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Motor de disco
(ou de cilindro)

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

Introdução
Eis outras duas sugestões para os estudiosos em corrente alternada. Desta vez utilizaremos: 

                            # um eletroímã, 
                            # um disco de alumínio (ou um cilindro de alumínio) e 
                            # uma lâmina de cobre, 


para fazer um motor bem didático.

Um bom eletroímã requer, um generoso núcleo de ferro/silício laminado, digamos (4x4x12) cm e um enrolamento de fio de cobre esmaltado (e de preferência com dupla capa de algodão), com não muitas espiras, digamos, 250 espiras de fio, para uns 5A.
Esse eletroímã já possui força portante suficiente para manter você suspenso!
Além desse eletroímã, consiga um disco de alumínio de uns 8cm de raio, capaz de girar livremente num eixo que passa pelo seu centro.

Comentando
Colocando-se esse disco diante do eletroímã, a 1 cm, percebe-se, no disco, alguma vibração (obviamente com o eletroímã ligado na rede elétrica domiciliar) e a presença de uma força de repulsão no disco.
Isso é simples de se explicar: o intenso campo magnético alternado produzido pelo eletroímã, induz na massa metálica do disco, correntes induzidas; essas correntes, por sua vez produzem, também, intensos campos magnéticos. 
As leis da indução eletromagnética deixam patente o princípio da conservação da energia, cabalmente demonstrado por Lenz que, esses campos, o indutor (devido ao eletroímã) e o induzido (devido às correntes no disco) devem se repelir. A região do disco que defronta o eletroímã e essa face do eletroímã, devem ter, a cada instante, pólos de mesmo nome; ambas NORTE; ou ambas SUL.

A figura ilustra as montagens parciais, quer com disco, quer com cilindro de alumínio.

Agora que você preparou sua montagem experimental, mesmo que seja com outro eletroímã que tenha em mãos, pegue uma lâmina de cobre e interponha entre o eletroímã e o disco (ou cilindro) digamos, cobrindo metade da área do núcleo do eletroímã. 

Agora você observará o disco girar (com o cilindro montado sobre rolamentos de esfera, você obterá facilmente mais de 3000 rpm). Observe nossas ilustrações: 

Novamente a explicação é simples. 
Ao interpor a lâmina de cobre, essa também sofre o fenômeno da indução eletromagnética, devido á variação do fluxo magnético indutor, com a face voltada para o núcleo adquirindo, a cada instante, pólo de mesmo nome que o núcleo. Porém, sua face oposta terá pólo de nome contrário, que atrairá a face do disco, que tem pólo de mesmo nome que o núcleo. 
Parece complicado não? 
Grosso modo, se num dado instante, a face do eletroímã é Norte, a face do disco que a defronta também será Norte; interpondo-se a lâmina de cobre, a face do cobre que defronta o núcleo, também será Norte, porem sua face oposta será Sul. O Sul dessa face oposta da lâmina atrai o Norte da face do disco (ou cilindro), e este, por estar livre, gira em torno de seu eixo.

Detalhando um pouco mais: o cilindro (ou o disco) gira no sentido oposto àquele em que se introduz a placa. Com efeito, na placa surgem correntes induzidas que se opõem à variação do campo magnético do eletroímã. Por isso, o campo por detrás da placa está atrasado em relação ao campo do eletroímã. Se a placa esconder apenas uma parte do eletroímã, o disco é submetido a um campo resultante de duas componentes em que uma está sempre atrasada em relação à outra um quarto de período, o que é equivalente a um campo deslizando em relação ao disco, que se encontra então levado por ele.

Como exposto, ao interpor a lâmina de cobre, você produziu uma deformação no campo indutor, permitindo com isso aparecimento de um torque no disco (ou cilindro). Este fenômeno tem uma aplicação no arranque do motor assíncrono monofásico. Se você olhar bem de perto um desses motores de indução, tipo gaiola, como por exemplo, motores de toca-discos, ventiladores etc. verá duas grandes espiras de fio de cobre grosso sobre dois cantos diametralmente oposto do eletroímã (espiras de Frager), as quais realizam um campo magnético rotativo.
Esses anéis, em curto circuito, produzem um campo induzido que deformam o campo indutor, permitindo o aparecimento de um torque no rotor (e não, simplesmente, uma repulsão orientada para o eixo - que o impediria de girar).

Veja fotos na Feira de Ciências Virtual.

Eis um excelente tema para aulas de indução eletromagnética, feiras de ciências etc, destacando a Lei de Lenz (a famosa lei do contra) e também a Lei de Faraday (relativa à força eletromotriz induzida).



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