ANEL DE THOMPSON

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA
CUNHA
Projeto de Pesquisa da Primeira Série
Série: Primeira
Curso: Eletrotécnica
Turma: 2112
Sala: 234
Início: 17e junho de 2009
Entrega: de julho de 2009
Aluno: Miguel T. Seifert
Aluno: Guilherme Konzen
Aluno: Luís Evandro
Aluno: Roger Santos
Orientador: Prof. ____
Co-orientador: Prof. Mütza
ANEL DE THOMPSON - ANEL VOADOR
1
1.1
DELINEAMENTO
Introdução
Ao nos dirigirmos para o museu da PUC-RS foi nos dado o desafio de recriar um dos
experimentos expostos no museu. Lá encontramos vários experimentos interessantes e então
entre eles o que mais nos despertou atenção foi o projeto denominado como Anel Voador ou
Anel de Thompson.
De início estávamos com uma grande dúvida sobre o projeto, parecia ser algo difícil e
complexo para alunos de primeira série. Mas após breves estudos e análises de outros projetos
parecidos decidimos em escolher este projeto para nosso aprofundamento e percebemos que
não é um projeto tão complicado quanto o imaginado.
1.2
Tema
Este projeto visa o efeito magnético e as interações de objetos eletricamente
carregados por indução, usando-se uma bobina, um anel metálico (provavelmente composto
por alumínio) e outros objetos não mais importantes quanto os tais citados anteriormente.
O tema geral deste projeto visa muito a matéria de eletromagnetismo e nosso curso
técnico que esta sendo nos ensinado, e também visa a matéria de Física. Obviamente todas as
explicações que nosso grupo apresentará não serão totalmente completas pois há partes sobre
o assunto em que alunos de primeiro ano do ensino médio não têm recursos suficientes para
explicar toda interação do campo magnético que se origina no núcleo da bobina.
1.3
Proposta
A melhor metodologia para nosso trabalho enquadra-se na metodologia de pesquisa
experimental, onde procuraremos explicações científicas e teóricas para o projeto e no final
essas teorias seriam apresentadas em uma máquina que será mostrada a todos presentes.
1.4
Justificativa(s)
A maioria dos motores elétricos trabalham através do eletromagnetismo que ocorre em
uma corrente elétrica. O princípio fundamental do magnetismo acontece através de um campo
magnético criado pelos fios onde passa uma corrente elétrica, induzindo um motor giratório,
assim fazendo repetidamente até a geração de movimentos mecânicos impostos pela máquina.
(WIKIPEDIA 22/6/09)
Isto é um exemplo de como o eletromagnetismo e a indução estão presentes na
sociedade e de como são importantes para todos. Assim justificando a escolha deste projeto
por alunos do curso de eletrotécnica onde será bem estudado o assunto.
1.5
Problema
O que faz com que o anel “salte” a uma altura visível e porque isso acontece?
1.6
Hipótese(s)
O anel é constituído por um material facilmente induzível e leve (alumínio); ao
ligarmos a bobina, em seu redor, cria-se um campo magnético onde o mesmo induz o anel
deixando-o carregado eletricamente. De certa forma, o anel fica carregado, negativamente ou
positivamente, da mesma forma que a bobina assim fazendo-lhes se repelir para direções
opostas.
1.7
Objetivo(s)
Nosso objetivo é construir um aparelho que faça, usando uma bobina, um campo
eletromagnético e que induza o anel de alumínio e faça-o “saltar” a uma distancia muito bem
visível por todos, mostrando-os o que acontece quando cargas iguais estão próximas.
2
CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA
O anel de Thompson é um experimento comum usado em universidades para se
estudar o eletromagnetismo e suas ramificações pois demonstra uma aplicação prática da Lei
de Lenz onde diz: “o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que lhe
deu origem”. Aplicando essa lei vemos que a corrente criada pela bobina gerará um campo
magnético de mesmo sentido da fonte, induzindo o anel de alumínio e criando outro campo
eletromagnético com cargas iguais em torno desse anel. Assim aplicando um termo básico
sobre eletricidade, cargas iguais tendem a se repelir, vê-se que o anel teria a mesma carga e
mesmo sentido que a bobina, assim repelindo-se ambos. Se apoiado sobre uma mesa veremos
que somente o anel saltará, mas entretanto se usarmos algo como uma balança de precisão,
veríamos que toda experiência seria comprimida contra a mesa (com exceção do anel) pois a
força de repulsão entre o anel e o resto da experiência é a mesma, mas o anel de alumínio é
claramente mais leve fazendo, somente ele, saltar.
Uma maneira de se conseguir um maior desempenho no salto do anel consiste em
diminuir a sua temperatura, pois ao fazê-lo a resistência do anel de alumínio diminui
gradativamente, deixando-o carregado eletricamente com uma carga maior fazendo a repulsão
ser mais forte entre a bobina e o anel de alumínio.
No projeto, a bobina e o anel comportam-se como duas barras magnéticas cujos pólos
de mesmo sinal se repelem.
3
3.1
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Campo Magnético
Primeiramente o campo magnético é uma região em torno de um imã ou uma carga, na
qual esse imã ou carga exerce uma ação de atração ou repulsão sobre outro indivíduo. Quando
estabelecida uma corrente elétrica, passa-se elétrons pelos condutores, criando-se uma
energia, até chegar ao seu ponto de origem; ao fazê-lo, instantaneamente , é criado ao redor
dos condutores um campo magnético. Isso acontece pois ao passar elétrons pelos condutores
não criará uma energia somente nos condutores e sim ao redor de tudo o que estiver próximo
aos mesmos.
3.2 Lei de Lenz
A Lei de Lenz é dita correta quando apresentada nesta forma: “o sentido da corrente é
o oposto da variação do campo magnético que lhe deu origem”. Esta lei foi estabelecida pelo
físico russo Heinrich E. Lenz. Quando há uma geração de eletricidade ocorre um campo
magnético, e esse campo magnético cria um fluxo indutivo. Se houver diminuição do fluxo
magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo.
Esse fluxo indutivo é a verdadeira força que atuará sobre o anel de alumínio. Ao passar esse
fluxo pelo anel ele o induz de uma certa forma que o deixa com uma carga de mesmo sentido
da força que gera o fluxo, assim repelindo-os.
3.3 Bobina
A bobina é composta por um fio (provavelmente de cobre) enrolado em uma haste,
usada como um transformador de energia. Ao ligar a bobina à uma força eletromotriz passa-se
uma corrente elétrica pelo fio de cobre enrolado. O uso da bobina consiste nessa passagem de
energia, armazenando-a em forma de um campo magnético, criando assim um fluxo
magnético onde tende a se aumentar e induzir um objeto próximo, no caso o anel, deixando-o
com uma carga de mesmo sentido que o campo magnético da bobina.
3.4 Processo de eletrização por indução
O processo de eletrização se dá quando um objeto, com um certo valor de carga, esta
carregado eletricamente, criando assim um campo eletromagnético ao seu redor. Com esse
campo magnético é possível que, sem haver toque, induza outro objeto para que deixe-o
também eletricamente carregado. Resumindo: é o processo de eletrização entre 2 objetos sem
haver algum toque entre eles mesmos.
4
METODOLOGIA
4.1 Proposta de solução
A pesquisa para a solução do nosso experimento (anel de Thompson) será feita da
seguinte forma: analisaremos outras pesquisas sobre esse mesmo projeto feita por outros
indivíduos, tendo elas como modelos para a solução do nosso, aplicaremos conhecimentos
que já adquirimos em aulas técnicas oferecidas pelo curso e faremos outras pesquisas
necessárias para a elaboração do projeto. Assim explicando o porque do anel saltar em uma
distância visível à todos. Analisaremos também a diferença de distância que serão lançados os
anéis, um resfriado e outro a temperatura ambiente.
O experimento consistirá em uma bobina de 360 voltas, ou um número próximo a
esse, de fio de cobre esmaltado, uma fonte de tensão de 220V, uma haste provavelmente feita
de metal, alguns anéis de alumínio (ou cobre) de tamanhos iguais, onde será analisada a
diferença entre os seus “saltos”, um interruptor para a função de “liga-desliga” do
experimento e uma lâmpada para ter uma resistência para não queimar a bobina caso dê algo
errado.
4.2
Orçamento
Orçamento de materiais para execução do projeto.
Material
Bobina + Haste de
metal
2 Anéis de
Alumínio
Orçamentos
R$50,00
R$ 2,00
Interruptor para
função
liga/desliga do
projeto
R$ 1,80
Soquete para a
lâmpada
R$ 2,00
TOTAL
R$ 55,80
4.3
Cronograma
Tabela 3. Previsão de prazos para execução das atividades do projeto.
Datas
19 de maio de 2009
23 de maio à 30 de
3 de julho de 2009
maio
Atividades
Datas
Atividades
Visita ao MCT da PUC-RS
Entrega dos resumos
Apresentação do
de 3 projetos
resumo do método
analisados no museu
científico
17 de junho à 24 de
24 de junho à 1° de
junho
julho
Escolha do projeto de
Prazo de execução do
Prazo de execução da
pesquisa
delineamento
contextualização do
19 de maio à 17 de junho
projeto
Datas
Atividades
1° de julho à 8 de julho
8 de julho à 15 de
17 de agosto à 26 de
julho
agosto
Prazo de execução da
Prazo para a execução
Reinício das aulas e
fundamentação teórica do
da metodologia
prazo de entrega do
projeto
BIBLIOGRAFIA
projeto completo
SO FISICA. Lei de Lenz. Disponível online em:
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/InducaoMagnetica/leidelenz.php,
Acessado dia 6/6/09.
Bobina. Disponível online em: http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/32/37/,
Acessado dia 28/6/09
WIKIPEDIA. Lei de Lenz. Disponível online em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Lenz,
Acessado dia 28/6/09.
WIKIPEDIA. Motor elétrico. Disponível online em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motores_el%C3%A9tricos, Acessado dia 22/6/09.
Experimentos com Indução. http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_42.asp, Acessado
dia 28/6/09.
Anel de Thompson: Princípio da suspensão em um campo magnético alternado.
http://www.ifi.unicamp.br/.../980716-Anel_de_Thomson.pdf , Acessado dia 22/6/09.