MOTOR IÔNICO - ROTOR LÍQUIDO - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !

Planté é reconhecidamente o inventor do 'elemento secundário', ou 'acumulador de lâminas de chumbo, recarregável'. Seus estudos sobre a 'corrente secundária' ou 'correntes de polarização' levaram-no à construção do acumulador chumbo-ácido, cujo modelo didático apresentamos na Sala 21.

Gaston Planté (1834-1889)

Raymond Gaston Planté nasceu a 22 de abril de 1834 em Orthez, França. Morreu em 1889. Entre outros temas, estudou as reações eletroquímicas que se processam no funcionamento do acumulador de chumbo e que podem ser resumidas em:

Pb + SO₄^2-= PbSO₄^2- (sol) + 2 e^-
PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- + SO₄^2-= PbSO₄^2-(sol)

Entre suas obras destacamos "Recherches sur L'Électricité", a qual pode ser obtida em formato 'pdf' em http://gallica.bnf.fr . Dessa obra apontamos o trabalho "Spirales électrodynamiques", na página 148, base desses projetos que ora apresentamos.

Basicamente, em todos eles, teremos a ação de um campo de indução magnética sobre os portadores de carga elétrica nos condutores de segunda espécie; os condutores iônicos.

Material e Montagens
Para a realização dessa série de experimentos são necessários: uma fonte de alimentação (3 a 12 VCC, 2A), uma cuba de plástico (acrílico ou vidro), fios de cobre, solução ácida a 10% (ácido sulfúrico) e ímãs permanentes ou eletroímãs em forma de barras.
Nota: A solução ácida a 10% pode, para maior segurança de trabalho, ser substituída por uma solução saturada de sal de cozinha.

A seguir exibimos a montagem inicial de Planté, a qual servirá de base para nossa descrição mais detalhada e um visual do material:

A cuba, como indicamos, pode ser de plástico, acrílico ou vidro (nas floriculturas, para arranjos florais, existem bases transparentes que podem ser utilizadas para nossos propósitos); lojas que montam aquários de vidro plano também são boas fontes para produzirem tais cubas. Não esqueçam, também, das lojas de R$ 1,99! Ao final, veremos uma variante do processo usando de garrafas PET, transparentes, de 2 litros.
Use dois grossos fios de cobre; um deles (+) com sua capa plástica (apenas retirada uma pequena porção na extremidade com ponta bem aguçada que penetra até o centro da cuba), o outro, totalmente 'nú'. Prepare uns dois litros de solução de ácido sulfúrico a 10% (ou solução saturada de sal de cozinha).

Como indica acima, mergulhando-se os fios de cobre na solução e ligando-os à fonte de alimentação, iremos observar, dada as reações químicas que ocorrem, a formação de pequenos resíduos sólidos escuros (sulfato de cobre) que lentamente decantam. Além de eventuais bolhas gasosas isso é tudo que observaremos.

O visual muda bastante se aproximarmos pela lateral da cuba o pólo de um ímã em forma de barra ou cilíndrico; vejamos:

Como ocorrem essas bonitas espirais que giram nos sentidos indicados, constituindo nossos 'motores de Planté'?

Explicando
Ao ligarmos o circuito (fonte, fios, solução) estabelecemos dentro da cuba uma corrente elétrica iônica (transporte de íons) cujo sentido convencional é: partindo da extremidade do fio de cobre (+), dirige-se para o terminal (-) seguindo infinitos caminhos através da solução. Ao aproximarmos o pólo do ímã, estabelecemos na região desses transportes de íons um campo magnético de indução. Tal campo age sobre as cargas dos portadores, aplicando em cada um deles uma força magnética (força de Lorentz) cuja direção é perpendicular ao plano definido pela velocidade de arraste (que coincide com a direção da corrente elétrica local) e campo de indução magnética. Tal força desloca o portador de carga de sua trajetória primitiva; esse deslocamento lateral que se sobrepõe ao arraste original do portador, leva consigo porção da solução (atrito viscoso) e o resultado são as linhas espiraladas que se observam. Os fragmentos sólidos, resultados das reações químicas, é que tornam visíveis tais deslocamentos.
Se o eletrodo de cobre for substituído por outro, no qual não ocorra formação de resíduos, teremos que acrescentar na solução algum 'resíduo artificial' para permitir a fácil visualização, como por exemplo, grãos de alpiste, farelo de rolha, casca de arroz, fubá etc.

Variantes do Experimento
A- Mudando-se as configurações, poderemos obter curvas de movimento bastante diferenciadas e não menos belas:

Nessa configuração dispomos de uma bandeja plástica horizontal (que contém a solução ácida) e o ímã foi substituído pelo eletroímã em forma de U. Com as pontas descascadas dos fios de cobre mergulhadas na solução nas regiões indicadas na ilustração, observam-se duas espirais circulando (em sentidos opostos) ao redor dos pólos do eletroímã. Algum 'resíduo artificial' foi acrescentado à solução, para permitir a dupla visualização.

B- Ainda usando da cuba original, podemos utilizar eletrodos de formatos específicos para salientar os movimentos das espirais. Eis um exemplo:

Nessa variante usamos como eletrodo negativo um aro de alumínio e como eletrodo positivo uma esfera de cobre (o fio que parte da esfera de cobre é encapado; recoberto de seu plástico original). No aro de alumínio há um orifício que permite a passagem desse fio de cobre encapado.
Agora, como as correntes elétricas são radiais, os resíduos descrevem (praticamente) circunferências ao redor da esfera de cobre --- não esqueça que tais resíduos estão sujeitos, também, ao campo de gravidade. Essa variante é, na vertical, o próprio motor de rotor líquido já apresentado nessa Sala 22. Aliás, a leitura desse trabalho lhe proporcionará toda a teoria necessária ao bom entendimento dos motores de Planté.

C- Dessa vez usamos, no lugar da cuba, uma garrafa PET transparente de 2 litros. Use a própria tampa da garrafa (com 3 orifícios) para sustentar os fios. Por dois desses furos passam os fios que servirão de eletrodos (os fios passam 'bem justos'), o terceiro furo é para permitir qualquer escape de gases que venham a se formarem como sub-produtos das reações químicas. Há várias configurações para tais eletrodos, a que ilustramos é a mais simples.

Agradecimentos
Ao caro Prof. Antonio Carlos M. de Queiroz, do UFRJ e mantenedor das belas páginas sobre 'Máquinas Eletrostáticas', por alertar-me sobre as 'espirais eletrodinâmicas' de Planté, recomendando-as para constarem em nossa Sala 22 de Motores Gerais.

Ainda do Prof. Antonio Carlos, recebi hoje (30/01/03) uma descrição 'bem caseira' da montagem efetuada: "Eu fiz a experiência. Usei um pote de vidro pequeno (daqueles de patê) com um ímã de alto-falante por baixo. Liguei dois fios grossos de cobre a uma fonte de 12 V, 1 A. Coloquei água saturada com sal comum no pote. A água gira claramente. Com o norte para cima, colocando o fio positivo no centro e o negativo na borda do pote, a água gira no sentido anti-horário. Invertendo as conexões ou o ímã, gira no sentido horário. Saem bolhas de hidrogênio do fio negativo, e um material amarelo do positivo. Ambos facilitam a visualização da rotação. As espirais são difíceis de observar devido à turbulência, mas dá para ver que o material amarelo se move para longe do terminal positivo."

Comentários/sugestões sobre esse (ou qualquer outro trabalho posto no Feira de Ciências) são sempre bem vindos. Eis meu e-mail: leobarretos@uol.com.br .