Movimento Moto-Perpétuo

ANAIS DO CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DO INATEL - INCITEL 2012
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Movimento Moto-Perpétuo
Gabriel de Oliveira Paiva Ribeiro
Marco Aurélio Brandão Libanio
Antônio Marcos de Souza
Instituto Nacional de Telecomunicações
[email protected]
Instituto Nacional de Telecomunicações
[email protected]
Instituto Nacional de Telecomunicações
[email protected]
Resumo— Nos dias atuais, muitos são os motivos pra se
preocupar com as fontes de energia existentes,
seja por recursos naturais que estão se esgotando ou pelo apelo da
natureza que não suporta mais a poluição gerada por nossa energia
suja. Pensando num modo de se obter energia de uma fonte limpa e
inesgotável procuramos transformar uma idéia futurista de geração de
energia em possibilidade de melhorias para o sistema já existente,
através da construção de uma máquina de movimento continuo. Um
moto-contínuo, ou máquina de movimento perpétuo são classes de
máquinas hipotéticas as quais reutilizariam indefinidamente a energia
gerada por seu próprio movimento
Palavras chaves— Moto-Contínuo, Movimento Perpétuo.
Abstract—Nowadays, there are many reasons to worry
about existing energy sources, either by natural resources are
being depleted or the call of nature that no longer supports the
pollution generated by our dirty energy. Thinking about a way to
get power from a inexhaustible source of clean, futuristic look
turning an idea of power generation in the possibility of
improvements to the existing system, by building a perpetual
motion machine. A perpetual motion or perpetual motion
machine are classes of hypothetical machines which reuse
indefinitely the energy generated by its own movement.
Key words- , moto continuous, perpetual motion
I.
INTRODUÇÃO
No estudo da Física, o eletromagnetismo é o nome da
teoria unificada desenvolvida por James Cleark Maxwell para
explicar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta
teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético.
O campo magnético é resultado do movimento de cargas
elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo
magnético pode resultar em uma força eletromagnética quando
associada a ímãs.
A variação do fluxo magnético resulta em um campo
elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética,
mecanismo utilizado em geradores elétricos e transformadores
de tensão). De forma semelhante, a variação de um campo
elétrico gera um campo magnético. Devido a essa
G. O. P. Ribeiro([email protected]), M. A. B. Libânio
([email protected]) e A. M. Souza ([email protected]).
Instituto Nacional de Telecomunicações - Inatel. Av. João de Camargo, 510
- Santa Rita do Sapucaí - MG - Brasil - 37540-000.
interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz
sentido falar em uma única entidade chamada campo
eletromagnético.
Esta unificação foi terminada por Maxwell, e escrita em
fórmulas por Oliver Heaviside, no que foi uma das grandes
descobertas da Física no século XIX. Essa descoberta
posteriormente levou a um melhor entendimento da natureza da
luz, ou seja, pôde-se entender que a luz é uma propagação de
uma perturbação eletromagnética, ou melhor, dizendo, a luz se
comporta como uma onda eletromagnética. As diferentes
frequências de oscilação estão associadas a diferentes tipos de
radiação. Por exemplo, onda de rádio tem frequências menores,
a luz visível tem frequências intermediárias e a radiação gama
tem as maiores frequências.
A teoria do eletromagnetismo foi o que permitiu o
desenvolvimento da teoria da relatividade especial por Albert
Einstein em 1905.
II. A FORÇA ELETROMAGNÉTICA
Força eletromagnética, é uma das quatro forças
fundamentais. As outras são: a força nuclear forte (que mantém
o núcleo atômico coeso), a força nuclear fraca (que causa
certas formas de decaimento radioativo), e a força
gravitacional.
A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos
os fenômenos físicos que se encontram no cotidiano, com
exceção da gravidade. Isso porque as interações entre os
átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são
compostos por prótons, elétrons, ou seja, por cargas elétricas.
Do mesmo modo as forças eletromagnéticas interferem nas
relações intermoleculares, ou seja, entre nós e quaisquer outros
objetos. Assim podem-se incluir fenômenos químicos e
biológicos como consequência do eletromagnetismo.
III. O ELETROMAGNETISMO CLÁSSICO
O cientista William Gilbert propôs que a eletricidade e o
magnetismo, apesar de ambos causarem efeitos de atração e
repulsão, seriam efeitos distintos. Entretanto marinheiros
percebiam que raios causavam perturbações nas agulhas das
bússolas, mas a ligação entre os raios e a eletricidade ainda não
estava traçada até os experimentos que Benjamin Franklin
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propôs em 1752. Um dos primeiros a descobrir e publicar as
relações entre corrente elétrica e o magnetismo foi Romagnosi,
que em 1802 afirmou que um fio conectado a uma pilha
provocava um desvio na agulha de uma bússola que estivesse
próxima. No entanto essa notícia não recebeu o crédito que lhe
era devido até que, em 1820, Hans Christian Oersted montou
um experimento similar.
A teoria do eletromagnetismo foi desenvolvida por vários
físicos durante o século XIX, culminando finalmente no
trabalho de James Clerk Maxwell, o qual unificou as pesquisas
anteriores em uma única teoria e descobriu a natureza
eletromagnética da luz.
No eletromagnetismo clássico, o campo eletromagnético
obedece a uma série de equações conhecidas como equações de
Maxwell, e a força eletromagnética pela Lei de Lorentz.
IV. MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO
A. Magnetismo
A palavra magnetismo tem origem na Grécia antiga. Em uma
cidade chamada Magnésia foi observado um minério com a
propriedade de atrair objetos de ferro. A este minério foi dado
o nome de magnetita.
Assim como a eletricidade, o magnetismo foi enunciado pela
primeira vez no século VI a.C. por Tales de Mileto. Para Tales,
a magnetita podia comunicar sua vida ao ferro, já que esta,
como o âmbar possuía uma alma. Após isso, só tivemos
grandes mudanças com Pierre de Maricourt que fez
experiências para estudar o magnetismo em 1269. Com estas
experiências ele descobriu que:
1) aproximando dois imãs pelos seus pólos de mesmo nome,
eles se repelem.
2) aproximando dois imãs pelos seus pólos opostos, eles se
atraem.
3) um imã partido mantém a polaridade do imã que o originou.
4) da divisão de um imã surge outros dois, ou mais imãs, por
menor que eles sejam.
Em 1600, William Gilbert publicou “De magnete”. Neste
trabalho Gilbert explicou as propriedades do imã e do
magnetismo. Também explicou o campo magnético terrestre,
dizendo que a Terra era um grande imã e que seus pólos
magnéticos se aproximavam aos pólos de seu eixo de rotação.
É importante saber que, da mesma maneira que existe um
campo elétrico ao redor de um corpo carregado eletricamente,
existe um campo magnético na região onde se encontra um
imã. Já que nosso planeta apresenta um comportamento
magnético, como se fosse um imã, ao redor dele existe um
campo magnético. É este campo magnético que atua sobre a
agulha magnética da bússola.
Sabemos hoje que o pólo norte magnético da Terra está
próximo do pólo sul geográfico e, assim sendo, o pólo sul
magnético está próximo ao pólo norte geográfico. Portanto, o
pólo norte magnético da bússola aponta para o sul magnético
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terrestre e norte geográfico da terrestre. Por sua vez, o pólo sul
magnético da bússola aponta para o norte magnético terrestre e
sul geográfico terrestre.
B. Eletromagnetismo
Vários cientistas colaboram com trabalhos nesta área. Em
1820 o físico dinamarquês Hans Oersted (1777-1851)
descobriu que a agulha magnética de uma bússola era defletida
por uma corrente elétrica. Outros experimentos mostraram que
a corrente elétrica poderia gerar um campo magnético.
Até esta época a maneira conhecida de gerar corrente
elétrica era através das pilhas voltaicas. A idéia de gerar
energia elétrica através do magnetismo levou vários físicos a
estudarem a possibilidade de inverter os efeitos obtidos nas
experiências de Oersted.
Michael Faraday (1791 – 1867) acreditava que a
eletricidade,o magnetismo e a gravidade poderiam ser
fenômenos descritos em uma única teoria. Após vários estudos,
em 1831, Faraday provou que a eletricidade e o magnetismo
estavam ligados.
Enrolando dois fios em lados opostos de um anel metálico,
com um dos fios ligado a uma bateria e outro a um medidor de
corrente, Faraday demonstrou que a variação de um campo
magnético gera corrente elétrica.
Fig. 1. O desenho abaixo mostra o esquema da experiência de Faraday.
O fenômeno observado nesta experiência é chamado
de indução eletromagnética e serviu como base para a
teoria
eletromagnética
que
foi
desenvolvida
posteriormente. Esta descoberta revolucionou a indústria
e mudou o mundo. Até hoje utilizamos este
conhecimento para gerar energia elétrica em usinas
hidroelétricas.
V. ELETROÍMÃS
Existem dois tipos gerais de ímãs: ímãs permanentes e
eletroímãs, Permanent magnets contain a combination of iron,
cobalt and nickel metals, which produce a continuous magnetic
field.ímãs permanentes contêm uma combinação de ferro,
cobalto e níquel metais, que produzem um campo magnético
contínuo. Electromagnets, in contrast, produce a magnetic field
through a current of electricity. Eletroimãs tem um dispositivo
que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético,
semelhantes àqueles encontrados nos ímãs naturais. É
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geralmente construído aplicando-se um fio elétrico espiralado
ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou
algum material ferromagnético. Quando o fio é submetido a
uma tensão, o mesmo é percorrido por uma corrente elétrica, o
que gerará um campo magnético.
VI. TIPOS DE MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS
O ferromagnetismo é o ordenamento magnético de todos os
momentos magnéticos de uma amostra, na mesma direção e
sentido. A interação ferromagnética é a interação magnética
que faz com que os momentos magnéticos tendam a dispor na
mesma direção e sentido.
Os materiais (como o ferro, aço, níquel e cobalto) e algumas
ligas metálicas que se caracterizam por serem fortemente
magnetizáveis, pois, quando colocadas num campo magnético
forte, os seus domínios alinham-se, dando origem à formação
de um pólo norte e outro sul (magnéticos).
Os materiais ou substâncias ferromagnéticos compreendem
um pequeno grupo de substâncias encontradas na natureza, que
ao serem colocadas na presença de um campo magnético se
imantam fortemente, e o campo magnético delas é muitas vezes
maior do que seu campo magnético natural. É verificado que a
presença de um material ferromagnético torna o campo
magnético resultante centenas de vezes mais intensas.
O ferro, o aço, o níquel, o cobalto e as ligas que são
formadas por esses elementos químicos formam o grupo dos
materiais ferromagnéticos. A propriedade de serem facilmente
imantados é aproveitada na obtenção de campos magnéticos de
valores elevados como no interior das bobinas é muito comum
colocar núcleos de materiais ferromagnéticos com o intuito de
aumentar a intensidade do campo magnético.
VII. TIPOS DE ÍMÃS
Os imãs podem ser naturais ou artificiais, e permanentes ou
temporais.
Um imã natural é um mineral com propriedades magnéticas,
como a Magnetita, que é um óxido de Ferro
Um imã artificial é um corpo de material ferromagnético que
é submetido à um intenso campo magnético; por fricção com
um imã natural ou pela ação de correntes elétricas
(eletromagnetismo) e adquire propriedades magnéticas.
Um imã permanente é feito de aço magnetizado (ferro com
alto teor de carbono), a fim de manter permanentemente seu
poder magnético. Também são utilizadas ligas de: Alumínio,
Níquel, Cobalto e Ferro ou ferrite em alguns casos. No
entanto, uma forte descarga elétrica, um impacto de grande
magnitude, ou uma aplicação de uma elevada quantidade de
calor pode causar perda de força magnética do imã.Em altas
temperaturas, os imãs permanentes perdem seu magnetismo
temporariamente, readquirindo quando são resfriados
Um imã temporal é magnetizado por uma fonte de ondas
eletromagnéticas. Quando a emissão dessas ondas cessa o imã
temporal deixa de possuir seu campo magnético.
A. Imãs de Alnico
Os imãs de Alnico são fabricados através do processo de
fundição. Os imãs de Alnico têm uma boa resistência à
corrosão e podem ser utilizados em ambientes com
temperaturas de até 550ºC, mantendo nestas temperaturas,
excelente estabilidade. Uma característica marcante do Alnico
é a alta indução residual versus. baixa oxidação e, por este
motivo, é especialmente recomendado em aplicações onde
apenas desmagnetização temporária é necessária (placas eletro
permanentes, levantadores, etc). Suas principais aplicações são
alto-falantes, motores elétricos e geradores de pequeno porte,
válvulas magnétron,captadores de guitarra elétrica etc. Foram
também muito usados em instrumentos de medidas, como
velocímetros, tacógrafos, medidores de energia elétrica, etc.
B. Imãs de ferrite
Também conhecidos como cerâmicos, esta família (ímãs de
ferrite) foi descoberta em 1952 . O processo de fabricação dos
ferrites consiste na pulverização das matérias primas até a
formação de mono-cristais. Este composto é então prensado
numa forma sob a influência de um campo magnético
orientado. Após esta compactação, o material recebe um
tratamento térmico em fornos especiais e é usinado até os
formatos e dimensões desejados. Hoje em dia, os imãs
cerâmicos são os que possuem menor custo. Os ímãs de ferrite
são resistentes à corrosão.
- Exemplos de aplicações: alto-falantes, motores CC,
sensores.
C. Imãs de Neodímio-Ferro-Boro
Os imãs de Neodímio-Ferro-Boro, também conhecidos como
Terras Raras ou “Super-Imãs”, entraram no mercado em 1980.
È o material magnético mais moderno atualmente. Os imãs de
Neodímio são produzidos pela prensa de ligas pulverizadas e
depois recebem um tratamento térmico. Possuem as melhores
propriedades de todos os imãs existentes e uma incrível relação
indução/peso. São altamente susceptíveis a corrosão e devem,
quase sempre, possuir revestimento. São normalmente
niquelados, zincados ou revestidos c/ resina epóxi.
- Max. Temperatura de trabalho: 180º C (dependendo do grau).
- Exemplos de aplicações de ímãs de Neodímio: alto-falantes,
separadores de materiais não ferrosos, brindes, equipamentos
eletrônicos.
D. Imãs de Samário-Cobalto
Os imãs de Samário-Cobalto foram desenvolvidos
em1960, como resultado da pesquisa de novos materiais
magnéticos baseados em ligas de Fe, Co, Ni e Terras Raras.
São produzidos prensando-se as ligas pulverizadas, no
formato final. Posteriormente são submetidos a um
tratamento térmico a altas temperaturas. Apesar das
excelentes propriedades magnéticas e resistência à
temperaturas (até 250ºC), o alto custo pode limitar seu uso.
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Possuem razoável resistência à corrosão e não necessitam de
revestimentos particulares. Devido à sua elevada fragilidade,
devem
ser
manuseados
c/
cuidado.
Max.
Temperatura
de
trabalho:
250º
C
- Exemplos de aplicações: micro-motores, sensores
automotivos.
VIII. ESTUDO DE CAMPO MAGNÉTICOS
A. O campo magnético
O campo magnético de um imã é composto por linhas de
força de natureza magnética que se apresentam ao redor desta
estrutura.
B. Linha de força
Chama-se linha de força de um campo magnético a uma
linha que em cada ponto é tangente ao campo
Fig. 3. A direção das linhas de campo magnético de um ímã, demonstradas
pelo alinhamento da limalha de ferro sobre colocado sob uma ímã.
desse ponto.
D. Linhas de indução
Chama-se linha de indução a uma linha que em todos os
pontos é tangente ao vetor indução.
E. Fluxo magnético num campo uniforme
Chama-se fluxo magnético que atravessa uma superfície plana,
colocada em um campo magnético uniforme, ao produto do
módulo de indução magnética, pela área da superfície, pelo
cosseno do ângulo que a normal à superfície faz com a direção
do campo.
Fig. 2. Linha de força
.
C. Espectros magnéticos
Podemos conhecer praticamente o aspecto das linhas de força
do campo magnético de um ímã, colocando sobre ele uma folha
de cartão; depois espalhando sobre o cartão um pouco de
limalha de ferro. Os pequenos pedacinhos de ferro se
imantam: cada um deles se torna um ímã. O polo norte de cada
um desses pequenos ímãs é atraído pelo polo sul do vizinho,
de maneira que se formam verdadeiras cadeias de ímãs. Essas
cadeias se dispõem sobre o cartão, exatamente ao longo das
linhas de força. Chama-se espectro magnético à figura obtida
com a limalha de ferro disposta ao longo das linhas de força.
F. O fenômeno de indução magnética
A indução magnética é o fenômeno pelo qual um corpo se
imanta quando é colocado perto de um ímã já existente. O
corpo que já estava imantado é chamado indutor. O corpo que
se imanta por indução é chamado induzido. Chama-se material
magnético àquele que é capaz de se imantar. Campos
magnéticos cercam materiais e correntes elétricas e são
detectados pela força que exercem sobre outros materiais
magnéticos e cargas elétricas em movimento. O campo
magnético em qualquer lugar possui tanto uma direção quanto
uma magnitude (ou amplitude), por tanto é um campo vetorial.
IX. PROTÓTIPO
Os materiais usados foram imas de neodímio,
madeira,parafusos, porcas, rolamentos e placas de ferro.
Para realizar a montagem do protótipo, foram muitas ideias,
muitos modelos de varias maneiras de montar. Ate chegarmos a
um modelo mais próximo do ideal.
Na escolha do protótipo, optamos por um modelo que se
moveria verticalmente, pela facilidade de se regular e fazer
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alterações, na montagem escolhemos trabalhar com madeira
por ser de fácil modelagem, utilizamos também rolamentos,
imas neodímios, para fixar usamos parafusos, porcas e cola
quente.
Nosso protótipo constitui de uma base de 60cm², dois
braços que seguram a roda, 15 imas neodímio, e uma base para
segurar os imas fixos.
Com o modelo pronto e ajustado com nossas ideias,
começamos os testes, e obtivemos resultados diferentes. Em
alguns testes impulsionamos a roda e observamos que ela se
estabilizava e ia parando com a força de atração e repulsão. Em
outros testes com os ajustes feitos, ela nem chegou a girar, e
com novos ajustes, ela girava e parava após alguns segundos
devido a força de atração e repulsão serem muito fortes.
Em nossa ideia de protótipo fizemos inúmeros testes e
modificações, mais não obtivemos resultados positivos, e por
fim chegamos a conclusão de que nosso modelo não
funcionaria, pois as forças de atração e repulsão são muito
fortes e idênticas assim anulando o movimento da roda.
Fig. 5. Foto do protótipo em movimento.
X. CONCLUSÕES
Fig. 4. Foto do protótipo.
Fazendo um minucioso estudo sobre imãs, visando conhecer
suas características, pudemos escolher imãs que possuam
grande força de atração e repulsão, e que ao ser estressado por
agentes externos, como calor e vibrações entre outros, tenham
menor perda possível de suas características possuindo assim
grande durabilidade de sua força magnética.
Com os imâs escolhidos e adquiridos foi montado um
protótipo que não atingiu o resultado esperado, pois o mesmo
não mantinha o movimento por muito tempo e mesmo em
algumas situações ainda se notava uma força de frenagem no
modelo.
Estes resultados mostraram a necessidade da pesquisa de
outros modelos mecânicos diferentes do modelo usado em
nosso s testes.
REFERÊNCIAS
[1]
Young, D. H. e Freedman, R. A. - Eletromagnetismo- Sears e Zemansky
–Pearson - 2004
[2] José Roberto Castilho Piqueira e Luís Ricardo Arruda de Andrade, Física
2 - Eletricidade Básica/Eletromagnetismo, Gráfica e Editora Angloaa
Ltda, São Paulo, 2002.
[3] http://www.infoescola.com/fisica/magnetismo/
[4]http://www.dea.uem.br/disciplinas/eletrotecnica/ELETROMAGNETISMO(
Notas%20de%20aula)_FINAL.pdf
[5]http://www.dtforum.net/index.php?action=printpage;topic=102393.0
[6] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo
[7] http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/materiais-ferromagneticos.htm
[8] http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dman
[9] http://www.italpro.com.br/produto
[10]
http://www.ehow.com/list_5929393_typeselectromagnets.html#ixzz1KkHfxmru