Uma das montagens mais simples e tradicionais para utilização no ensino de ciências, agrefando suas aplicações aos PCNs , demonstrações em feiras de ciências relativas ao eletromagnetismo é a de um eletroimã. Neste artigo descrevemos a montagem simples de um eletroimã que também serve para ser colocado num robô ou braço mecânico com a finalidade de erguer objetos de metal transportando-os para outros locais. E, até existem algumas aplicações práticas interessantes.
Descrevemos neste artigo a montagem de um eletroimã do tipo "ferradura", pela sua forma, e que pode atrair pequenos objetos de metal tais como alfinetes, pregos, parafusos, lâminas de barbear, clipes, limalha de ferro, etc.
O eletroimã é alimentado por uma ou duas pilhas comuns e tem uma força razoável sendo "fabricado" com componentes que podem ser obtidos com muita facilidade.
A "força" de atração do nosso imã vai depender do número de voltas de fio da bobina e de sua espessura. Recomendamos a utilização de fio esmaltado fino que pode ser obtido de transformadores, campainhas, reatores, motores e outros dispositivos eletromagnéticos fora de uso. A única recomendação é que o fio não esteja "queimado" ou seja, com a cor escura que significa que seu isolamento foi estragado pelo aquecimento do aparelho em que ele estava originalmente usado. O fio queimado pode ser facilmente percebido tanto pela cor como pelo forte cheiro de queimado que ele exala quando o componente for desmontado.
O QUE EXPLICAR
Oesterd descobriu que uma corrente circulando por um fio cria umcampo magnético capaz de deflexionar a agulha de uma bússola. A experiência de Oesterd é mostrada na figura 1.
Ao se fechar o circuto, estabelecendo-se uma corrente, o campo criado atuava sobre a agulha da bússola fazendo-a girar colocando-se numa posição perpendicular ao fio condutor.
Posteriormente foi descoberto que se enrolarmos o fio num objeto de metal, quando o fio for percorrido por uma corrente o campo magnético criado magnetiza o objeto em seu interior que se transforma num forte imã. Veja entretanto que este fato só ocorre quando a corrente circula. Quando a corrente é desligada o campo desaparece e o objeto deixa de ser imã (perde o magnetismo).
Assim, o aluno que montar este dispositivo para uma atividade, vai explicar que o eletromã só atrai objetos quando a corrente é ligada.
Também pode explicar que eletroimãs como este servem para atrair objetos de metal em guindastes, robôs industriais e em muitos aparelhos elétricos e eletrônicos.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o circuito que alimenta o eletroimã.
Na figura 3 temos o eletroimã pronto e ligado ao suporte de duas pilhas.
Recomendamos o uso de pilhas médias ou grandes dada a intensidade da corrente exigida pelo eletroimã. Também recomendamos que ele não fique muito tempo ligado para não esquentar ou ainda esgotar as pilhas rapidamente.
O núcleo do eletroimã é feito dobrando-se em "U" um ferro fino do tipo usado em construções ou mesmo obtido de um gancho como o mostrado na figura 4 e que pode ser encontrado em casas de materiais de construção ou artigos elétricos. Depois, enrola-se fio esmaltado, de 500 a 1 000 voltas em cada enrolamento. Observe que o enrolamento continua no sentido oposto quando passamos de uma bobina para a outra, conforme indicado em tracejado na figura. Se o fio não for enrolado desta forma, o campo de uma bobina anula o da outra e o imã não funciona.
O interruptor de pressão S1 serve para ligar e desligar o circuito do eletroimã.
TESTE E USO
Para experimentar o eletroimã presione S1 e aproxime-o de pequenos objetos de metal: deve ocorrer a forte atração.
Não deixe o circuito ligado por muito tempo. Mantenha-o ligado apenas por alguns segundos de cada vez para que ele não esquente ou esgote as pilhas rapidamente.
Para fazer um guindaste ou acoplá-lo a um braço mecatrônico, amarre o imã com um barbante ou prenda-o na extremidade do braço, conforme mostra a figura 4, de modo a poder manejá-lo com mais facilidade.
SUGESTÕES DE TRABALHOS
Da mesma forma que o imã pode ser enrolado num núcleo em ferradura o leitor pode fazer uma única bobina num prego, conforme mostra a figura 5.
Outro trabalho interessante consiste em se medir a força do imã em função da intensidade da corrente usando para isso uma fonte ajustável e um amperímetro. Pode-se estabelecer um gráfico de dependência entre as grandezas num estudo quantitativo do efeito.
Na figura 6 mostramos como é possível alimentar o circuito com uma fonte de corrente constante de modo a usarmos o eletroimã num trabalho quantitativo aplicado à física do ensino médio.
Será interessante pesquisar em livros de física e ciências do ensino fundamental e médio os tipos de aparelhos que usam o eletroimã como princípio de funcionamento. Uma relação desses dispositivos e aparelhos tais como motores, solenoides, etc pode ser usada na demonstração de seu funcionamento.
Outra experiência que pode ser associada às disciplinas do ensino médio e fundamental é com a utilização de dois eletroimãs semelhantes mostrando a repulsão e atração dos pólos e sua determinação em função do sentido de circulação das correntes.
Para alimentação a partir da rede de energia com a economia de pilhas e possibilidade de manter o eletroimã ligado por mais tempo, consiste na montagem da fonte da figura 7.
O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede de energia e secundário de 6 V com 300 a 500 mA.
O capacitor é usado na filtragem para evitar a vibração do eletroimã e o resistor para limitar a corrente de modo a evitar seu aquecimento, quando em funcionamento.
Um eliminador de pilhas comum também pode ser usado, mantendo-se o resistor em série para evi9tar o excesso de corrente e aquecimento.
LISTA DE MATERAL
B1 - 1,5 ou 3 V - uma ou duas pilhas médias ou grandes
S1 - Interruptor de pressão normalmente aberto
X1 - Eletroimã ferradura - ver texto
Diversos:
Fios, suporte de pilhas, fios esmaltados, pedaço de ferro, alfinetes, clipes, preguinhos, etc.
