Balanço eletromagnético

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

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 n^o 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.

Motor eletrostático 03
(Com latas e copo plástico)

 

Introdução
Essa é uma versão 'caseira' e simplificada do "motor eletrostático de garrafas" já apresentado nessa Sala 22 (motor 10). É indispensável que você faça uma leitura nesse trabalho (para isso, clique aqui).
Essa nova versão, que permite a rotação de um copo plástico comum com velocidade respeitável, requer também (como o modelo original) uma fonte de alta tensão polarizada. A técnica mais rápida para se conseguir tal fonte é através do uso de uma tela de televisor (de preferência um já 'encostado', branco e preto) recoberta com papel alumínio, como já dissertamos no trabalho original (técnica do liga/desliga televisor).

Material
* Duas latas de refrigerante (nas ilustrações, cobrimos os nomes, para evitar merchandising);
* um copo plástico comum para refrigerante (desses de festinhas de aniversário);
* uma caneta esferográfica comum (sem o clique de apertar);
* 30 cm de papel alumínio (de cozinha);
* 2 clipes metálicos para papel;
* aparelho de cola à quente (ou cola comum, se você não se importa de esperar secar);
* fita adesiva e fios conectores com garras jacarés, para a fonte.

Montagem

Visão geral da montagem

Comecemos pelo rotor:
a) passe cola, camada fina, em toda lateral externa do copo plástico e cubra com a folha de papel alumínio. Com uma colher vá alisando as regiões onde aparece enrugamentos. Recorte os excessos deixando apenas toda superfície lateral do copo revestida de alumínio. Aguarde secagem.
b) com uma lâmina bem afiada recorte duas tiras do alumínio, de ambos os lados do copo, de largura de cerca de 1,5 cm. Desse modo o copo ficará com dois setores distintos (e isolados) de cobertura de alumínio, conforme ilustramos.

Construção do mancal e eixo:
a) recorte a extremidade do corpo da caneta esferográfica. Esse pequeno 'copinho plástico', que servirá de mancal, deverá ser colado no centro do fundo do copo plástico. 

Esse pequeno 'copinho plástico', que servirá de mancal, deverá ser colado bem no centro do fundo do copo plástico. É através desse 'copinho plástico' que a ponta da caneta esferográfica irá apoiar todo o rotor. Deverá haver uma espécie de 'covinha' nesse mancal onde a ponta da caneta irá ajustar-se. Note isso na ilustração abaixo.

Suporte do projeto:
a) uma placa de plástico, cerâmica ou de vidro pode ser usado como base do projeto; mesmo um prato de papelão encerrado (tipo pizza) servirá. Cole (cola quente) a caneta esferográfica, de pé, no centro dessa placa (ou prato de papelão emborcado). Ajuste as dimensões da caneta com base nas ilustrações apresentadas.

b) cole (cola quente) as latas de refrigerante nas posições ilustradas acima. A distância entre elas deve ser tal que o copo plástico apoiado na ponta da caneta possa girar livremente, com a borda do copo (agora de ponta-cabeça) se mantenha a uns 1,5 cm das latas.

Construção das 'escovas':
a) Endireite as duas curvas grandes do clipe metálico (deixando um extremo dobrado, como se ilustra acima) e os cole nas latas, como ilustrado (vale a pena ligeira raspada nas latas para tirar a tinta superficial, expondo o alumínio; ponha uma bola de cola quente comprimindo o clipe contra a lata). Dobre os arames em forma de "S" e deixe espaço para o copo plástico (as pontas livres desses arames devem ficam cera de 1 cm afastados do copo plástico).

Finalizando a montagem:
a) coloque o copo plástico de cabeça para baixo sobre a esfera da ponta da caneta. Tenha certeza de que a 'covinha' do mancal se ajusta bem ao redor da esferinha da caneta. Teste a livre rotação desse rotor.
b) reajuste os arames para que não toquem no copinho e sim fiquem afastados dele cerca de 1 cm.
c) ligue os fios flexíveis com as garras jacarés nas latas 'estatores' (fita adesiva podem ajudar nessa operação -- raspe as latas nos locais de contato). A extremidade de um dessas fios irá para a folha de alumínio que cobre a tela do televisor (caso use dessa técnica para obter a alta tensão necessária ao funcionamento desse motor). A extremidade do outro fio deverá ser ligado 'em terra' (poderá ser um cano metálico de água, uma estrutura metálica de janela ou mesmo na carcaça metálica da cobertura do seu PC. Se seu PC tem tomadas de três orifícios (típicas para os computadores) e tem fiação de "terra" devidamente instalada em sua casa, esse será o 'terra' recomendado. Em último caso você poderá ficar segurando a extremidade desse fio com a mão uma vez que seu corpo já é um bom 'terra' para esse pequeno motor.

E agora ligue a televisão (caso uso dessa técnica). A chapa de alumínio que reveste a tela irá 'apanhar' uma  boa alta tensão e seu rotor começará a girar. Quando a velocidade começar a diminuir, desligue a TV e o rotor ganhará 'outro ponta-pé' e girará mais rapidamente. Você poderá manter o rotor girando desde que aceite ficar ligando e desligando a TV de tempo em tempo. Devidamente sincronizado seu copinho irá adquirir formidável velocidade.

Veja a teoria sobre o funcionamento desse motor no trabalho do "motor 10" dessa Sala.

Questões sobre os hidrocarbonetos (3º Ano, Atividade válida como complementar)

01) O gás liquefeito de petróleo, GLP, é uma mistura de propano, C₃H₈, e butano,C₄H₁₀.

Logo, esse gás é uma mistura de hidrocarbonetos da classe dos

(A)  alcanos.

(B)  alcenos.

(C)  alcinos.

(D)  cicloalcanos.

(E)   cicloalcenos.

02 - (UFRRJ) Segundo as regras oficiais (IUPAC), o nome para a substância abaixo é

 

a) 2,2-dimetil-5-dietil-pentano.

b) 3-etil-6,6-dimetil-heptano.

c) 5-etil-2,2-dimetil-heptano.

d) 3-etil-5-tercbutil-pentano.

e) 3-etil-6,6,6-trimetil-hexano

03) (UFSC) Um alcano encontrado nas folhas de repolho contém em sua fórmula 64 átomos de hidrogênio. Quantos átomos de carbono esse composto apresentam?

04) Em relação aos alcenos, indique:

a) Qual a fórmula estrutural e o nome do alceno que apresenta 12 hidrogênios na fórmula e a ligação dupla entre dois carbonos centrais;

b) Qual a fórmula estrutural e o nome de um alceno de cadeia normal e com 8 átomos de carbono;

c) Qual a fórmula molecular e a massa molecular de um alceno com 15 carbonos na molécula.

Exercícios sobre potencial elétrico, e energia potencial (3º Ano,  válido como atividade complementar)

1. No campo elétrico produzido por uma carga pontual Q = 3.10^-2 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = 3.10^-7 C, colocada a 12.10^-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo.


2. No campo produzido por uma carga pontual Q = 5.10^-3 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = - 4.10^-8 C, situada a 9.10^-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo. 

3.  (FEI - SP) A diferença de potencial elétrico entre dois pontos A e B é Va - Vb = 10 V. O trabalho realizado pela força elétrica no transporte de uma carga q = 2,0 Mc de A para B é, em joule :

a) 5,0.10^-6

b) -5,0 .10^-6

c) 2,0.10^-5

d) -2,0 .10^-5

e) zero

 

4. Qual é o potencial elétrico situado em um ponto A a 400 mm de uma carga elétrica de(Q) de 6 microcoulombs? 

5. Qual é o potencial elétrico situado em um ponto B situado a 90 cm de uma carga elétrica de carga igual a 5.10^-6 C?

Dualidade onda-partícula da luz

A teoria

Um longo caminho foi percorrido pelos estudiosos da luz para atestar sua natureza. A luz, é uma partícula ou onda?

A primeira teoria à surgir, na Grécia antiga, foi que a luz era composta por partículas, e, observando sua reflexão, foi notado que a luz, como um solido, ‘rebatia’ ao encontrar um espelho. Essa é a chamada teoria corpuscular da luz.

No final do século 17, o estudioso Christiaan Huygens apresentou a ideia ondulatória, afirmando que a luz se comportava como uma onda. Com base na ideia proposta anteriormente por Huygens, Thomas Young realizou um experimento, posteriormente conhecido como “experimento das duas fendas”. Esse experimento mostrou que a luz também mostras características de onda. Outro físico, chamado James Maxwell, mediu a velocidade da luz no vácuo e de uma onda eletromagnética no mesmo meio e notou que são iguais. Isso levou à afirmar que a luz é uma onda eletromagnética.

E agora, qual teoria é a certa?

Observando um efeito fotoelétrico, onde a luz atinge uma superfície e ela emite elétrons, foi notado que esse fenômeno não se alinhava com a teoria ondulatória da luz. Foi Einstein, que conclui que a luz era formada de pequenos pacotes de energia, chamados fotóns. Anos depois, Arthur Comton ainda adicionou mais uma observação à teoria de Einstein: “quando um fóton colide com um elétron, ambos comportam-se como corpos materiais.”

Graças aos esforços desses cientistas, a luz hoje é entendida e estudada como onda e partícula.

Por que as borboletas são atraídas pela luz?

Borboletas são insetos positivamente fototáxico, por isso vão em direção à luz. Provavelmente, você não deve conhecer o termo ‘fototáxico’ que significa o grau de atração pela luz. Resumindo, os animais positivamente fototáxico são atraídos pela luz, enquanto outros, como as baratas, que corre dela, é negativamente fototáxica. O movimento causado pela fototaxia é involuntário. 

Existem varias teorias sobre essa característica das mariposas, que variam desde “a luz é fator de orientação noturna” até “a luz é rota de escape contra os predadores”, mas a mais interessante é a que diz que a mariposa tem maior sensibilidade à certos comprimentos de onda. Um exemplo dessa tese é o fato que mariposas preferem luz branca em relação a luz amarela.