-
Relatrio Final de F809 Instrumentao para Ensino
Ttulo do Projeto: Guindaste EltricoSub-Ttulo: Guindaste com
Eletrom
Aluno: Daniel Jos Guimares Prates (RA:
019357)[email protected]
Orientador: Prof. Dr. Dirceu da [email protected]
Professor responsvel: Prof. Dr. Joaquim Jos Lunazzi
[email protected]
IFGW, Unicamp
6-1
-
Introduo:
Os guindastes eltricos (figura 1) so de grande utilidade hoje em
dia para movimentao de contineres nos portos e cidades em geral.
Tambm so utilizados em ferros velhos e outros lugares que
necessitam movimentar objetos metlicos pesados.
Figura 1: Guindaste eltrico de prtico da marca KRANBAU EBERS
tipo EWK cap. 3,200 KG.
A construo do guindaste nesse experimento se dar em trs partes,
como previsto no projeto: 1) eletrom, 2) base e brao do Guindaste,
3) sistema de controle.
O eletrom (figura 2), que parte a qual nos prenderemos
conceitualmente neste experimento como previsto no projeto, um
dispositivo que utiliza corrente eltrica para gerar um campo
magntico. Constri-se um eletrom simples enrolando-se um fio eltrico
(geralmente cobre) ao redor de um ncleo de ferro, ao, nquel ou
cobalto (materiais ferromagnticos em geral).
Portanto atravs da construo de um guindaste eltrico
demonstraremos o funcionamento de um eletrom, e explicaremos
experimentalmente a teoria eletromagntica envolvida neste
dispositivo. Teoria esta que para muitos de difcil compreenso, pois
envolve conceitos abstratos (por exemplo, campo magntico).
6-2
-
Figura 2: Representao de um eletrom simples.
Assim este experimento poder ser aplicado em sala de aula tanto
para alunos do ensino mdio quanto para universitrios dos cursos de
exatas, auxiliando-os assim na aprendizagem dos conceitos fsicos do
eletromagnetismo envolvidos neste projeto.
Como perspectiva futura, esperamos que este projeto possa ser
utilizado tambm para explicar outros conceitos fsicos envolvidos,
como por exemplo: torque, presso, volume, entre outros que aparecem
nele.
Construo do Guindaste:
1)Eletrom:
No projeto estava prevista a utilizao de um prego ou parafuso
para construo do eletrom, mas foi necessrio utilizar um outro
material tambm ferromagntico. Foi utilizado um ferro doce (possui
baixo teor de carbono em sua estrutura) de aproximadamente 12cm de
comprimento com um formato cilndrico. Utilizou-se um ferro doce,
pois esse por possuir menor teor de carbono em sua estrutura do que
o prego ou parafuso apresenta uma pior memria magntica.
Escolhido o material ferromagntico a ser utilizado foi enrolado
nele aproximadamente 200 espiras de fio de cobre esmaltado fino
(0,5mm de dimetro). Prendemos o fio de cobre com uma fita adesiva
no ferro nas duas extremidades para evitarmos uma mobilidade das
espiras.
Como fonte de alimentao para o eletrom foram utilizadas duas
pilhas de 1,5 Volts cada uma. Elas foram soldadas uma a outra em
srie, totalizando uma alimentao de 3,0 Volts. Para melhor
rendimento das pilhas
6-3
-
foi colocada uma chave de alimentao que fecha o circuito quando
acionarmos o boto e deixa o sistema aberto quando o boto for solto,
assim evitamos que as pilhas descarreguem rapidamente.
Posteriormente foi substituda a chave de alimentao por uma chave de
inverso para melhor funcionamento do experimento.
2)Base e brao do Guindaste:
Serramos uma base de madeira de 20x20cm e espessura de 1cm
aproximadamente, e trs tiras de madeira de (2x16cm, 2x19cm, 2x7cm)
e espessura de 1cm.
Cortamos o gargalo da garrafa pet rente aba. Parafusamos a tira
de madeira de 2x16cm na tampa para obtermos uma haste vertical
giratria (figura 3). Encaixamos o eletrom na extremidade da tira
horizontal (2x19cm). Fixamos a dobradia nestas duas tiras como
mostrado na figura 4.
Figura 3: Representao da haste giratria.
Figura 4: As duas tiras sendo fixadas pela dobradia.
Posteriormente fixamos o suporte vertical por trs parafusos
pequenos bem no centro da base de madeira (figura5), e passamos
para montagem do sistema de controle.
6-4
-
Figura 5: Encaixe da haste giratria.
Uma considerao a ser feita aqui que a tira de madeira de 2x7cm
no foi utilizada como previsto anteriormente (para fixarmos as duas
seringas do sistema de controle), mas sim foi utilizada como
sustentao para haste giratria, pois com o peso do eletrom essa tira
vertical sofreu uma inclinao.
3) Sistema de controle:
Foram construdos dois suportes de tubo PVC para as seringas. Um
para a seringa vertical e outro para a horizontal (ver figura 6).
Para construo do suporte vertical, cortamos um pedao do tubo de PVC
de 4cm. Fizemos dois furos de fora a fora, separados de 1,5cm, para
encaixe dos parafusos de fixao. Aumentamos o dimetro dos furos
externos para passar a cabea do parafuso. Para o suporte horizontal
foi utilizado outro pedao de 4cm de PVC, mas a diferena que este
suporte teve apenas um furo no meio com as mesmas caractersticas
dos furos no suporte vertical. Foi passado um parafuso comprido por
este furo e fixamos no tubo com uma porca. Posteriormente foi
encaixada uma seringa de 5ml nos dois suportes.
6-5
-
Figura 6: Suportes de PVC para as seringas.
Aqui vale ressaltar que a fixao do suporte de PVC vertical se
deu antes de fixarmos a haste giratria mencionada anteriormente na
base de madeira, para evitarmos a quebra da tira vertical.
Resultado final da montagem experimental:
Abaixo temos fotos da montagem final do guindaste eltrico. Essa
montagem ainda no definitiva, ou seja, poder passar por eventuais
transformaes.
Figura 7: Foto do guindaste eltrico produzido.
6-6
-
Figura 8: Experimento realizado (outro ngulo de viso).
Conceito fsico envolvido num eletrom:
Em um eletrom queremos entender como se comporta as linhas de
induo do campo magntico criado pela corrente eltrica que percorre
um fio condutor, e a lei fsica que est presente a que relaciona o
campo magntico sobre um lao criado por uma distribuio de corrente
que passa atravs desse lao, conhecida por lei de Ampre. o
equivalente magntico da lei de Gauss em eletrosttica, e foi
proposta originalmente por Andr-Marie Ampre (ver apndice A) e
modificada por James Clerk Maxwell, por isso chamada tambm de lei
de Ampre-Maxwell.
Quando se tem uma distribuio de corrente, tambm podemos calcular
o campo magntico resultante atravs da lei de Biot-Savart. Porm, se
essa distribuio apresentar uma certa simetria ser mais fcil
utilizarmos a lei de Ampre. Pelo fato do nosso experimento
apresentar simetria na distribuio das cargas, ser apenas explicado
a lei de Ampre, sendo a lei de Biot-Savart apenas citada.
A lei de Biot e Savart : d B= 04 i d srr3 , 0 a permeabilidade
no vcuo; i a corrente eltrica;
6-7
-
r o vetor do elemento de corrente at o ponto de clculo do campo
magntico.
A lei de Ampre : envisdB 0
A integral do produto escalar ( sdB ) deve ser integrado ao
redor de
um lao, conhecido como lao de Ampre. A corrente envi a corrente
resultante envolta por esse lao.
Para determinarmos a direo do campo magntico temos uma regra,
conhecida como regra da mo direita: Segurar o fio com a mo direita
com o polegar estendido apontando no sentido da corrente. Seus
dedos iro naturalmente se encurvar no sentido das linhas do campo
magntico.
A figura abaixo mostra a seo de um solenide, mostrando as linhas
de campo magntico. Somente as pores posteriores dos enrolamentos
separados so mostradas.
Figura 9: Seo de um solenide, mostrando as linhas de campo.
A definio acima proposta para alunos do ensino superior
(universitrios). Traremos agora uma viso mais simplificada da
teoria fsica envolvida, visando alunos do ensino mdio.
O eletrom deste experimento se comporta como um solenide, que
constitudo por um fio condutor enrolado de modo a formar espiras
sucessivas.
6-8
-
Figura 10: Representao de um solenide. Sentido da corrente e as
linhas de campo dado pela regra da mo direita.
No interior de um solenide, as linhas de induo magntica so
praticamente retas paralelas, caracterizando um campo magntico
praticamente uniforme. Quanto mais longo for o solenide, mais
uniforme ser o campo magntico no seu interior e mais fraco o campo
externo.
A caracterizao do vetor induo magntica B , em qualquer ponto
do
solenide ser:
Direo: os vetores B tm a direo do eixo do solenide;
Sentido: dado pela regra da mo direita;
Intensidade: LiB
Onde:
: permeabilidade magntica do meio; i: intensidade da corrente
eltrica que atravessa o solenide; : nmero de espiras que constituem
o solenide; L: comprimento do solenide.
Concluso e perspectivas futuras:
Atravs do guindaste eltrico podemos demonstrar o funcionamento
de um eletrom, e explicarmos experimentalmente a teoria
eletromagntica envolvida neste dispositivo. Teoria esta que
para
6-9
-
muitos de difcil compreenso, pois envolve conceitos abstratos
(por exemplo, campo magntico).
Portanto este projeto poder ser aplicado em sala de aula tanto
para alunos do ensino mdio quanto para universitrios dos cursos de
exatas, auxiliando-os assim na aprendizagem dos conceitos fsicos do
eletromagnetismo envolvidos neste projeto.
Podemos concluir tambm que os objetivos iniciais propostos foram
alcanados, pois o experimento se encontra em funcionamento, e as
leis fsicas que descrevem o funcionamento de um eletrom foram
descritas. Assim podemos relacionar a teoria com o
experimental.
Como perspectiva futura, esperamos que este experimento possa
ser utilizado tambm para explicar outros conceitos fsicos
envolvidos, como por exemplo: torque, presso, volume, entre outros
que aparecem nele.
Bibliografia:
1)Valadares, E., Fsica mais que divertida, segunda edio, 2002,
editora UFMG.2)
http://br.geocities.com/saladefisica10/experimentos/e97.htm3)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletro%C3%ADm%C3%A34)
http://www.sph.rs.gov.br/sph2005/sph/leilao200510.php5)
http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/index13.asp6)
http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F809.htm 7)
http://www.ufsm.br/gef/Eletro.htm#inicio8)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re9)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ampere10)Halliday, D; Resnick,
R; Merril, J; Fundamentos de Fsica, volume 3, terceira
edio.11)Eisberg/Lerner; Fsica, Fundamentos e Aplicaes, volume 3,
segunda edio.
6-10
-
Apndice A
Figura11: Andr-Marie Ampre
Andr-Marie Ampre (Polmieux-au-Mont-dOr, 20 de Janeiro 1775, -
Marselha, 10 de Junho 1836) foi um fsico, filsofo, cientista e
matemtico francs que fez importantes contribuies para o estudo do
eletromagnetismo.
Nasceu em Polmieux-au-Mont-dOr, prximo a Lyon, na Frana em 1775.
Foi professor de Anlise na Escola Politcnica de Paris e no Collge
de France. Ocupou-se com vrios ramos do conhecimento humano,
deixando obras de importncia, principalmente no domnio da Fsica e
da Matemtica. Partindo das experincias feitas pelo dinamarqus Hans
Christian Oersted sobre o efeito magntico da corrente eltrica,
soube estruturar e criar a teoria que possibilitou a construo de um
grande nmero de aparelhos eletromagnticos. Alm disso, descobriu as
leis que regem as atraes e repulses das correntes eltricas entre
si. Idealizou o galvanmetro, inventou o primeiro telgrafo eltrico
e, em colaborao com Arago, o eletrom.
Entre suas obras, deixou por terminar Ensaio sobre a filosofia
das Cincias, na qual iniciou a classificao do conhecimento do
homem. Publicou Recueil d'Observations lectro-dynamiques; La thorie
des phnomnes lectro-dynamiques; Prcis de la thorie des phnomnes
lectro-dynamiques; Considrations sur la thorie mathmatique du jeu;
Essai sur la philosophie des sciences.
Faleceu em Marselha em 1836.
6-11
-
O seu filho Jean Jacques Ampre (Lyon, 12.08.1800, Paris
27.03.1864) foi fillogo, erudito, viajante e historiador literrio
francs.
Em sua homenagem, foi dado o nome de ampre (simbolo: A) unidade
de medida da intensidade de corrente eltrica.
6-12
Relatrio Final de F809 Instrumentao para EnsinoTtulo do Projeto:
Guindaste EltricoSub-Ttulo: Guindaste com EletromAluno: Daniel Jos
Guimares Prates (RA: 019357)Orientador: Prof. Dr. Dirceu da
SilvaProfessor responsvel: Prof. Dr. Joaquim Jos
[email protected], UnicampApndice A
