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Pêndulos magnéticos

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Introdução
Podemos fazer com que duas bobinas de fios de cobre oscilem entretidamente, durante algum tempo, por conta própria. A corrente elétrica gerada pela primeira bobina ao cortar as linhas de indução de um ímã permanente irá circular, também, pela segunda bobina. O campo magnético do segundo ímã permanente agirá sobre a corrente que circula nessa segunda bobina colocando-a em movimento. Daí para a frente, alternadamente, uma bobina agirá como gerador e a outra como receptor, e vice versa.

Objetivo
Mostrar alguns dos modos como a corrente elétrica e o magnetismo interagem. Destacar o fenômeno da indução magnética (efeito Faraday) e a "lei do contra", de Lenz.

Material
Uma placa de madeira (A) para a base do dispositivo, com medidas: (2,0 x 30 x60) cm;
Dois sarrafos para as colunas (B), com as medidas: (4,0 x 10 x 60) cm;
Uma placa de madeira para o topo (C), com medidas: (2,0 x 10 x 60) cm;

Furadeira elétrica ou manual e broca (diâmetro do ímã cilíndrico);
Dois ímãs cilíndricos, dos bons, com diâmetro igual ou maior que 1,5 cm;
Fio esmaltado #22 ou 24;
Régua, lápis, martelo (ou chave de fenda), serra, pregos (ou parafusos para madeira);
Fita adesiva, lixa e cola para madeira.

Opcionais: um amperímetro AC com fundo de escala para 100 mA, um voltímetro AC com fundo de escala para 1 V e um pequeno pedaço de fio comum com garras "jacarés" em ambas as extremidades.

NOTA: Os ímãs podem ser "retangulares"; isso apenas dificultará um pouco suas fixações nos sarrafos verticais. Entretanto, tenha absoluta certeza de que os ímãs adquiridos tenham pólos norte e sul nos extremos das peças; os ímãs em forma de paralelepípedo com pólos nas faces (como ímãs de armários) não servem.

Montagem
Recorra às ilustrações abaixo (frente, perfil e perspectiva) para confirmar as dimensões. Use uma broca de diâmetro igual ao do ímã para fazer os dois buracos nos sarrafos verticais (B).

Faça 4 cortes na placa superior (C), com profundidade de 6cm (use serra fina).

Use cola, prego e martelo para a construção, se bem que, parafusos para madeira e chave de fenda sempre são os mais recomendados para as montagens.

Confeccione duas bobinas com fio de cobre esmaltado #22 ou pouco mais fino. Cada bobina chata deve conter 50 espiras e um diâmetro interno que deixe passar, com boa folga, o ímã. Deixe terminais com cerca de 90 cm em cada uma delas. Amarre bem as bobinas com cordoné (ou mesmo com o próprio fio, dando algumas voltas ao redor delas).

Insira os ímãs nos buracos feitos nos sarrafos (B). Deixe saliente, pelo lado da frente (lado das bobinas) pelo menos metade desses ímãs.

Passe os extremos (terminais) das bobinas pelos cortes da placa superior (C) e as ajuste para que fiquem bem centradas ao redor dos ímãs. A distância entre cada bobina e seu sarrafo deve ser ajustada em conformidade com o comprimento da extremidade saliente do ímã.

Una entre si os dois fios das duas bobinas (raspe essas extremidades para retirar o verniz isolante), como se ilustra (ligação em paralelo), isole e fixe com fita isolante. O fio deverá formar agora um circuito contínuo.

Observe se as bobinas oscilam livremente encaixando-se perfeitamente nas extremidades expostas dos ímãs. Tenha certeza de que o fio da parte superior da estrutura não fique balançando enquanto as bobinas oscilam

Procedimento
Afaste uma das bobinas do suporte e a seguir abandone-a. Observe que a segunda bobina começa a oscilar.

Mude a polaridade de um dos ímãs, girando-o de 180o e inserindo-o novamente no suporte. Balance o pêndulo novamente e verifique o que acontece.

Remova a fita isolante que prende os fios das bobinas uma com a outra e inverta a ligação. Recoloque a fita isolante. Balance um dos pêndulos e verifique o comportamento do outro.

Justificando
Quando uma bobina corta as linhas de indução do campo magnético criado pelo ímã ao redor do qual ela se encaixa, uma corrente elétrica é induzida no circuito fechado. Essa bobina funciona como gerador elétrico. A corrente induzida circulará pelas duas bobinas. Essa corrente, ao circular pela outra bobina fica sob a ação do campo magnético produzido pelo ímã que a envolve. Esse campo age sobre essa corrente produzindo uma força (força magnética de Lorentz) que faz a bobina afastar-se do ímã (ou aproximar-se dele, tudo depende do sentido da corrente e da polaridade do ímã).

Quando a segunda bobina balança e corta as linhas de indução de seu ímã, torna-se, por sua vez, um gerador e, a corrente induzida gerada no circuito vai fazer com que a outra bobina funcione como receptor. Essa situação vai alternando-se entre as bobinas.

A inversão da polaridade de um dos ímãs muda o sentido da corrente induzida e o tipo de movimento da outra (se era de atração passa a ser de repulsão)

Detalhes
Você poderá monitorar a intensidade da corrente induzida gerada, o seu sentido de percurso e ainda a tensão desenvolvida na indução. Para tanto deverá intercalar um amperímetro de 100 microampères (de zero central) no circuito (em série) e um voltímetro de 1 volt em paralelo com as bobinas. Com isso você colherá muito mais dados em seu trabalho experimental.


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