Motor de 'yoke'

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

Introdução
Esse projeto é especialmente interessante, quer para Feiras de Ciências ou Trabalhos Escolares, quer para trabalhos dos primeiranistas de cursos superiores de exatas. Mostraremos como fazer uma agulha magnetizada girar, à moda do rotor de um motor, dentro de um 'yoke', sob a ação de campos magnéticos defasados.

Material
Para sua construção necessitaremos apenas de : 
# um yoke (qualquer modelo), 
# um transformador [primário para 110V;secundário para (6 + 6)V, 500mA], 
# uma rolha,
# uma chave seletora H-H (um pólo, duas posições), 
# um eixo (agulha de aço) e 
# uma agulha magnética grande.

Comentando
Todos os técnicos em televisão, assim como os estudantes de eletrônica conhecem o YOKE ou bobinas defletoras. Trata-se de dois enrolamentos distintos, efetuados sobre uma mesma forma especial, que encaixa justinho no pescoço do tubo de raios catódicos (TRC) do televisor. Essas bobinas permitem a obtenção de dois campos magnéticos perpendiculares entre si e perpendiculares ao eixo do tubo (onde passa o feixe de elétrons provenientes do canhão eletrônico).
Sua função é, a partir dos campos magnéticos que produzem; aplicar forças magnéticas nos elétrons, determinando assim, suas deflexões na horizontal e na vertical.
A figura a seguir apresenta um esquema desse comportamento eletromagnético.

Se, num dado instante, o campo produzido pelas bobinas (1) é vertical para cima (por exemplo) e o produzido pelas bobinas (2) é horizontal para a direita, os elétrons do feixe os 'vê' conforme indica a figura abaixo, onde B₁ e B₂ são os vetores indução magnética que caracterizam esses campos naquele ponto.

Imagine agora esse yoke colocado sobre a mesa, com a 'boca' para cima e, uma agulha magnética suspensa, bem centrada em seu interior. Como ela se estabiliza?
Vejamos isso, por etapas:

Frente aos campos magnéticos produzidos por essas bobinas, o campo magnético terrestre pode ser desprezado. 
O que aconteceria com a bússola se os campos magnéticos produzidos pelas bobinas pudessem variar defasados de 180°? 
Eis o que se observaria na bússola, imaginando o processo em câmara lenta.

É isso aí. Veríamos a agulha magnética girando, ao redor de seu eixo de suspensão, com freqüência igual, múltipla ou sub-múltipla daquela da variação dos campos magnéticos, Criamos um campo magnético resultante girante.

Montagem
Para efetivar nossa montagem (retire os pequemos ímãs que acompanham o yoke) e fixe-o numa base de madeira suficientemente grande para conter o yoke e um pequeno transformador, 
Só nos resta agora obter esses campos magnéticos defasados, em função do tempo (variação senoidal) e um eixo fixo para agulha magnética. A parte do eixo é simples. Coloque uma rolha na parte estreita do yoke (derreta parafina no contorno, se necessário, para ajudar na fixação) e espete uma agulha longa no seu centro.

A alimentação das bobinas também é simples. Basta usar um transformador com primário de acordo com a rede elétrica (110/220V) e secundário (6 + 6) ou (9 + 9)V, para 500mA.
Abaixo ilustramos esse transformador, indicando os terminais do secundário por (a), (ct) e (b).

Não é novidade para ninguém, do campo da eletrônica que, em relação ao ct, os potenciais elétricos de (a) e (b) estão defasados de 180°, variando ambos senoidalmente com o tempo. Assim, já temos nossas duas tensões defasadas e alternadas. 
Mais um pequem detalhe; os enrolamentos horizontal e vertical do yoke têm indutâncias diferentes. Isso pode ser verificado com um ôhmímetro, medindo-se as resistências dos fios dos 2 enrolamentos, para verificar que uma é praticamente, 10 vezes maior que a outra.

Desse modo, devemos ligar o enrolamento de menor resistência (horizontal) em 6V (ou 9V) e o de maior resistência (vertical) em 12V (ou 18V). O enrolamento de maior resistência elétrica vai ligado direto aos terminais (a) e (b) do transformador e o enrolamento de menor resistência terá um extremo ligado direto no (ct); o outro terminal irá para (a) ou (b). Essa escolha implicará no sentido de rotação da agulha magnética. Coloque uma chave 1x2 (um pólo, duas posições) nessa ligação e assim poderá escolher, à vontade, o sentido de rotação da agulha sobre seu eixo. Veja esquema a seguir.

Dando partida 
Coloque a agulha sobre o eixo, apoiada por seu mancal de vidro (para reduzir o atrito ao mínimo), ligue o cordão de força na rede elétrica. Você verá que a agulha começa a trepidar tentando acompanhar o campo magnético girante mas, sua inércia, a impede. Por isso, deve-se dar um ligeiro impulso inicial. Com isso a agulha passará a girar muito rapidamente.

Dependendo do impulso inicial você obterá diversas freqüências de rotação. Eis o conjunto numa montagem didática. Veja também fotos na Feira de ciências Virtual.

Finais
No yoke, o enrolamento horizontal é constituído, na verdade, por 2 enrolamentos em paralelo. Se você conseguir separá-los, ligando-os em série e concordância, haverá melhoria no desempenho.

Como dissemos, é um excelente trabalho para estudantes de eletrônica, alunos do ensino médio em geral e tema para Feiras de Ciências. Atente que a técnica proposta pode ser avançada para circuito dente de serra, controlados por osciladores independentes e com isso colocar a agulha em qualquer posição que lhe interesse. Seu uso vai deste controles servo-mecânicos até leituras de 'mensagens do além', por simples comandos de botões que levam a agulha sobre as letras do alfabeto marcadas num disco sob a agulha; esoterismo muito comum nos dias de hoje, onde a falta de cultura popular é caminhada para a mistificação.
Aliás, grande parte da culpa é nossa, por não explicarmos a todos, os truques que são utilizados para essas poluições do além.