Materiais:* Pilha de 1,5V* Suporte para pilha de 1,5V * Imã * Suporte de madeira ou plástico* Fio esmaltado para motor* Arames* Pregos.
MOTOR ELÉTRICO SIMPLES
Materiais:* Pilha de 1,5V* Suporte para pilha de 1,5V * Imã * Suporte de madeira ou plástico* Fio esmaltado para motor* Arames* Pregos.NERVÔMETRO
Teste seus nervos. Como anda sua coordenação motora?
O objetivo é deslocar o bastão (suporte móvel) de A-B e B-A, aquele que conseguir, sem disparar a sirene é o vencedor.Dica: É interessante instalar uma chave tipo liga-desliga, para que o sistema seja acionado quando for oportuno.
Divirta-se!!!
Microfone de carvão
Esse projeto refere-se a um microfone de carvão (carbono) muito simples, mas se construído cuidadosamente, poderá detetar bastante bem os sons produzidos á sua volta.
Material: Núcleo de carvão retirado de uma pilha grande;grafite de lápis número 1;bloco de madeira de (2 x 3 x 5) cm;caixa de charuto ou placa de madeira;fonte de tensão CC de 3 a 6 volts;fios, parafuso, serra, broca etc.
Material: Núcleo de carvão retirado de uma pilha grande;grafite de lápis número 1;bloco de madeira de (2 x 3 x 5) cm;caixa de charuto ou placa de madeira;fonte de tensão CC de 3 a 6 volts;fios, parafuso, serra, broca etc.
Montagem:
Serre pela metade, longitudinalmente, o bastão de carvão retirado do centro de uma pilha grande (use serra para metal, de dentes bem finos). Após o corte, lixe as faces planas das peças obtidas.Com broca de 1/8" faça furos nas extremidades das duas peças (cerca de 1cm da base). Nas outras extremidades dessas duas peças, também a cerca de 1cm do topo, faça dois pequenos escavados (cônicos) com 2 mm de profundidade (diâmetro da espessura do grafite do lápis).Essas peças serão, a seguir, aparafusadas (parafusos para madeira) no bloquinho de madeira, como se ilustra acima, ficando os escavados se defrontando. Não aperte ainda os parafusos.
Nos dois parafusos enrosque dois fios encapado no 22 (cabinho 22), cada um com cerca de 1m de comprimento. Um dos parafusos já pode ser apertado fixando a peça em seu lugar definitivo.
Corte o grafite de lápis no comprimento certo para se apoiar nos fundos dos dois escavados (afine ligeiramente suas extremidades) e aperte o outro parafuso. O grafite não deve ficar comprimido entre os carvões e sim 'bambos', mas não o suficiente para cair de seus 'mancais'.
Nos dois parafusos enrosque dois fios encapado no 22 (cabinho 22), cada um com cerca de 1m de comprimento. Um dos parafusos já pode ser apertado fixando a peça em seu lugar definitivo.
Corte o grafite de lápis no comprimento certo para se apoiar nos fundos dos dois escavados (afine ligeiramente suas extremidades) e aperte o outro parafuso. O grafite não deve ficar comprimido entre os carvões e sim 'bambos', mas não o suficiente para cair de seus 'mancais'.
É esse contato frouxo do grafite nos escavados de carvão que irá permitir o funcionamento do microfone.Finalmente, cole o bloquinho de madeira no centro de uma caixa de charuto ou mesmo numa placa de madeira dotada de pequenos pés de madeira.
Um dos fios que sai do microfone deve ser ligado a um dos terminais da fonte CC (pode ser duas ou três pilhas em série); o outro fio e o outro terminal da fonte devem ser encaminhados a um fone de ouvido (ou aos terminais de entrada de um amplificador).
Agora, depois de algumas tentativas e ajustes, você poderá escutar os sons produzidos ao redor desse microfone. Se você trabalhou direitinho poderá colocar um relógio de pulso mecânico apoiado na caixa de charuto ... e escutar o seu tique-taque!Esse microfone que acabamos de descrever deve-se a Hughes. Funciona pela alteração da resistência elétrica entre os contatos de carvão. Qualquer vibração altera a intimidade desses contatos, logo sua resistência e conseqüentemente a intensidade de corrente elétrica no circuito. Essa 'modulação' da corrente é traduzida no fone de ouvido (ou alto falante do amplificador) como um som.Experimente qual a melhor inclinação a dar ao conjunto todo; experimente inclusive com o grafite na posição vertical, para obter o melhor rendimento. Experimente também cortar 1 cm de 'durex' e grudá-lo no grafite para ficar com maior área exposta.
Um dos fios que sai do microfone deve ser ligado a um dos terminais da fonte CC (pode ser duas ou três pilhas em série); o outro fio e o outro terminal da fonte devem ser encaminhados a um fone de ouvido (ou aos terminais de entrada de um amplificador).
Agora, depois de algumas tentativas e ajustes, você poderá escutar os sons produzidos ao redor desse microfone. Se você trabalhou direitinho poderá colocar um relógio de pulso mecânico apoiado na caixa de charuto ... e escutar o seu tique-taque!Esse microfone que acabamos de descrever deve-se a Hughes. Funciona pela alteração da resistência elétrica entre os contatos de carvão. Qualquer vibração altera a intimidade desses contatos, logo sua resistência e conseqüentemente a intensidade de corrente elétrica no circuito. Essa 'modulação' da corrente é traduzida no fone de ouvido (ou alto falante do amplificador) como um som.Experimente qual a melhor inclinação a dar ao conjunto todo; experimente inclusive com o grafite na posição vertical, para obter o melhor rendimento. Experimente também cortar 1 cm de 'durex' e grudá-lo no grafite para ficar com maior área exposta.
Força Eólica
A produção de corrente alternada através de um alternador acionado pelo vento (que é um projeto na região Nordeste do país) pode ser facilmente demonstrada com a seguinte montagem: 
A força eólica, numa Feira, pode ser proveniente de um ventilador comercial. Escolha um 'kit' de "dínamo para bicicleta" suficientemente macio para que a hélice de aeromodelo consiga movê-lo sob ação do vento produzido pelo ventilador. Leia sobre essas fontes alternativas de energia elétrica.No esquema, R são resistores de carvão (comuns), em série com seu respectivo LED. Se a tensão elétrica fornecida pelo 'dínamo' for de 6V~, R, para cada LED, deve ter valor de 300 ohms.Apesar do nome errado, "dínamo" de bicicleta não é dínamo e sim, alternador.
Para se obter tensão contínua, usando "dínamo" de bicicleta, deve-se acrescentar em sua saída, uma ponte retificadora (essa ponte incorpora 4 diodos retificadores - retificação em onda-completa) e um capacitor eletrolítico (para filtragem). Veja a ilustração:
Em substituição ao 'dínamo' de bicicleta pode ser usado um motor elétrico de carrinho de brinquedo (que apresenta ímãs como estatores) o qual, nesse caso, passará a funcionar como gerador elétrico. Nesse caso, os resistores R sugeridos na montagem também devem ser substituídos (e por vezes, mesmo eliminados) por valores de menor resistência.
A força eólica, numa Feira, pode ser proveniente de um ventilador comercial. Escolha um 'kit' de "dínamo para bicicleta" suficientemente macio para que a hélice de aeromodelo consiga movê-lo sob ação do vento produzido pelo ventilador. Leia sobre essas fontes alternativas de energia elétrica.No esquema, R são resistores de carvão (comuns), em série com seu respectivo LED. Se a tensão elétrica fornecida pelo 'dínamo' for de 6V~, R, para cada LED, deve ter valor de 300 ohms.Apesar do nome errado, "dínamo" de bicicleta não é dínamo e sim, alternador.
Para se obter tensão contínua, usando "dínamo" de bicicleta, deve-se acrescentar em sua saída, uma ponte retificadora (essa ponte incorpora 4 diodos retificadores - retificação em onda-completa) e um capacitor eletrolítico (para filtragem). Veja a ilustração:
Em substituição ao 'dínamo' de bicicleta pode ser usado um motor elétrico de carrinho de brinquedo (que apresenta ímãs como estatores) o qual, nesse caso, passará a funcionar como gerador elétrico. Nesse caso, os resistores R sugeridos na montagem também devem ser substituídos (e por vezes, mesmo eliminados) por valores de menor resistência.
BATERIA ECOLÓGICA_BATATERIA
O objetivo é estudar o funcionamento das células voltáicas e associações em série. Uma batata cortada pela metade, duas plaquinhas de cobre e duas plaquinhas de zinco, permitem a confecção de uma batateria capaz de acionar um relógio digital por, pelo menos, dois meses. Com certos 'cuidados', os quais comentaremos, esse tempo de uso pode ser estendido para cerca de quatro meses. Os modernos relógios digitais a cristal de quartzo requerem uma baixíssima intensidade de corrente elétrica para seu funcionamento. Se você tiver um bom microamperômetro poderá constatar que ela será algo como 1,5 x 10-6 A sob tensão elétrica (d.d.p.) de 1,35 V. É devido a isso que tais relógios podem funcionar com as minúsculas baterias 'botões' que geram uma f.e.m. entre 1,2 a 1,4 volts, notadamente as baterias com células de mercúrio.Os experimentos a seguir aproveitam-se dessa propriedade inerente aos circuitos eletrônicos --- funcionarem com baixíssimas intensidades de corrente elétrica.
O que faremos, essencialmente, será construir 'baterias' a partir de duas 'células voltáicas' que produzirão, cada uma, 0,6 a 0,7 V. Dois eletrodos distintos (plaquinhas de cobre e zinco) serão introduzidos em meias-batata (ou quiabo, ou limão, ou abacaxi, etc.) e associados em série de modo a constituírem uma bateria [associação de duas pilhas primárias (células voltaicas)].
Fazendo uma pilha primária: Corte uma batata pela metade. Corte duas chapinhas, uma de cobre outra de zinco, com cerca de (2 x 4) cm. Qualquer espessura das chapinhas entre 1 e 2 mm servirá; essas chapinhas serão os eletrodos da pilha primária.Solde em cada uma dessas plaquinhas um fio de cobre flexível (cabinho 22) com cerca de 20 cm de comprimento (descasque as extremidades e estanhe-as --- passe solda!). Espete as plaquinhas na meia-batata (bem perpendicular à superfície cortada) deixando para fora apenas cerca de 1 cm e separada por cerca de 0,8 cm. Não deixe as plaquinhas se encontrarem dentro da meia-batata! Veja a ilustração:
O que faremos, essencialmente, será construir 'baterias' a partir de duas 'células voltáicas' que produzirão, cada uma, 0,6 a 0,7 V. Dois eletrodos distintos (plaquinhas de cobre e zinco) serão introduzidos em meias-batata (ou quiabo, ou limão, ou abacaxi, etc.) e associados em série de modo a constituírem uma bateria [associação de duas pilhas primárias (células voltaicas)].
Fazendo uma pilha primária: Corte uma batata pela metade. Corte duas chapinhas, uma de cobre outra de zinco, com cerca de (2 x 4) cm. Qualquer espessura das chapinhas entre 1 e 2 mm servirá; essas chapinhas serão os eletrodos da pilha primária.Solde em cada uma dessas plaquinhas um fio de cobre flexível (cabinho 22) com cerca de 20 cm de comprimento (descasque as extremidades e estanhe-as --- passe solda!). Espete as plaquinhas na meia-batata (bem perpendicular à superfície cortada) deixando para fora apenas cerca de 1 cm e separada por cerca de 0,8 cm. Não deixe as plaquinhas se encontrarem dentro da meia-batata! Veja a ilustração:
Fazendo a 'batateria': Essa pilha de meia-batata apresentará força eletromotriz (f.e.m.) de cerca de 0,7 V, o que pode ser constatado mediante um bom voltômetro (resistência interna grande) conectado aos dois fios indicados acima. Como iremos necessitar de cerca de 1,4 V para acionar o relógio digital deveremos construir uma bateria a partir de duas dessas pilhas primárias e associando-as 'em série', como se ilustra:
Preparando o relógio: Qualquer relógio digital que utilize uma bateria botão poderá ser usado. O que utilizei é um "CITIZEN - CRYSTON LC". A primeira coisa a fazer é remover a tampinha em forma de disco do alojamento da bateria botão. Retire a bateria 'pifada'. Olhe bem para essa bateria e repare que o "corpo" dela corresponde ao pólo positivo enquanto que o "botão superior" corresponde ao pólo negativo. Veja dentro do local de alojamento dessa bateria as duas lâminas de contato, uma que encosta no pólo positivo da bateria e outra que encosta no pólo negativo. Solde nessa pequenas lâminas dois pedaços de cabinho 22, um vermelho ligado na 'lâmina positiva' e um preto ligado na 'lâmina negativa'.
O fio que vem da plaquinha de cobre da 'batateria' deve ser ligado ao fio vermelho do relógio e o fio que vem da plaquinha de zinco da 'batateria' deve ser ligado ao fio preto do relógio.Pronto! O relógio já deve estar funcionando. Eis as ilustrações da montagem:
À esquerda a proteção de madeira para a montagem; numa divisão foi feito o orifício para inserir o relógio, na outra foi colocado um pires 'quadrado' para conter as meias-batatas. À direita um destaque da montagem. Abaixo, detalhes da parte posterior da montagem.
Análise do circuito: A tensão elétrica útil (U) entre os terminais de cada pilha primária, pode ser expressa em termos de sua f.e.m. (E), de sua resistência interna (r) e da corrente de intensidade i que por ela circula, assim : U = E - r.i , mostrando, claramente, que a tensão útil depende da intensidade da corrente elétrica solicitada (i).
Em circuito aberto, um bom voltômetro (Rv,int-->¥) conectado aos eletrodos fornece Uaberto= E, pois iaberto = 0. Um bom amperômetro (Ra,int-->0) conectado diretamente entre os eletrodos (curto-circuitando a pilha), fornece Icc = E/r, uma vez que Ucc = 0. Da leitura da f.e.m. E (via voltômetro) e da corrente de curto circuito icc (via amperômetro) obtemos: r = E/icc . Para nossa montagem esse valor resultou ao redor dos 3 000 ohms e E = 0,7 V.
Para as duas pilhas em série, formando nossa batateria teremos Ebat. = 1,4 V e rbat. = 6 000 W. Sob d.d.p. útil de 1,2 V, teremos i = (Ebat.- U)/r = (1,4 - 1,2)/6000 = 3 x 10-5 A, que são suficientes para o funcionamento do relógio digital.
Como dissemos, como eletrólito podemos usar limão, abacaxi, pepino, uvas, cebolas etc. e, como eletrodos podemos usar os pares cobre/zinco, magnésio/ferro, alumínio/cobre, prego zincado/cobre etc. Para cada par deve-se testar, antes de ligar no relógio, qual a polaridade obtida (sob risco que 'queimar' o cristal de quartzo) para a bateria. Por exemplo, se for usado eletrodos de magnésio e de ferro, o magnésio será o terminal negativo e o ferro o terminal positivo. Calculadoras e jogos eletrônicos também funcionam com tais baterias 'culinárias'. Eis abaixo uma 'tomateria'; uma bateria de tomates!
Mais teoria: As reações nas células voltáicas são:
catodo: Zn <==> Zn2 + 2eanodo: 2H+ + 2e <==> H2
A F.E.M. da reação vem expressa por: E(Zn,Zn2,2H+,H2) = Eo + (RT/nF).ln([Zn2+]/[H+]2). O eletrodo de cobre opera apenas como coletor de elétrons, podendo ser substituído por platina ou outro metal inerte.
ILUSÃO ÓTICA
A ilustração acima reproduz a espantosa espiral de Fraser. Este desenho constitui já uma ilusão óptica, pois não se trata, de modo algum, de uma espiral, mas de uma sucessão de pequenos círculos concêntricos que se vão tornando progressivamente maiores. 
Fixe os olhos no ponto central e mova a cabeça para a frente e para trás.
MOTOR ELÉTRICO
Para ilustrar o princípio de funcionamento dos motores elétricos, o bom professor simplesmente coloca um fio de cobre entre os pólos de um ímã em forma de U e faz passar por aquele uma corrente elétrica. O campo magnético do ímã interage com a corrente elétrica. A força magnética, exercida pelo campo sobre a corrente, faz o fio se mover. É assim que o motor funciona. Agora, faça você mesmo esse motor elétrico.
Materiall Rolha cilíndrica,l agulha de tricô (pequena),l 6 alfinetes,l 4 metros de fio de cobre esmaltado 26 ou 28,l 2 imãs retangulares (2x3x1)cm (obtidos de fechos magnéticos de armários de cozinha), l base de madeira de (10x15x1)cm,l 2 percevejos, porta-pilhas e 2 pilhas grandes.
Montagem1. Passe a agulha de tricô (de duas pontas) bem no centro da base da rolha cilíndrica; espete os dois alfinetes na base da rolha, num mesmo diâmetro, a 0,5cm da agulha, um de cada lado dela (figura 2, vista de frente). Deixe apenas 0,5cm dos alfinetes salientes.
Faça dois sulcos rasos e estreitos diametralmente opostos na lateral da rolha. Esses sulcos, onde será enrolado o fio de cobre, deve ter largura de 1cm e profundidade 0,5 cm (figura 2, vista de frente).
Materiall Rolha cilíndrica,l agulha de tricô (pequena),l 6 alfinetes,l 4 metros de fio de cobre esmaltado 26 ou 28,l 2 imãs retangulares (2x3x1)cm (obtidos de fechos magnéticos de armários de cozinha), l base de madeira de (10x15x1)cm,l 2 percevejos, porta-pilhas e 2 pilhas grandes.
Montagem1. Passe a agulha de tricô (de duas pontas) bem no centro da base da rolha cilíndrica; espete os dois alfinetes na base da rolha, num mesmo diâmetro, a 0,5cm da agulha, um de cada lado dela (figura 2, vista de frente). Deixe apenas 0,5cm dos alfinetes salientes.
Faça dois sulcos rasos e estreitos diametralmente opostos na lateral da rolha. Esses sulcos, onde será enrolado o fio de cobre, deve ter largura de 1cm e profundidade 0,5 cm (figura 2, vista de frente).
A figura 1 mostra essa etapa da montagem; a figura 2 mostra a rolha cilíndrica vista de frente. Para passar corretamente a agulha pelo centro da rolha é recomendável passar primeiro uma broca de diâmetro ligeiramente menor que o da agulha.
Os alfinetes, que servirão de coletores, deverão ficar um de cada lado da agulha.
2. Raspe uma das extremidades do fio de cobre, com faca ou lixa, cerca de 2cm e enrole essa extremidade lixada em um dos alfinetes. Aperte bem para garantir bom contato elétrico.
Comece o enrolamento do fio ao redor da rolha, passando pelo sulco; coloque cerca de 50 voltas de fio. Raspe a extremidade final do fio e enrole no outro alfinete. Está pronto o rotor do motor. As figuras 3 e 4 ilustram essa fase da montagem.
3. Espete os quatro alfinetes (dois pares em cruz) restantes na base de madeira, como indicado na figura 5, para fazer os mancais do motor.
Coloque os ímãs, um de cada lado da rolha, com pólos opostos se defrontando. Use calços para que os ímãs fiquem na altura correta e bem próximos da rolha. Esse é o estator do motor.
Use cola tipo supercola para fixar calços e ímãs. Onde os alfinetes dos mancais se cruzam coloque também uma gota de cola para mantê-los sempre juntos. Os dois percevejos devem fixar os fios que vêm da pilha (escovas do motor), mantendo-os encostados nos alfinetes coletores da rolha, um em cada alfinete coletor (veja Detalhes).
Detalhes: Use um pouquinho de cola para prender os ímãs bem próximos dos dois lados da rolha, com pólos opostos voltados um para o outro. Use calços para centralizar, se necessário. Ligue os fios que saem dos percevejos aos terminais do porta-pilhas (com duas pilhas grandes) e dê à rolha um pequeno impulso inicial.
As ilustrações acima mostram como devem ficar as escovas em função das posições onde foram espetados os alfinetes coletores. Se os coletores foram colocados no mesmo diâmetro dos sulcos, fixe as escovas como se indica no segundo desenho.
Que está acontecendo?Existem dois campos magnéticos diferentes no motor, um produzido pelos ímãs e outro produzido pela corrente elétrica que circula pelo fio enrolado na rolha. As figuras do quadro seguinte mostram como são esses campos. Imagine que o fio que transporta a corrente, na rolha, está saindo da página, dirigindo-se a seus olhos.
Na figura a da ilustração acima, os dois ímãs, colocados frente a frente, produzem um campo magnético uniforme no espaço entre eles. O campo é dirigido da face Norte (vermelha) para a face SUL (verde).
Na figura b, temos o campo magnético produzido apenas pela corrente elétrica. As linhas de indução são circunferências concêntricas com o fio.
Em c temos o par de forças que o campo magnético dos ímãs exerce sobre as correntes do rotor, na posição em que as escovas estão encostadas nos alfinetes coletores.
Em d, temos o aspecto do campo resultante naquela região.
O que faz o motor girar é o par de forças (torque) ilustrado na figura c. Estas forças são denominadas forças magnéticas de Lorentz.
Na figura b, temos o campo magnético produzido apenas pela corrente elétrica. As linhas de indução são circunferências concêntricas com o fio.
Em c temos o par de forças que o campo magnético dos ímãs exerce sobre as correntes do rotor, na posição em que as escovas estão encostadas nos alfinetes coletores.
Em d, temos o aspecto do campo resultante naquela região.
O que faz o motor girar é o par de forças (torque) ilustrado na figura c. Estas forças são denominadas forças magnéticas de Lorentz.
MARTELO ELETROMAGNÉTICO
Esse modelo de martelo eletromagnético destaca claramente um dos modos como a eletricidade pode realizar um trabalho mecânico. Após sua montagem, você poderá evidenciar essa conversão de energia elétrica em energia mecânica, simplesmente ligando e desligando o circuito (mediante um interruptor tipo campainha) e, com isso, por exemplo, bater pregos.
Material:
Material:
Tubo de cobre, alumínio ou vidro, diâmetro interno de 6 mm e comprimento 12 cm (esse tubo deve ser de material não magnético e constituirá o núcleo de nosso eletroímã); 3,5 m de fio de cobre esmaltado número 22 ou 20; um sarrafo de (9 x 5 x 2) cm; um sarrafo de (12 x 5 x 2) cm; uma base de madeira de (15 x 15 x 1,5) cm; um bloco de madeira bem macia (ou cortiça) de (5 x 5 x 5) cm; uma vareta de ferro de diâmetro externo 5 mm e comprimento cerca de 12 cm (serve também um prego grande número 60, obtido em lojas de ferragens); tachinhas; fonte de alimentação ajustável (0 -12 VCC, 2 A) (serve também 2 pilhas de telefone, em série).
Montagem:
Ao pressionar o botão do Interruptor (tipo campainha), estabelece-se o circuito elétrico e o campo magnético produzido pela bobina de cerca de 120 espiras (em 2 camadas sobre o tubo) atrairá o prego-martelo (ou vareta de ferro) para cima. Ao soltar o botão, interrompe-se o circuito e o prego-martelo desce (por ação da gravidade) batendo contra a tachinha espetada no pequeno bloco. Ajuste as dimensões do bloquinho de modo a obter a melhor "chupada” do prego-martelo para cima; há um valor ótimo do pedaço de prego que fica dentro da bobina. Verifique se o prego desliza 'folgado' dentro do núcleo da bobina.
Ao pressionar o botão do Interruptor (tipo campainha), estabelece-se o circuito elétrico e o campo magnético produzido pela bobina de cerca de 120 espiras (em 2 camadas sobre o tubo) atrairá o prego-martelo (ou vareta de ferro) para cima. Ao soltar o botão, interrompe-se o circuito e o prego-martelo desce (por ação da gravidade) batendo contra a tachinha espetada no pequeno bloco. Ajuste as dimensões do bloquinho de modo a obter a melhor "chupada” do prego-martelo para cima; há um valor ótimo do pedaço de prego que fica dentro da bobina. Verifique se o prego desliza 'folgado' dentro do núcleo da bobina.
FONTE DE ÁGUA
MATERIAL BÁSICO:
BASE DE PEDRA
PEDRAS PEQUENAS (TAMANHOS DIVERSOS)
BOMBA D'ÁGUA DE AQUÁRIO
MASSA PLÁSTICA
PLANTAS AQUÁTICAS (ARTIFICIAIS)
UTENSÍLIOS
IMAGINAÇÃO
COLETOR SOLAR
Diariamente o sol transmite uma grande quantidade de energia através das ondas eletromagnéticas, e é essa energia que gera todos os processos naturais, como a fotossíntese que combina energia luminosa do sol com o dióxido de carbono da atmosfera para armazenar energia nas plantas em forma de hidrocarbonos. O aquecimento de água para fins pessoais é um dos grandes problemas atuais de energia que o Brasil está enfrentando, ou seja, o chuveiro elétrico é considerado o vilão no consumo de energia elétrica. Só para se ter uma idéia, 67,6% dos domicílios possuem chuveiro elétrico, totalizando 18 milhões de unidades. O Brasil é um dos poucos países que ainda utilizam o chuveiro elétrico para o aquecimento de água. Nos países do primeiro mundo, o uso da energia solar está completamente difundido, totalizando mais de 80% das residências, tanto para aquecimento quanto para geração de energia elétrica. O papel do governo é fundamental para divulgar o uso da energia solar como também a conscientização da população quanto às vantagens dessa energia abundante que é o sol. Com relação ao custo de uma instalação de aquecimento solar, houve uma queda considerável nos últimos anos. Atualmente, possuir esse tipo de aquecimento não é privilégio apenas das classes altas, também a classe média já é favorecida, o que torna o aquecimento solar uma tendência a crescer praticamente em todas as camadas sociais.
COMO FUNCIONA UM COLETOR SOLAR
O funcionamento de um aquecedor solar é muito simples! Basicamente o princípio de funcionamento é o mesmo que se verifica quando deixamos, sob a ação do sol, um veículo fechado e estacionado por algumas horas na via pública. A ação da radiação solar se faz cada vez mais presente a medida em que a pintura do veículo se aproxima da cor preta, ocorrendo o mesmo com o seu interior.
Você poderá perguntar o que tem a ver um carro com um aquecedor solar? A comparação não terá o mínimo sentido se visualizar-mos o carro e o aquecedor solar pelo prisma da forma geométrica e da utilidade que ambos possam ter ! Mas se levarmos em consideração o efeito térmico que ocorre entre ambos, esta estranha comparação faz sentido, realmente.
Vamos inicialmente imaginar uma caixa de forma geométrica retangular, hermeticamente fechada, tendo dentro dela uma chapa plana ou ondulada pintada de preto fosco, apoiada no fundo da caixa, tendo esta como cobertura uma lâmina de vidro plano transparente.
Coloquemos agora esta caixa sob a ação da luz solar visível e da respectiva radiação infravermelho as quais podem atuar juntas ou separadamente, dependendo das condições atmosféricas locais. O que ocorrerá então? A radiação solar atravessará o vidro de cobertura e ao encontrar a chapa preta sofre uma alteração no seu comprimento de onda (um aumento), o que a torna impotente para atravessar, de volta, o vidro e a partir daí tem origem uma reemissão desta radiação no sentido vidro/chapa/vidro. Como a caixa se encontra hermeticamente fechada ocorre um fenômeno conhecido por efeito estufa, portanto responsável pelo aumento progressivo da temperatura da chapa pintada de preto fosco enquanto durar a ação da radiação solar. Você poderá perguntar, por que a chapa deverá ser pintada de preto fosco e não de outra cor qualquer? Ora, nada impede que a pintura da chapa tenha outra cor qualquer dentro da escala cromática, porém sabe-se que a cor preta é a que praticamente absorve toda a radiação nela incidente nos mais diferentes comprimentos de onda do espectro solar, a exceção das superfícies seletivas, cuja absorção é quase que total.
Você deverá estar estranhando todo este "papo" de chapa preta, efeito estufa etc, mas como isto poderá aquecer a água que é o principal objetivo do coletor solar? É muito simples!
Imagine agora que sob esta chapa e em contato direto com ela, tenhamos colocado uma grade de tubos paralelos ligados nas extremidades por dois tubos de maior diâmetro, contendo água em seu interior conforme a.
O que ocorrerá então? Como a chapa preta está sendo aquecida pela radiação solar e estando a grade de tubos em contato direto com a respectiva chapa, verifica-se uma transferência de calor (temperatura da chapa), para a grade de tubos e desta para a água que se encontra em seu interior. Simples não é? Será mesmo? Mas isto não é tudo!
Numa aplicação residencial a necessidade de água quente é bem maior do que o volume de água existente no interior da grade de tubos já referida! Então como fazer para aquecer diariamente por exemplo, 200 litros de água que é basicamente a necessidade de água quente de uma residência de 5 pessoas?
Para que isto possa ser possível vamos ligar, por meio de tubos, o coletor solar a um tanque termicamente, isolado o qual contém os 200 litros de água a ser aquecido.
Você poderá agora indagar: Se é na chapa preta do coletor solar que ocorre a conversão da energia solar em energia térmica, como pode a água contida no reservatório termicamente isolado ser aquecida ?
Para responder a esta pergunta vamos antes imaginar o que ocorre dentro de uma chaleira quando a colocamos, com água, na chama do fogão para obter a água quente para fazer o nosso café da manhã!
Ao aquecermos água em uma chaleira as moléculas da água em contato direto com o fundo da chaleira vão paulatinamente sendo aquecidas tornando-se mais leves e por consequência tendem a subir na massa líquida ao tempo em que as moléculas de água das camadas superiores (de maior densidade), vão tomando o lugar das moléculas mais aquecidas dando origem ao que se chama de movimento convectivo, movimento este que só é interrompido quando toda a massa líquida atinge a mesma temperatura, isto é 100oC, (na pressão atmosférica). O calor transferido à água até que ela chegue aos 100oC é o que se chama de calor sensível.
Voltemos agora ao caso do aquecedor solar!. Assim como ocorre no interior da chaleira o calor coletado pela chapa preta devido a ação da radiação solar, e transferido à grade de tubos a qual por sua vez o transfere para a água existente no interior da citada grade tornando-a mais leve, ( menos densa), dando início a convecção natural, exatamente como ocorre com a chaleira, ajudada ainda pela pressão da coluna de água existente no reservatório térmico, já que este está em posição superior em relação ao coletor solar.
Este movimento convectivo ou convecção natural é também conhecido como termo-sifão e ele só será interrompido quando toda a massa de água entrar em equilíbrio térmico.
No caso da convecção natural o deslocamento das moléculas de água se faz com menor intensidade , portanto com baixa velocidade de deslocamento das respectivas moléculas.
No caso do coletor solar o calor sensível é de no máximo 80oC em um dia ensolarado e sem nuvens, condição esta normalmente observada nas regiões Norte e Nordeste brasileiros.
Vamos admitir agora que toda a água existente no sistema solar de aquecimento (coletor e reservatório termicamente isolado), esteja a uma mesma temperatura, portanto em equilíbrio térmico. Se nesta situação um certo volume de água quente é retirado para consumo, imediatamente igual volume de água, à temperatura ambiente, entra no reservatório termicamente isolado, já que este está diretamente ligado à caixa de água da residência. Nesta situação o equilíbrio térmico é desfeito restabelecendo o movimento convectivo, ou seja a convecção natural, e assim por diante.
Fácil, não é? Aquecer água com o emprego da energia solar não tem nenhum mistério e nem é "bicho de sete cabeças"com apregoam alguns. O que é preciso é que alguns cuidados sejam tomados ao se construir um sistema solar de aquecimento de água com base na conversão térmica desta radiação onde a absorção desta radiação se faz por meio de uma superfície enegrecida. Na literatura especializada este tipo de conversão térmica é obtida com o emprego de coletores conhecidos como coletores de baixa concentração, já que a conversão térmica da radiação solar em níveis mais elevados de temperatura (entre 1.000 e 3600oC), é possível porém nestes casos empregam-se sistemas que operam segundo a reflexão desta radiação.Logo um sistema solar de aquecimento de água é composto basicamente de um coletor solar onde se verifica a conversão desta energia em energia térmica, um reservatório termicamente isolado e respectiva tubulação de alimentação do sistema e distribuição de água quente.
COMO FUNCIONA UM COLETOR SOLAR
O funcionamento de um aquecedor solar é muito simples! Basicamente o princípio de funcionamento é o mesmo que se verifica quando deixamos, sob a ação do sol, um veículo fechado e estacionado por algumas horas na via pública. A ação da radiação solar se faz cada vez mais presente a medida em que a pintura do veículo se aproxima da cor preta, ocorrendo o mesmo com o seu interior.
Você poderá perguntar o que tem a ver um carro com um aquecedor solar? A comparação não terá o mínimo sentido se visualizar-mos o carro e o aquecedor solar pelo prisma da forma geométrica e da utilidade que ambos possam ter ! Mas se levarmos em consideração o efeito térmico que ocorre entre ambos, esta estranha comparação faz sentido, realmente.
Vamos inicialmente imaginar uma caixa de forma geométrica retangular, hermeticamente fechada, tendo dentro dela uma chapa plana ou ondulada pintada de preto fosco, apoiada no fundo da caixa, tendo esta como cobertura uma lâmina de vidro plano transparente.
Coloquemos agora esta caixa sob a ação da luz solar visível e da respectiva radiação infravermelho as quais podem atuar juntas ou separadamente, dependendo das condições atmosféricas locais. O que ocorrerá então? A radiação solar atravessará o vidro de cobertura e ao encontrar a chapa preta sofre uma alteração no seu comprimento de onda (um aumento), o que a torna impotente para atravessar, de volta, o vidro e a partir daí tem origem uma reemissão desta radiação no sentido vidro/chapa/vidro. Como a caixa se encontra hermeticamente fechada ocorre um fenômeno conhecido por efeito estufa, portanto responsável pelo aumento progressivo da temperatura da chapa pintada de preto fosco enquanto durar a ação da radiação solar. Você poderá perguntar, por que a chapa deverá ser pintada de preto fosco e não de outra cor qualquer? Ora, nada impede que a pintura da chapa tenha outra cor qualquer dentro da escala cromática, porém sabe-se que a cor preta é a que praticamente absorve toda a radiação nela incidente nos mais diferentes comprimentos de onda do espectro solar, a exceção das superfícies seletivas, cuja absorção é quase que total.
Você deverá estar estranhando todo este "papo" de chapa preta, efeito estufa etc, mas como isto poderá aquecer a água que é o principal objetivo do coletor solar? É muito simples!
Imagine agora que sob esta chapa e em contato direto com ela, tenhamos colocado uma grade de tubos paralelos ligados nas extremidades por dois tubos de maior diâmetro, contendo água em seu interior conforme a.
O que ocorrerá então? Como a chapa preta está sendo aquecida pela radiação solar e estando a grade de tubos em contato direto com a respectiva chapa, verifica-se uma transferência de calor (temperatura da chapa), para a grade de tubos e desta para a água que se encontra em seu interior. Simples não é? Será mesmo? Mas isto não é tudo!
Numa aplicação residencial a necessidade de água quente é bem maior do que o volume de água existente no interior da grade de tubos já referida! Então como fazer para aquecer diariamente por exemplo, 200 litros de água que é basicamente a necessidade de água quente de uma residência de 5 pessoas?
Para que isto possa ser possível vamos ligar, por meio de tubos, o coletor solar a um tanque termicamente, isolado o qual contém os 200 litros de água a ser aquecido.
Você poderá agora indagar: Se é na chapa preta do coletor solar que ocorre a conversão da energia solar em energia térmica, como pode a água contida no reservatório termicamente isolado ser aquecida ?
Para responder a esta pergunta vamos antes imaginar o que ocorre dentro de uma chaleira quando a colocamos, com água, na chama do fogão para obter a água quente para fazer o nosso café da manhã!
Ao aquecermos água em uma chaleira as moléculas da água em contato direto com o fundo da chaleira vão paulatinamente sendo aquecidas tornando-se mais leves e por consequência tendem a subir na massa líquida ao tempo em que as moléculas de água das camadas superiores (de maior densidade), vão tomando o lugar das moléculas mais aquecidas dando origem ao que se chama de movimento convectivo, movimento este que só é interrompido quando toda a massa líquida atinge a mesma temperatura, isto é 100oC, (na pressão atmosférica). O calor transferido à água até que ela chegue aos 100oC é o que se chama de calor sensível.
Voltemos agora ao caso do aquecedor solar!. Assim como ocorre no interior da chaleira o calor coletado pela chapa preta devido a ação da radiação solar, e transferido à grade de tubos a qual por sua vez o transfere para a água existente no interior da citada grade tornando-a mais leve, ( menos densa), dando início a convecção natural, exatamente como ocorre com a chaleira, ajudada ainda pela pressão da coluna de água existente no reservatório térmico, já que este está em posição superior em relação ao coletor solar.
Este movimento convectivo ou convecção natural é também conhecido como termo-sifão e ele só será interrompido quando toda a massa de água entrar em equilíbrio térmico.
No caso da convecção natural o deslocamento das moléculas de água se faz com menor intensidade , portanto com baixa velocidade de deslocamento das respectivas moléculas.
No caso do coletor solar o calor sensível é de no máximo 80oC em um dia ensolarado e sem nuvens, condição esta normalmente observada nas regiões Norte e Nordeste brasileiros.
Vamos admitir agora que toda a água existente no sistema solar de aquecimento (coletor e reservatório termicamente isolado), esteja a uma mesma temperatura, portanto em equilíbrio térmico. Se nesta situação um certo volume de água quente é retirado para consumo, imediatamente igual volume de água, à temperatura ambiente, entra no reservatório termicamente isolado, já que este está diretamente ligado à caixa de água da residência. Nesta situação o equilíbrio térmico é desfeito restabelecendo o movimento convectivo, ou seja a convecção natural, e assim por diante.
Fácil, não é? Aquecer água com o emprego da energia solar não tem nenhum mistério e nem é "bicho de sete cabeças"com apregoam alguns. O que é preciso é que alguns cuidados sejam tomados ao se construir um sistema solar de aquecimento de água com base na conversão térmica desta radiação onde a absorção desta radiação se faz por meio de uma superfície enegrecida. Na literatura especializada este tipo de conversão térmica é obtida com o emprego de coletores conhecidos como coletores de baixa concentração, já que a conversão térmica da radiação solar em níveis mais elevados de temperatura (entre 1.000 e 3600oC), é possível porém nestes casos empregam-se sistemas que operam segundo a reflexão desta radiação.Logo um sistema solar de aquecimento de água é composto basicamente de um coletor solar onde se verifica a conversão desta energia em energia térmica, um reservatório termicamente isolado e respectiva tubulação de alimentação do sistema e distribuição de água quente.
Um cone duplo anti-gravitacional
Um cone duplo anti-gravitacional.
Objetivo:
Mostrar um objeto que se desloca, aparentemente, contra a gravidade.
Descrição:
A figura acima mostra a montagem dessa experiência. O objeto que está sobre a rampa é feito com dois funís idênticos, colados um ao outro pela borda larga. A rampa é feita com dois bastões cilíndricos servindo de trilhos. Na parte mais alta a separação entre os trilhos é maior que na parte inferior.Colocando o funil duplo sobre a rampa ele parece subir, contrariando a gravidade.
Objetivo:
Mostrar um objeto que se desloca, aparentemente, contra a gravidade.
Descrição:
A figura acima mostra a montagem dessa experiência. O objeto que está sobre a rampa é feito com dois funís idênticos, colados um ao outro pela borda larga. A rampa é feita com dois bastões cilíndricos servindo de trilhos. Na parte mais alta a separação entre os trilhos é maior que na parte inferior.Colocando o funil duplo sobre a rampa ele parece subir, contrariando a gravidade.
Análise:
Levantar um objeto significa alçar seu centro de gravidade para uma posição mais alta. Nessa experiência, enquanto o funil duplo parece subir a rampa, seu centro de gravidade desce. A figura ao lado explica essa aparente contradição. Ao fazer a experiência observe cuidadosamente o que acontece com a linha horizontal que passa pelo centro de gravidade do cone duplo (seu eixo de simetria).
Levantar um objeto significa alçar seu centro de gravidade para uma posição mais alta. Nessa experiência, enquanto o funil duplo parece subir a rampa, seu centro de gravidade desce. A figura ao lado explica essa aparente contradição. Ao fazer a experiência observe cuidadosamente o que acontece com a linha horizontal que passa pelo centro de gravidade do cone duplo (seu eixo de simetria).
Material usado:
Dois funís de mesmo tamanho colados pelas bordas.Dois bastões cilíndricos de madeira, plástico ou metal.Apoios para os bastões.
Dicas:
Junte essa experiência com outras sobre centro de gravidade que temos nessas sugestões.Para que sua apresentação seja realmente um projeto de ciência enfrente o seguinte desafio: demonstre que o cone parece subir a ladeira quando senx <>
BUZINA AUTOMOTIVA
Buzina Automotiva
Um modelo didático para a buzina automotiva ou corneta eletromagnética pode ser feito a partir de uma lata vazia e alguns outros materiais. A menos do detalhe da corneta ressonante --- lata vazia --- o projeto é, essencialmente, o mesmo de uma campainha elétrica para CC (corrente contínua).
Materia: l Lata vazia de conserva (massa de tomate, milho verde, leite em pó etc.);Base de madeira;Sarrafo de 2 cm de espessura;Parafuso de 1/4" x 2"; parafusos para madeira; pregos;Fio de cobre esmaltado #23 ou 24 (5 m);Pilhas em série ou fonte de alimentação;Interruptor, tipo botão de campainha residencial.
A ilustração a seguir mostra a vista lateral dessa montagem. A lata foi representada como 'transparente' para que se observe o seu interior.
Um modelo didático para a buzina automotiva ou corneta eletromagnética pode ser feito a partir de uma lata vazia e alguns outros materiais. A menos do detalhe da corneta ressonante --- lata vazia --- o projeto é, essencialmente, o mesmo de uma campainha elétrica para CC (corrente contínua).
Materia: l Lata vazia de conserva (massa de tomate, milho verde, leite em pó etc.);Base de madeira;Sarrafo de 2 cm de espessura;Parafuso de 1/4" x 2"; parafusos para madeira; pregos;Fio de cobre esmaltado #23 ou 24 (5 m);Pilhas em série ou fonte de alimentação;Interruptor, tipo botão de campainha residencial.
A ilustração a seguir mostra a vista lateral dessa montagem. A lata foi representada como 'transparente' para que se observe o seu interior.
A é a lata de conserva cujo tampo, à direita da ilustração, foi totalmente retirado (rebata as bordas para anular o efeito das saliências cortantes); B são os dois terminais (fios) que vão à bateria elétrica ou fonte de alimentação; C é a base de madeira; D é o sarrafo que mantém a lata fixa sobre a base de madeira (antes de colocar esse sarrafo, coloque alguns pregos para prender a lata na base); E é um parafuso para madeira atarraxado firmemente no sarrafo D (esse parafuso deve ser ajustado para tocar o fundo da lata); F é um sarrafo que servirá de suporte para o parafuso de máquina (as medidas desse sarrafo irão depender do tamanho da lata); H é o parafuso para máquinas, atarraxado no suporte F (a ponta livre desse parafuso deve defrontar o lado externo do fundo da lado, cerca de 2 mm); G é a bobina de fio de cobre esmaltado enrolada sobre a ponta livre do parafuso H. I é um interruptor para o circuito elétrico. Observe que as dimensões da base, do suporte do parafuso e do sarrafo que vai no interior da lata, irão depender da particular lata utilizada.Um fator importante é o da boa fixação da lata na base de madeira.
A seguir, uma vista de topo dessa montagem:
A seguir, uma vista de topo dessa montagem:
A bobina consiste de cerca de 4m de fio de cobre esmaltado, número 22 a 24, enrolado na extremidade livre do parafuso. A bobina e seu núcleo, o parafuso, formam um eletroímã. Uma das extremidades do fio da bobina é ligada na própria lata (mediante solda ou parafuso e porca), numa região próxima à borda. A pintura da lata deve ser raspada nessa região. A outra extremidade vai a um dos terminais do interruptor tipo botão de campainha. Do outro terminal desse interruptor e do parafuso para madeira que toca o fundo da lata (lixe o fundo da lata nessa região central) saem os dois fios que vão à bateria de 6 ou 9 V ou fonte de alimentação AC/DC ajustável.Abaixo ilustramos duas variantes para a montagem da base, lata e suportes dos parafusos; à esquerda usando sarrafos (madeira) e à direita usando lâminas de ferro ou latão. No caso de se usar lâminas metálicas, deve-se fazer roscas (passar a ferramenta adequada) nos furos por onde vão passar os parafusos de contato e da bobina. Quando o botão do interruptor é apertado, fecha-se o circuito série: bateria, parafuso no interior da lata, fundo da lata, lata, bobina, interruptor, bateria. Com a passagem da corrente elétrica pelo eletroímã, o campo magnético produzido atrai o fundo da lata, desencostando-o do parafuso interno e, com isso, abrindo o circuito. Com o colapso do campo magnético o fundo da lata é liberado e, por elasticidade, retorna à sua posição normal, tocando o parafuso interno ... e fechando o circuito. O ciclo se repete enquanto o interruptor estiver apertado. Todo esse processo é muito rápido e a vibração do fundo da lata produz o som de buzina.
ProblemasSe a buzina 'emperrar', tente ajustar os dois parafusos; o de dentro da lata para tocar no fundo da lata e o que contém a bobina para chegar mais perto do fundo da lata. Se não funcionar, verifique com cuidado todas as conexões elétricas, especialmente o contato entre o fio que vem da bateria e o parafuso interno. Não esqueça de raspar as extremidades dos fios de cobre esmaltado. Experimente vários valores de tensões elétricas e outros números de espiras da bobina para o melhor rendimento do projeto. Relate-nos seus apuros e sucessos. Envie-me uma cópia do folheto de seu trabalho. Isso será muito útil aos demais.
Variante da buzinaPara esse modelo didático de buzina, o eletroímã (parafuso + enrolamento de fio de cobre esmaltado), que no modelo original está fora da lata, pode passar para o lado de dentro da lata. Fiz isso e apresento para vocês as fotos da montagem:
O circuito elétrico não sofre modificação alguma: (a) um terminal da bobina vai ligado na lata; (b) o outro terminal da bobina vai para a fonte de alimentação --- pólo positivo, por exemplo; (c) o outro pólo da fonte de alimentação --- negativo, no exemplo --- vai para o parafuso que toca no fundo da lata pelo lado de fora.
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Eletroímã em ferradura
Eis um projeto experimental que serve tanto para estudar o eletromagnetismo a partir da corrente elétrica fornecida por simples pilhas, como para as demonstrações em feiras de ciências e, de quebra, até para a 'pescaria' de componentes ferromagnéticos de difícil acesso. Descreveremos nesse trabalho, um simples eletroímã em forma de ferradura, alimentado por uma ou mais pilhas comuns.
Os eletroímãs encontram utilidades práticas muito interessantes, mesmo os de pequenas dimensões, construídos com finalidades inicialmente experimentais ou para as Feiras . Um eletroímã pequeno pode servir para içar objetos de metal que tenham caído em locais inacessíveis. Puxando-o, de modo a arrastá-lo do fundo de um rio ou lagoa, você pode “pescar” objetos de metal perdidos ou pode construir um modelo de guindaste usando do eletroímã para elevar 'cargas ferromagnéticas' (arruelas, parafusos, pregos etc.).
Em demonstrações no laboratório (ensino médio) o professor pode mostrar de que modo uma corrente elétrica cria um campo magnético e como este campo pode ser usado para içar objetos de metal. No ensino superior as análises serão bem mais profundas, estendendo-se desde o material do núcleo, suas dimensões, o número de espiras, a intensidade da corrente, a armadura do eletroímã, o entreferro e finalizando com os cálculos da intensidade de campo, do fluxo magnético no núcleo , da indução magnética e da força portante (com entreferro desprezível e a seguir, com certa distância entre armadura e faces polares do núcleo).
O eletroímã que descrevemos se caracteriza pela sua simplicidade, podendo ser construído com material obtido em qualquer parte.Resumo teóricoQuando uma corrente elétrica percorre um fio condutor é gerado, em sua volta, um campo magnético. Este campo que envolve o fio foi evidenciado por Oerstedt, na Dinamarca, em 1820.Para um condutor simples o campo magnético é muito fraco, atuando de maneira sensível a partir de uma pilha ou bateria somente sobre uma agulha magnetizada. No entanto, conforme ilustramos a seguir, podemos obter um campo magnético muito intenso se enrolarmos o fio de modo a formar uma bobina.
O campo se concentrará no interior desta bobina, atraindo para seu interior objetos ferrosos como por exemplo ferro, aço, certas ligas etc.
Um objeto de metal ferroso (ferro-silício, por exemplo) que seja colocado no interior desta bobina (núcleo) concentrará as linhas de força do campo magnético tornando o conjunto (bobina + núcleo), temporariamente, um imã. Dizemos temporariamente porque o magnetismo só existirá nesse especial núcleo enquanto circular a corrente elétrica. Se ela for desligada a corrente, cessará a atração desse conjunto (bobina + núcleo de ferro) sobre os objetos ferromagnéticos. Isso nos leva à possibilidade de construir "ímãs" que só atraem objetos sob a ação da corrente elétrica, diferentemente dos ímãs permanentes. Teremos então os chamados eletroímãs.
A força de atração de um eletroímã (denominada força portante) sobre uma peça ferromagnética (denominada armadura) depende de vários fatores, entre os quais citamos: a intensidade da corrente, o número de espiras das bobinas, o comprimento do ferro do núcleo, a seção desse núcleo, o entreferro entre núcleo e armadura (espaço livre existente entre eles) etc.. Os dois fatores básicos, corrente e número de espiras, têm limitações. Se a corrente for muito intensa é gerado calor (por efeito Joule) e a bobina pode “queimar”. Por outro lado, se tivermos muitas espiras, o fio será longo e terá uma resistência que influirá na corrente, reduzindo-a. O valor ideal para a corrente e número de voltas depende de um projeto bem feito; aliás, todo eletroímã requer um projeto bem feito.
Os eletroímãs podem ter diversos formatos, conforme ilustramos acima. Observe que os pólos, que são as regiões de maior atração, podem variar de posição. O tipo em ferradura, que descrevemos, é interessante porque pode atrair o mesmo objeto, pelos dois pólos, ao mesmo tempo, fechando assim o circuito magnético e prendendo-o firmemente. Eis seu visual:
Para alimentar o eletroímã usaremos a corrente continua obtida a partir de uma ou duas pilhas grandes, ou então de uma fonte de alimentação de corrente continua de 3V. Na ilustração a seguir, à esquerda, temos o diagrama do circuito que deve ser utilizado. O aspecto real da montagem é ilustrado à direita.
O núcleo do nosso eletroímã é construído dobrando-se, em forma de "U" ou de ferradura, um parafuso, prego grande ou mesmo um ferro de construção com no máximo 1/4 de polegada de diâmetro ou aproximadamente 0,6cm. O protótipo do autor foi feito com ferro de construção de 1/4" e comprimento de 9 cm; cada perna do núcleo ficou com 3,5 cm de extensão.Para fixar em cada perna do núcleo a posição do fio que será enrolado, podemos usar duas arruelas de metal ou mesmo fazê-las com papelão grosso. A altura que deve ter a bobina (altura do enrolamento do fio), e que determina a separação das arruelas, é de 1 a 1,5cm.
Coladas estas arruelas podemos fazer o enrolamento com fio esmaltado, cuja espessura deve estar entre 28 a 30 AWG. Esse fio de cobre esmaltado pode ser obtido a partir de velhos transformadores.
Para saber qual é a espessura do fio existe um procedimento simples. Enrole o fio num lápis, de modo que as espiras fiquem juntas, lado a lado, como ilustramos. Em seguida, conte quantas espiras existem em 1cm de enrolamento. Se tal número estiver entre 28 e 35 o fio pode ser usado.
Depois, enrole o fio, com 400 a 1000 voltas em cada bobina. Quando terminar as espiras de uma bobina, ao passar para a outra, faça-o em sentido contrário (veja ilustração na figura antes daquela do lápis). Se isso não for feito o campo de um enrolamento cancelará o do outro e seu eletroímã não funcionará. Uma boa alternativa, para não errar, é enrolar as bobinas separadamente, deixando as extremidades dos fios com cerca de 10 cm cada; depois fica fácil liga-las em série e concordância para que o eletroímã fique com seus dois pólos ativos N e S.
As pontas dos fios, depois de terminado o enrolamento, devem ser raspadas para que a fina camada de esmalte isolante seja removida e possa ocorrer o contato elétrico. Feito isso, é só fazer a ligação ao interruptor geral e ao suporte das pilhas. O eletroímã estará então pronto para os testes de funcionamento.
Testando e UtilizandoLigue a unidade, acionando o interruptor geral. Aproximando o ímã de pequenos objetos de metal, tais como alfinetes, tachinhas, pregos, parafusos, alicates, limas, tesouras etc., estes deverão ser atraídos. Desligando a alimentação a atração deve cessar.
Não será preciso observar a polaridade na ligação da pilhas. Por outro lado, não se recomenda deixar o eletroímã ligado por muito tempo, pois seu consumo de corrente é um pouco elevado, o que significa um desgaste rápido para as pilhas (devido a isso, sempre é recomendável a fonte de alimentação a partir da rede elétrica domiciliar).
Se não houver atração ao ligar a chave, verifique se os extremos do fio esmaltado estão realmente bem raspados ou então se a ligação entre as duas bobinas não está feita de modo errado. Um pequeno aquecimento do eletroímã depois de algum tempo de funcionamento é normal.
Material
Bob.1 e Bob.2 --- bobinas --- ver texto acima.S1 --- interruptor simples.B1 --- 1,5 ou 3,0 V --- 1 ou 2 pilhas grandes ou fonte de alimentação.Diversos: fio de cobre esmaltado, núcleo de ferro de construção, fio comum de ligação, arruelas etc.
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