Balanço eletromagnético

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

Apresentação
A 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.

Montagem
Iniciemos 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 n^o 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:

Variantes
a) 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.