Motor de rotor líquido (Motor elétrico 07) Prof. Luiz Ferraz Netto leobarretos@uol.com.br

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 (F_m) 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 F_m 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 F_m.

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 eletriza-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 eletriza-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:

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 (1^a 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.

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 (F_m) 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.