Exp. Prático 29 - Usina hidrelétrica

ROTEIRO PARA O EXPERIMENTO PRÁTICO
USINA HIDRELÉTRICA
ÁREA DO CONHECIMENTO
Física
CONTEÚDO
Eletromagnetismo: indução eletromagnética; geração de energia elétrica; conservação
da energia.
OBJETIVO(S)
Montar um gerador elétrico extremamente simples.
Mostrar como a voltagem é induzida em uma bobina condutora.
Trabalhar com o conceito de energia e suas diversas formas presentes na
natureza, assim como os processos que envolvem a transformação de uma
forma em outra, naturalmente ou comandada pelo ser humano.
INTRODUÇÃO
Um gerador de eletricidade é, basicamente, um conjunto de espiras condutoras
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girando em uma região onde existe um campo magnético . Quando o fluxo magnético
nas espiras sofre uma alteração, uma voltagem é induzida nos terminais do circuito.
Quanto maior o número de espiras e a intensidade do campo magnético, maior será a
voltagem gerada.
1 O contrário também pode acontecer: as espiras ficam paradas e o campo magnético se altera
devido, por exemplo, à rotação dos ímãs que o geraram.
Neste experimento, a bobina permanecerá imóvel e é o ímã que se moverá nas
proximidades induzindo a voltagem citada nos terminais do fio. Para “aproveitar” ao
máximo o campo magnético presente, a nossa bobina possuirá um núcleo de ferro que
concentrará o campo e o conduzirá pelo interior das espiras.
O fio condutor desempenhará um importante papel no experimento: quanto mais
grosso o fio, maior será a voltagem induzida e menor a dissipação da energia (efeito
Joule). Entretanto, como o nosso gerador terá dimensões modestas e necessitamos de
um grande número de voltas do fio para produzir uma voltagem perceptível, o fio que
trabalharemos terá pequeno diâmetro (fio de cobre esmaltado).
MATERIAIS
Fio de cobre esmaltado (de preferência um pequeno carretel);
Prego comprido e de cabeça grande;
Fita isolante;
Uma lâmpada pequena (de lanterna);
Papelão grosso;
Tesoura;
Ímã.
PROCEDIMENTO
1. Corte dois círculos de papelão bem maiores do que a cabeça do prego. Faça
um furo em cada um deles, exatamente no centro.
2. Passe o prego pelo centro de um dos discos e o empurre até encostar na cabeça
do prego.
3. Com a fita isolante, cubra uma região do prego de aproximadamente 3 cm de
extensão imediatamente próxima ao disco de papelão.
4. Passe o segundo disco de papelão pelo prego e o empurre até atingir o limite
da região isolada acima. Em resumo, a fita isolante deve ocupar o espaço entre
os dois discos e um deles está encostado à cabeça do prego.
5. Use a fita isolante em cada lado dos discos a fim de fixá-los no local. O
sistema deve estar parecendo com um carretel vazio.
6. Deixe livre aproximadamente 10 cm de fio de cobre antes de enrolar o fio de
cobre entre os dois discos, dando o maior número de voltas possível, camada
sobre camada. Todo o espaço entre os discos deve ficar completamente cheio
de espiras (voltas de fio), até não poder mais. Deixe novamente 10 cm livres
de fio a partir desse ponto (as duas pontas serão os “terminais” elétricos do
nosso circuito).
7. Remova o esmalte isolante das duas extremidades livres do fio (“terminais”) e
ligue-as à pequena lâmpada elétrica. A fita isolante pode ajudar a manter a
conexão no lugar.
8. Aproxime o ímã da cabeça do prego e comece a movê-lo bruscamente em um
rápido movimento de vaivém bem próximo à cabeça. A distância entre ela e o
ímã não deve ultrapassar 5 mm. Se tudo foi feito corretamente, a lâmpada irá
brilhar, indicando a presença de energia elétrica.
9. Para melhores resultados, pode-se usar um ímã mais poderoso, como aqueles
que podem ser extraídos dos discos rígidos (HDs) descartados dos
computadores. Outra possibilidade é montar rigidamente o ímã a uma
manivela e fazê-lo girar rapidamente bem próximo da cabeça do prego.
RECOMENDAÇÕES DE SEGURANÇA
Cuidado ao usar a tesoura;
Cuidado ao trabalhar com o fio de cobre;
Não aproxime o ímã de aparelhos eletrônicos, principalmente da tela de
televisores e monitores de computador.