso de repulsão é quem manterá o balanço funcionando, pois repõe a energia dissipada pelos atritos.

Esse dispositivo interruptor, num modelo simples, é constituído pelo “braço de oscilação” que, ligará e desligará o circuito nos estágios apropriados da trajetória do balanço. Para construir esse braço de oscilação você precisará de um quadradinho de tábua de (4 x 4) cm, um sarrafo de madeira leve (pinus) de (2,5 x 7) cm, dois pregos finos de 4 cm e um parafuso para madeira. Veja as ilustrações.  

O furo, por onde passa o parafuso (folgado) no braço móvel deve estar bem no centro do sarrafo de (2,5 x 7 x 1) cm. Os pregos, próximos à extremidade esquerda estão afastados um do outro, coisa de 0,5 a 1,0 cm. Devido aos pesos dos pregos, a tendência do braço móvel é ficar vertical, com os pregos abaixo do parafuso. O fio de cobre do braço direito do balanço, cuja extremidade lixada passa entre os pregos, é quem mantém o braço móvel próximo da horizontal. No corte transversal da figura, a posição pontilhada mostra a situação onde o circuito é fechado (fio do balanço encostado no prego a): nas demais posições o circuito permanece desligado (o fio do balanço fica encostado no prego b).

O braço de oscilação deve girar em tomo do parafuso, para cima e para baixo com o mínimo de atrito. Faça com fio flexível uma ligação entre o parafuso e o prego a (inferior). Use uma pilha de telefone ou mesmo duas pilhas grandes em série. Nossa fonte de tensão ajustável, descrita na nossa Sala 03, pode ser utilizada com vantagens.

O ajuste desse braço de oscilação é fundamental para o bom funcionamento do balanço. Uma sugestão é segurar a bobina entre os dedos e coloca-la dentro do ímã, onde será sua posição extrema; a partir dai ir levando lentamente a bobina para fora e, assim que sair do ímã, ajustar a parte curva do fio de contato com os pregos para tocar no prego inferior (deve-se sentir um 'empurrão' sobre a bobina). Trabalhe sobre esse ajuste.

Nota: No lugar do Imã em U pode-se usar de um ímã cilíndrico de ALNICO, com uns 10 cm de comprimento.

Eis a perspectiva geral do projeto:

Variantesa) Trocar o ímã em forma de U por um ímã cilíndrico; b) trocar o ímã em forma de U por um eletroímã (com núcleo de ferro, com bobina de 50 espiras), ligada em série com a bobina-balanço. Cuidar para que o sentido da corrente elétrica nelas determine repulsão quando o interruptor de oscilação fechar o circuito.

Campo interno do solenóide(Um diabrete diferente)

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br

ObjetivoExplorar o campo magnético do interior do solenóide.

MontagemAplicando-se uma tensão contínua de 3 a 6 VDC entre os terminais A e B do solenóide, o pequeno parafuso que flutua na água, graças à rodela de cortiça, afunda. Qual a máxima profundidade que poderá alcançar?

Dê asas à sua imaginação e utilize tal dispositivo para uma montagem específica. Que tal um ludião eletromagnético (diabrete de Descartes)? Será que, com corrente alternada ele ficará subindo e descendo na água ... ou apenas ficará vibrando? Poderá ser utilizado como um 'agitador'?

Eletroímãs(Cigarra e campainha elétrica - ensino básico)

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br

ObjetivoAproveitaremos nessas experimentações o campo magnético produzido pela corrente elétrica. Propomos a construção de uma cigarra e de uma campainha elétrica.

Inicialmente, enrole uma camada de fio de cobre esmaltado #22 ou #24, sobre um prego e teste a intensidade do campo magnético produzido. A seguir, em outro prego, enrole 5 camadas superpostas, espiras juntas, do mesmo fio. Teste o novo campo magnético. Essas experiências lhe permitiram concluir que, quanto maior o número de voltas do fio sobre o núcleo (prego), maior será a intensidade do campo magnético. Essa montagem, ilustramos abaixo:

Uma cigarra caseira pode ser montada com esse último eletroímã (aquele com 5 camadas de fio sobrepostas). A e C são as extremidades do enrolamento do solenóide (5 camadas de fio de cobre #22 a #24). B é um pedaço de fio de cobre flexível que liga o fio de ferro (arame rígido) ao terminal E. Esse fio de ferro toca no grampo de latão que abraça a armadura feita de lata.

Cuidado! Nos esquemas as voltas de fio ao redor do núcleo não são reais assim, na figura (b) abaixo, apesar do desenho indicar apenas 5 voltas de fio ao redor do núcleo, o real são 5 camadas completas de voltas de fio (no caso, isso passa de 60 espiras de fio).

A campainha seguirá a seguinte linha de montagem:

Variante da campainhaAtenção, isso é uma ilustração e, portanto, não vá pensar que o eletroímã consta apenas de 6 ou 7 voltas de fio sobre o parafuso (como aparece na figura). O real são 6 ou 7 camadas de fio 22 ou 24 sobre esse parafuso.

Na dúvida, consulte seu professor ou entre em contato com o autor: leobarretos@uol.com.br

Motor de Faraday

Prof. Luiz Ferraz Nettoleobarretos@uol.com.br 

ApresentaçãoSem dúvida, esse foi o primeiro motor da história das ciências, apresentado por Michael Faraday. Vamos apresentá-lo em duas versões:

Versão 1- Essencialmente, consta de um tubo de vidro ou acrílico, de diâmetro cerca de 8 cm e altura 40 cm. Dois tampões de cortiça vedam seus extremos. Pelo tampão inferior penetra um ímã cilíndrico de ALNICO, ficando com cerca de 6 cm dentro do tubo.  

No centro do tampão superior coloca-se um contato elétrico que termina por um gancho ou argola. Nesse gancho, suspende-se um fio de platina ou níquel-cromo. A extremidade inferior desse fio mergulha 1 ou 2 mm no mercúrio colocado no tubo. A montagem é ilustrada acima. Ligando-se a fonte de tensão (uma ou duas pilhas em série ou uma fonte de 1,5 a 3,0VCC, 2 A), a corrente elétrica passa a circular pelo fio. O campo magnético do ímã permanente age sobre essa corrente dando origem a uma força magnética perpendicular ao fio.

Essa força magnética (força de Lorentz) determina um torque que manterá o fio girando em torno do Imã.

Versão 2- Essa versão dispensa o tubo de vidro e os tampões. Agora utilizamos um suporte metálico, comum nos laboratórios escolares. Para suportar o ímã (e o mercúrio) usamos um receptáculo raso de plástico (o autor usou um cinzeiro) no qual foi praticado um orifício central que permite a passagem do ímã cilíndrico (um ligeira camada de cola epóxi ao redor do ímã garante sua fixação no copinho plástico).Eis um visual da montagem e o esquema elétrico do motor de Faraday:

A fonte de alimentação pode ser para 12 VCC. Inicia-se a operação com o cursor do reostato de 50 a 100 ohms na posição de máxima resistência. Após iniciado o movimento do fio ao redor do ímã ajusta-se o cursor do reostato para que não ocorra excessivo aquecimento do fio móvel. Usar o dispositivo em curtos intervalos de tempo.

Eis uma ilustração para outra variante dessa montagem acima: