Anel Saltador
Áreas do conhecimento ligadas ao experimento
Eletricidade;
Mecânica;
Termologia.
Princípios físicos ligados ao experimento
Indução Eletromagnética;
Princípio da Ação e Reação.
Princípio correlato ao experimento
Aquecimento elétrico (Efeito Joule).
Descrição do experimento
O Anel Saltador mostra como é possível equilibrar a força peso (P) de um corpo a partir do processo de Indução Eletromagnética.
O solenóide principal (a), posicionado na base do experimento, induz uma corrente elétrica no anel de alumínio (b), que funciona como uma espira em curto-circuito. Como a corrente elétrica induzida no anel (espira) gira sempre no sentido contrário ao da corrente elétrica gerada no solenóide principal, a polaridade da espira, que flutua, será sempre contrária à polaridade do solenóide principal; gerando, assim, o fenômeno da repulsão. Não custa lembrar que, no tocante as polaridades, tanto o solenóide quanto a espira, comportam-se exatamente como se fossem ímãs. Ou seja, pólos iguais se repelem e pólos contrários se atraem.
Note que ao lado do solenóide principal há também uma bobina (c) que funciona como se fosse um enrolamento secundário de um transformador (ver foto). Assim, ao ligarmos o aparelho, imediatamente uma lâmpada ligada à bobina secundária se acende, revelando a presença de outra corrente elétrica induzida. Na verdade, um solenóide principal pode ter inúmeras bobinas associadas a ele funcionando como enrolamentos secundários.
Importante!
• A flutuação do anel de alumínio só é possível devido ao fato da corrente elétrica, gerada no solenóide principal, ser alternada; pois, para haver corrente elétrica induzida no anel de alumínio, é necessário que haja variação de campo magnético, caracterizando o fenômeno da Indução Eletromagnética.
• Ao ligarmos o aparelho, há um impulso violentíssimo na base do anel de alumínio, fazendo-o subir até o topo do suporte. Essa intensa repulsão se dá pela excessiva proximidade que há, inicialmente, entre as extremidades de pólos iguais dos dispositivos: solenóide e anel.
Como o sistema funciona
Quando percorrido por corrente elétrica, o solenóide (a) gera um campo magnético em seu entorno e esse campo magnético é capaz de influenciar o anel (b) próximo a ele; gerando, no anel (expira), uma corrente elétrica induzida.
O sentido da corrente elétrica induzida na espira tem sempre um sentido contrário ao sentido da corrente elétrica que a originou. Ou seja, se o sentido da corrente elétrica no solenóide for horário, o sentido da corrente elétrica induzida na espira será anti-horário.
Tanto o solenóide quanto a espira, quando percorridos por corrente elétrica, vão gerar pólos distintos em suas extremidades, e a formação desses pólos (Norte e Sul) vai depender do sentido da corrente elétrica nesses dispositivos.
Quando a corrente elétrica percorrer o dispositivo no sentido horário, tanto no solenóide quanto na espira, vamos ter a criação de dois pólos iguais se confrontando (regra da mão direita). No caso da ilustração ao lado, será o pólo Norte, que é caracterizado pela saída do vetor indução magnética (B).
Por analogia com os ímãs, essa proximidade de pólos iguais vai gerar forças de repulsão. Caso fossem pólos contrários, teríamos forças de atração.
Cumpre ressaltar que o fenômeno da Indução Magnética só é possível devido à presença de corrente elétrica alternada e, pelo fato de se tratar de corrente alternada, vamos ter a constante alternância dos pólos magnéticos. Porém, sempre dotados de pólos iguais, pela oposição natural dos sentidos de movimentos das correntes elétricas (horário e anti-horário); garantindo, assim, a repulsão entre os dispositivos.
Importante!
Regra da mão direita: O sentido do campo magnético no interior do solenóide pode ser determinado pela regra da mão direita: o polegar dará o sentido de B quando os outros dedos indicarem o sentido da corrente elétrica. Com relação à polaridade, o pólo Norte fica na extremidade para onde o polegar aponta, conforme indica a ilustração.
Outros sistemas onde esses princípios ocorrem...
Esses sistemas, baseados no princípio da Indução Eletromagnética, costumam aparecer em vários tipos de aparelhos, tais como: motores elétricos, dínamos, transformadores, fontes de alimentação, alternadores, geradores elétricos etc.
Perguntas frequentes:
1) Por que no momento em que forçamos o anel de alumínio para baixo, contra o solenóide, surge um súbito aquecimento no anel?
Resposta: Na verdade, o anel de alumínio é uma espira em curto-circuito. Quando aproximamos muito a expira do solenóide, há um aumento muito grande de corrente elétrica induzida no anel que, por Efeito Joule, sofre um repentino aquecimento.
2) O que é o Efeito Joule?
Resposta: Quando um condutor é percorrido por corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica, devido aos choques dos elétrons “livres” com os átomos do condutor.
3) Em que série do Ensino Médio se estuda o fenômeno da Indução Magnética?
Resposta: Normalmente esse conceito é estudado no 3º ano do Ensino Médio dentro do assunto: Eletromagnetismo.
4) Por que é usado um anel de alumínio?
Resposta: Na verdade, qualquer outro condutor elétrico serviria para o funcionamento do experimento, tais como: ouro, cobre, latão etc.
Glossário
Espira: Trata-se de um fio condutor dobrado ou curvado, dependendo do formato, que, quando percorrido por corrente elétrica, é capaz de gerar um campo magnético bem característico em seu interior. É importante lembrar que o contrário também é verdadeiro, ou seja, quando um campo magnético variável passa pelo seu interior, surge, na espira, uma corrente elétrica induzida, caracterizando o fenômeno da Indução Eletromagnética.
Fenômeno da repulsão: Surge em virtude da ação de um par de forças opostas que se manifestam, por exemplo, entre dois corpos.
Solenóide: Chama-se solenóide a um condutor enrolado em hélice cilíndrica que, ao ser percorrido por corrente elétrica, é capaz de gerar um campo magnético em seu entorno.
Links:
http://www.ufsm.br/gef/Eletro.htm
http://www.uesc.br/caminhao/arquivos/inducao.pdf
Créditos
Espira:
http://www.rsu.ac.th/tlsd/e_learning/b_field/bio_amp/pic/solenoide_out.gif
Regra da mão direita:
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod09/m_s05.html
Solenóide: