Balanço
eletromagnético
Apresentação
A intenção nesse projeto, bastante
sugestivo para exposições científicas e trabalhos escolares, prende-se
à conversão da energia elétrica em energia mecânica. O principio
básico do projeto repousa nas forças de repulsão eletromagnética; o
trabalho dessas forças é quem possibilitará a manutenção do movimento.
Para
se obter essa repulsão é preciso que dois campos magnéticos, originados
por pólos de mesmo nome, (ambos norte ou ambos sul) interajam. Um dos
campos pode ser estacionário (fixo), como é o campo magnético de um imã
permanente, o outro, produzido por corrente elétrica, circulando de
maneira intermitente por uma bobina.
Nosso
balanço terá como "banquinho” justamente uma bobina que, em dado
momento, penetra em um ímã permanente. Quando a bobina-balanço começar
a se afastar do ímã, uma corrente elétrica de sentido adequado
circulará por ela, determinando o impulso periódico que manterá o
balanço funcionando.
Montagem
Iniciemos a montagem pela estrutura
de sustentação do balanço: uma base de madeira de (30 x 40) cm, dois
suportes verticais com 40 cm de altura (sarrafos) e uma barra transversal
(sarrafo). Como complementação, colamos um toquinho de madeira de (4x4)
cm no local indicado. Eis o visual dessa estrutura:
No
sarrafo transversal colocam-se dois pitões, tipo gancho, para prender os
fios do balanço.
Passemos
à construção da bobina, feita com fio de cobre rígido esmaltado no
22. Enrole cerca de 60 espiras (voltas) desse fio sobre uma garrafa de
vidro com diâmetro cerca de 10 cm. Deixe uns 60 cm de fio solto em cada
extremidade da bobina. Retire o enrolamento da garrafa, aperte-o e molde-o
em forma de uma rosquinha (toróide).
Passe “cordoné” ou cadarço para enrolamento, em toda volta da bobina,
para prender as espiras firmemente.
Retire
(raspe) o verniz dos fios das extremidades da bobina e dobre-os em forma de
gancho para encaixá-los nos pitões. Faça Isso na medida certa, de modo
que a bobina possa oscilar como um pêndulo, a uns 2 cm por cima da base de
madeira.
O
ímã em forma de U (ou de ferradura) é colocado inclinado no
extremo da base de madeira, de modo que a bobina, ao oscilar, penetre
folgadamente no ramo superior do ímã (pólo norte, por exemplo). Eis um
perfil da montagem:
A
próxima tarefa será construir o dispositivo que liga e desliga a corrente
elétrica através da bobina nos momentos adequados. Para tal tipo de
interruptor, tenha a seguinte idéia na cabeça: a bobina deve começar a
funcionar (ligar) no instante em que sair do ramo do ímã, ficar
ligada por um pequeno intervalo de tempo, desligar assim que a bobina se
afastar um pouco do ímã, permanecer desligado em todo percurso de
afastamento, até parar, manter-se desligada enquanto retorna para o ímã,
até penetrar nele e parar, começar o retomo e ligar novamente ao
começar a sair do Imã. Observe o esquema da oscilação completa da
bobina — balanço, a partir da posição de repouso A.
Além
desse ciclo, deve-se ter em mente que no Intervalo de tempo em que a bobina
fica ligada (enquanto afasta-se do ímã) a corrente deve circular no
sentido adequado para determinar repulsão. Esse impulso de repulsão é
quem manterá o balanço funcionando, pois repõe a energia dissipada pelos
atritos.
Esse
dispositivo interruptor, num modelo simples, é constituído pelo “braço
de oscilação” que, ligará e desligará o circuito nos estágios
apropriados da trajetória do balanço. Para construir esse braço de
oscilação você precisará de um quadradinho de tábua de (4 x 4) cm, um
sarrafo de madeira leve (pinus) de (2,5 x 7) cm, dois pregos finos de 4 cm
e um parafuso para madeira. Veja as ilustrações.
O
furo, por onde passa o parafuso (folgado) no braço móvel deve estar bem
no centro do sarrafo de (2,5 x 7 x 1) cm. Os pregos, próximos à
extremidade esquerda estão afastados um do outro, coisa de 0,5 a 1,0 cm.
Devido aos pesos dos pregos, a tendência do braço móvel é ficar
vertical, com os pregos abaixo do parafuso. O fio de cobre do braço
direito do balanço, cuja extremidade lixada passa entre os pregos, é quem
mantém o braço móvel próximo da horizontal. No corte transversal da
figura, a posição pontilhada mostra a situação onde o circuito é
fechado (fio do balanço encostado no prego a): nas demais
posições o circuito permanece desligado (o fio do balanço fica encostado
no prego b).
O
braço de oscilação deve girar em tomo do parafuso, para cima e para
baixo com o mínimo de atrito. Faça com fio flexível uma ligação entre
o parafuso e o prego a (inferior). Use uma pilha de telefone ou
mesmo duas pilhas grandes em série. Nossa fonte de
tensão ajustável, descrita na nossa Sala
03, pode ser utilizada com vantagens.
O
ajuste desse braço de oscilação é fundamental para o bom funcionamento
do balanço. Uma sugestão é segurar a bobina entre os dedos e coloca-la
dentro do ímã, onde será sua posição extrema; a partir dai ir levando
lentamente a bobina para fora e, assim que sair do ímã, ajustar a parte
curva do fio de contato com os pregos para tocar no prego inferior (deve-se
sentir um 'empurrão' sobre a bobina). Trabalhe sobre esse ajuste.
Nota:
No lugar do Imã em U pode-se usar de um ímã cilíndrico de
ALNICO, com uns 10 cm de comprimento.
Eis
a perspectiva geral do projeto:
Variantes
a) Trocar o ímã em forma de U
por um ímã cilíndrico;
b) trocar o ímã em forma de U por um eletroímã (com núcleo de
ferro, com bobina de 50 espiras), ligada em série com a bobina-balanço.
Cuidar para que o sentido da corrente elétrica nelas determine repulsão
quando o interruptor de oscilação fechar o circuito.
