Apresentação
Solte sua imaginação! Você
já pensou num liquidificador (só o copo, sem o motor convencional) onde
as hélices ficam paradas e o líquido do copo é quem gira? Ou numa máquina
de lavar roupas onde a roupa espontaneamente se põe a girar para cá e
para lá? E que tal a água do tanque de lavar roupas começar a fazer o
mesmo? Pois bem, leia esse artigo: o primeiro passo do motor de rotor
liquido está lançado!
Como
funcionam os motores convencionais?
O principio básico que regula o funcionamento dos motores
convencionais repousa na força magnética de Lorentz.
"Toda
carga elétrica (q) imersa num campo de indução magnética (B) e dotada
de velocidade (V), de direção não coincidente com a direção do
campo, fica sujeita a uma força (Fm) de origem eletromagnética,
cuja intensidade é dada por:
|Fm|
= |q| .|V|.|B|. senq
onde
q
é o ângulo entre as direções do vetor velocidade e do vetor campo
magnético."
Observe
que a força magnética Fm é sempre ortogonal a V
e a B, sendo portanto perpendicular ao plano definido por V
e B. O sentido dessa força pode ser obtido pela conhecida "regra
da mão esquerda", onde o dedo indicador representa B,
o dedo médio representa V e o polegar a força magnética Fm.
Para
o completo entendimento, vamos apresentar um experimento simples, que
permite constatar o aparecimento dessa força.
Para
começar, precisaremos de um ímã para produzir o campo magnético.
Sugere-se que seja um desses ímãs em forma de anel, retirado de um
alto-falante grande fora de uso (ele será utilizado em todas as experiências
aqui citadas). As oficinas de instalação de equipamentos sonoros em
automóveis poderão lhe fornecer, gratuitamente, tais alto-falantes fora
de uso.
Bastarão
um martelo e uma pequena talhadeira para que você possa soltar
facilmente o ímã de suas peças polares, conforme ilustramos. Em posse
de tal ímã você poderá, como experimentos complementares, visualizar
o seu campo magnético usando de placa de vidro e limalha de ferro.
Precisaremos
também de um suporte de madeira, uma bolinha de isopor pequena e um pedaço
de fio de seda (fio tirado de uma meia de seda). Na ilustração a seguir
apresentamos a montagem completa.
Inicialmente,
coloca-se a bolinha de isopor a oscilar, como um pêndulo. Ela realizará
várias oscilações, sempre no mesmo plano (sob a ação de seu peso e
da força de contato com o fio), pois nela não agirá nenhuma força
lateral --- até aqui, sem novidades, pois a bolinha está neutra.
Vamos
então eletrizá-la. Passe um pente no cabelo (seco e desengordurado) ou
atrite um bastão de plástico num pano de lã. Encoste o pente ou o bastão
em vários pontos da superfície da bolinha para eletrizá-la por contato.
A
bolinha está agora eletrizada (possui uma certa carga elétrica, q);
coloque-a para oscilar, sobre o ímã --- sem tocar nela com os dedos!
Agora o campo magnético mantido pelo ímã age sobre a carga elétrica
da bolinha e ela será jogada lateralmente, mudando seu plano de oscilação
a cada oscilação.
A
bolinha foge do ímã durante seu movimento, devido à força magnética
de Lorentz.
O
que o campo fez sobre a carga da bolinha ele também o fará sobre todas
as outras cargas elétricas em movimento. Como faremos para conseguir
muitas e muitas cargas passando uma atrás da outra?
De
que são feitas as correntes elétricas?
Uma corrente elétrica nada mais
é do que o fenômeno decorrente de um movimento ordenado de portadores
de cargas elétricas.
Relembremos,
também, que os portadores de carga elétrica são os elétrons
(que transportam carga negativa) e os íons (cátions transportam
cargas positivas e ânions cargas negativas). Em função do tipo de
portadores de carga elétrica, diferenciamos os condutores elétricos
conforme mostra a tabela:
| Tipos |
Portadores |
Exemplos |
| 1a
espécie
2a espécie
3a espécie
|
Elétrons
Íons
Íons e elétrons
|
Metais,
Hg, C, ...
Soluções iônicas
Gases ionizados
|
Independentemente
do tipo de portador, o sentido convencional da corrente elétrica é
sempre do positivo do gerador (+) para o negativo (-). Na ilustração a
seguir, i indica o sentido convencional da corrente elétrica nos
diversos circuitos.
Como
se visualiza a ação do campo magnético sobre as correntes?
Para mostrar como a força magnética
age sobre as cargas participantes da corrente elétrica nos condutores
metálicos (1a espécie --- e aqui está o principio de
funcionamento dos motores elétricos convencionais), façamos a montagem
a seguir, aproveitando o material de que já dispomos, mais dois pitões
metálicos e uns 50cm de fio de cobre n° 16.
A
ilustração acima mostra a colocação dos pitões no suporte e como
colocar o fio de cobre de modo a poder oscilar com as extremidades
(lixadas) apoiadas nos pitões, lembrando uma balança de parques. A
fonte de tensão pode ser obtida de 4 pilhas grandes em série ou uma
fonte de alimentação de bancada.
Ligue
a fonte de tensão nos pitões e verifique o imediato deslocamento da
"balancinha" de cobre, devido á força magnética que age na
corrente elétrica que passa pelo ramo horizontal do fio.
Para
usar a regra da mão esquerda nessa experiência (a fim de prever para
que lado a balancinha vai se deslocar), basta substituir, na regra dada,
a convenção do dedo médio, que passará a indicar o sentido da
corrente elétrica.
Se
você usar o dedo médio para indicar o movimento dos elétrons, não
esqueça de inverter o sentido da força dado pela regra da mão esquerda
(carga negativa inverte o sentido da força!).
Veja
detalhes na figura acima, à direita. Agora que já relembramos o
funcionamento do motor elétrico convencional, passemos para o motor de
rotor liquido.
Motor
de rotor líquido
Vamos descrever inicialmente a
montagem do motor de rotor líquido. Procedendo assim, talvez, você
mesmo possa chegar à conclusão de como ele funciona.
MATERIAL:
-
Ímã
em anel, tirado de um alto-falante grande,
-
Um
funil de alumínio de bico curto e largo (para poder encaixar uma
rolha),
-
Um
pino metálico, preferencialmente latão ou alumínio,
-
Uma
rolha para o bico do funil (preferência, borracha),
-
Solução
iônica para colocar dentro do funil (foi usada uma solução a 10% de
sulfato de cobre, mas qualquer outro sal também serve),
-
Uma
fonte de alimentação de 6VDC e fios de ligação.
As
ilustrações seqüenciais deixam bem clara a montagem:
a)
Introduza uma extremidade do pino metálico no centro da rolha;
b)
Encaixe a rolha no gargalo do funil (um pouco de parafina derretida acaba
com qualquer chance de vazamentos);
c)
Encaixe o funil no buraco do ímã tirado do alto-falante;
d)
Coloque a solução dentro do funil;
e)
Ligue o pino central e o funil nos terminais da fonte
e
assim o líquido começara a girar num sentido que depende do sentido da
corrente elétrica.
Invertendo-se
o sentido da corrente, inverte-se também o sentido de rotação do líquido.
Como primeira experiência foi obtido 76rpm sob corrente de 2A.
Nota
sobre o sentido da corrente: O experimento funciona independente
da polaridade com que se efetuam as ligações (+ pino, - funil ou -
pino, + funil). Todavia, é conveniente que o funil seja ligado no pólo
negativo (-) da fonte DC. Desta forma, se o pino for de cobre, se
depositará cobre na parede interna do funil (o eletrodo central se
"dissolve"). Caso contrário, se "dissolveria" o alumínio do funil e isto
poderia rapidamente perfurá-lo. Foi isto que aconteceu com meu funil do
protótipo! Errei! Tive que comprar um funil novo.
A
força magnética empurra os íons e arrasta o líquido.
A ilustração abaixo mostra uma
vista de topo e uma seção transversal da montagem. Através delas você
poderá observar bem o movimento dos cátions e ânions, o campo magnético
do ímã (B) e o sentido das força magnéticas (Fm)
que agem nesses íons, arrastando consigo o liquido todo e fazendo-o girar
ao redor do pino central.
Tudo entendido?
Vejamos:
Você liga a fonte de alimentação no motor (6VDC, + no eletrodo central
e - no funil), a corrente elétrica começa a circular no condutor iônico
(solução iônica), do eletrodo central para o funil (sentido
convencional da corrente). Essa corrente é formada por cátions (que
caminham do centro - pino - para a periferia - funil -) e por ânions
(que caminham da periferia para o centro).
O
campo de indução magnética mantido pelo ímã (B) é,
no nosso exemplo, vertical para cima, e age tanto nas cargas positivas (cátions)
como nas negativas (ânions). Pela regra da mão esquerda você poderá
constatar que as forças magnéticas surgem sempre no sentido de arrastar
as cargas movimentando-as no sentido horário. Esse "arrastão"
leva consigo o líquido todo e esse se põe a girar.
Mas, por favor, não me escreva
dizendo que não irá montar esse experimento "porque não achou o tal funil"!
Há muitas variantes para a montagem; uma simples panela rasa de alumínio
com um orifício no fundo para passar a rolha e o eletrodo central, resolve
a questão. Mesmo um prato fundo de alumínio serve! Nem é preciso fazer furo
algum, basta trazer o eletrodo central "por cima", sem tocar no fundo do
prato. Claro, tanto a panela como o prato de alumínio serão apoiados sobre
o ímã de alto falante!
Agora
você pode botar a cuca para funcionar e bolar algumas aplicações desse
motor com rotor liquido.
Escreva-nos
e teremos o prazer de citá-lo como mais uma cuca pensante na complementação
desse trabalho. É assim que uma idéia evolui... em equipe, aos saltos!
Esse
trabalho foi originalmente publicado pelo autor no "Manual
das Feiras de Ciências e Trabalhos Escolares"
(publicado em dois volumes pela Editora CERED). O título "Manual
das Feiras de Ciências" tem direitos autorais reservado.
