Efisica

Aplicações do 1º fenômeno eletromagnético

 

Os campos magnéticos criados por correntes elétricas têm numerosas aplicações. Veremos algumas importantes e que utilizamos constantemente na vida diária.

 

1ª - Princípio de funcionamento dos galvanômetros de imã móvel

 

De modo geral, chama-se galvanômetros aos instrumentos de medida que funcionam pela ação entre uma corrente elétrica e um ímã permanente. São muito sensíveis, e por isso são usados para a medida de correntes muito pequenas. Há dois tipos:

1o) galvanômetro de ímã móvel e bobina fixa;
2o) galvanômetro de bobina móvel e ímã fixo.

Veremos agora como funcionam os primeiros. Os segundos serão vistos no capítulo seguinte.


a. Galvanômetro de imã móvel

 

Um ímã permanente, NS, suspenso pelo centro de gravidade, é colocado no interior de uma bobina. Quando não passa corrente pela bobina, o ímã fica com o eixo na direção do meridiano magnético do lugar. Quando passa a corrente i, que desejamos medir, ela cria um campo magnético. Os polos do ímã ficam sujeitos a forças, e o ímã se desloca, girando de um ângulo (fig. 279).

Pode-se demonstrar que esse ângulo é diretamente proporcional à corrente i, isto é, que:

K é uma constante que depende do instrumento e do lugar em que o galvanômetro está sendo usado, pois o campo magnético da Terra também exerce ação sobre o ímã. Para um mesmo galvanômetro essa constante deve ser determinada no lugar em que ele vai ser usado.

Galvanômetro de imã móvel

Figura 279

Para medirmos o ângulo , em geral há um espelho E preso à suspensão do ímã. O ângulo é então medido pelo método de Poggendorff (de rotação de espelho).

 

b. Galvanômetro das tangentes, ou bússola das tangentes

 

É um tipo particular de galvanômetro de ímã móvel. Neste galvanômetro a bobina é chata, de espiras circulares e é colocada com o plano dos círculos coincidindo com o plano meridiano magnético do lugar (fig. 280). O ímã NS é muito pequeno em relação à bobina e é colocado no centro O dela. Quando não passa corrente pela bobina, o ímã, suspenso pelo centro de gravidade, indica a direção do campo magnético terrestre, . Quando passa a corrente i, que desejamos medir, ela produz um campo magnético perpendicular ao plano das espiras (ver tópico "Exemplo - Campo Criado no Centro de um Condutor Circular"), e, portanto, horizontal. Se a bobina tivesse uma só espira, o campo H valeria (ver tópico "Exemplo - Campo Criado no Centro de um Condutor Circular"):

Galvanômetro das tangentes

Figura 280-a



Figura 280-b



Figura 280-c

Mas, como tem n espiras, o campo é n vezes mais forte, isto é,

O campo que atua no ímã, que era , agora é , soma de com H.

O ímã gira então de um ângulo , sob a influência de dois campos horizontais: o campo produzido pela corrente i, e a componente horizontal do campo magnético terrestre, . Pela figura c vemos que:

de onde:

Mas,

é uma constante para um mesmo galvanômetro num mesmo lugar da Terra. Chamando K a esse fator, temos:

isto é, a intensidade da corrente é diretamente proporcional à tangente do ângulo de que girou o ímã. Daí o nome, galvanômetro das tangentes.


2ª - Eletroimã

 

Os eletroímãs são constituídos por uma barra de ferro, ao redor da qual é enrolado um condutor. Quando passa corrente pelocondutor, ela produz um campo magnético; e a barra de ferro, ficando em um campo magnético, se imanta. Podemos saber onde aparece o polo norte aplicando, por exemplo, a regra do saca-rolhas.

Eletroimã

O uso de eletroímãs oferece várias vantagens:

1a) se quisermos inverter os polos, basta invertermos o sentido da corrente;
2a) é somente a imantação por corrente elétrica que nos fornece ímãs muito possantes;
3a) podemos usar uma barra de ferro doce (ferro puro), que tem a propriedade de só se imantar enquanto estiver passando a corrente; e se neutraliza logo que a corrente é desligada. Assim, temos um ímã que só funciona quando queremos. (Nota: o aço, ao contrário, permanece imantado mesmo quando cessa a causa da imantação).

Os eletroímãs, em geral, não têm forma de barra, mas a forma de U, indicada na figura acima. Em uma peça n de ferro doce, se enrolam duas bobinas, B e ; os seus enrolamentos são postos em série e de tal forma que a corrente que passe por elas produza campo no mesmo sentido. Em geral, têm também uma peça de ferro doce que é atraída pelos polos quando o eletroímã funciona. A peça n é chamada núcleo; a peça a é chamada armadura.

Os eletroímãs têm inúmeras aplicações, desde em instalações delicadas, como telégrafos, telefones e campainhas, até em grandes instalações industriais. Veremos, a seguir, exemplos de utilização de eletroímãs.

 

3ª - Disjuntor

 

O disjuntor é um eletroímã que funciona como interruptor de circuitos. É usado quando se quer proteger um dispositivo qualquer M de correntes muito elevadas. Esse dispositivo M é ligado em série com a bobina do eletroímã, de maneira que a mesma corrente i que passa por M também passa pela bobina (fig. 282). A armadura A do eletroímã é sustentada pela mola m de tal maneira que para valores admissíveis de i ela não se desloca para os polos. Mas, para valores de i superiores a um valor prefixado, a força de atração sobre a armadura vence a mola. Então, a armadura desce, a haste AC gira ao redor do ponto O, o ponto D se separa do ponto E, e o circuito se abre. A corrente deixa de circular, e o dispositivo M fica assim protegido de uma corrente alta.

Disjuntor

Figura 282

 

4ª - Relé

 

O relé é um dispositivo que serve para abrir ou fechar um circuito. Sua parte fundamental é um eletroímã, constituído por uma bobina B, armadura A e núcleo de ferro N (desenhado em preto na fig. 283). A bobina é alimentada por uma corrente i. Uma peça metálica CDE é ligada com a armadura, e se desloca juntamente com ela; a parte DE dessa peça é flexível, para facilitar seus deslocamentos. Uma outra peça metálica FG é fixa. A finalidade do relé é estabelecer ligação entre os pontos G e E, através da parte metálica GFCDE, para fechar o circuito da corrente I, ou, ao contrário, desfazer a ligação entre esses dois pontos, para abrir esse circuito.
Relé

Figura 283-a

Para manter aberto o circuito da corrente I devemos retirar a corrente i da bobina; então a bobina deixa de funcionar, e a mola M mantém a armadura na posição indicada na figura; os pontos C e F ficam afastados, e não há ligação entre G e E. Se quisermos fechar o circuito da corrente I, devemos fazer passar a corrente i pela bobina; então a bobina atrai a armadura, que gira ao redor do ponto D, os pontos C e F se unem, e se estabelece ligação entre os pontos G e E.

Relé com circuito aberto

Figura 283-b

Um relé é, portanto, um interruptor controlado eletricamente. A figura b mostra a posição de um relé num circuito; sua finalidade é abrir ou fechar o circuito formado pelo gerador g e as resistências e . A bobina do relé é alimentada por um gerador g , que está em série com a chave K . Fechando-se a chave K, o relé funciona; abrindo-se esta chave, ele deixa de funcionar.

Entre as vantagens do uso de relés, podemos citar as seguintes:

1a) a corrente i que o relé utiliza para funcionar é independente da corrente I que ele controla. Desse modo, com uma pequena corrente i podemos controlar uma grande corrente I;
2a) a corrente i pode ser fornecida por válvulas eletrônicas; com essas válvulas, a corrente pode ser controlada muito rapidamente, em tempos da ordem de milionésimos de segundo;
3a) o relê pode controlar uma corrente I em um aparelho qualquer colocado muito afastado.

 

5ª - Campainha

 

Consta de um eletroímã E, cuja armadura A tem uma extremidade presa a uma mola de aço flexível B e a outra extremidade a uma haste C que mantém na ponta uma esfera D. A mola B obriga a armadura a ficar em contato com uma placa metálica F . A corrente é fornecida por uma pilha P , ou pelo circuito que serve à uma residência (fig. 284). Quando se fecha a chave S a corrente segue o seguinte caminho: eletroímã, mola B , armadura A, placa F chave S e volta à pilha. Mas, logo que a corrente passa, acontece o seguinte:

1o) o eletroímã atrai a armadura; esta leva consigo a haste C, e a esfera D bate no tímpano T ;
2o) quando a armadura é atraída, ela se afasta da placa F e o circuito se abre;
3o) com o circuito aberto, cessa a atração sobre a armadura, e a mola B leva novamente a armadura em contato com F ;
4o) então o circuito se fecha, e tudo se repete. Assim, enquanto a chave S permanecer fechada, a esfera D alternadamente bate no tímpano e recua. Essa chave S é o que vulgarmente chamamos o “botão” da campainha; quando apertamos o botão, estamos fechando o circuito.

Campainha

Figura 284

 

6ª - Telégrafo

 

O princípio de funcionamento é o seguinte: são colocados em série um gerador G, um eletroímã E e um interruptor C. Esse interruptor tem uma mola M que mantém o circuito aberto. Para fecharmos o circuito precisamos apertar o “botão” B do interruptor. Quando um operador fecha o circuito em C, o eletroímã atrai a sua armadura A. Então a haste AD gira ao redor do ponto O, e um estilete, colocado em D, encosta em uma fita de papel que se desenrola de um cilindro P . Esse estilete fica encostado no papel durante todo o tempo em que o interruptor C permanecer fechado. Assim, se se fechar o interruptor por um instante, aparecerá na fita de papel um ponto. Se se fechar C por algum tempo aparecerá na fita um traço. Como se sabe, em telegrafia as letras do alfabeto são representadas por combinações de traços e pontos. Assim, um observador, atuando no interruptor C pode mandar uma mensagem a outro que receba junto ao eletroímã, colocado à distância muito grande.

Telégrafo

Figura 285
Nas instalações telegráficas, em vez de se usarem dois fios para a condução da corrente, uma para ida e outro para volta, usa-se um só, o outro fio é substituído pela terra. Como esta é condutora, transporta corrente de uma estação à outra, bastando para isso ligar as extremidades do circuito à terra, como indica a figura 285.

 

 

7ª - Fonte

 

O fone (a parte do telefone por onde ouvimos) também é um eletroímã, cuja armadura A é uma lâmina muito delgada (fig. 286). A corrente i chega ao eletroímã vinda do microfone de um outro telefone, no qual há outra pessoa falando. Essa corrente é variável; ela acompanha as variações da voz da pessoa que está falando no outro telefone. À medida que a corrente varia, a atração do eletroímã sobre a armadura A também varia, e a armadura vibra. Essas vibrações produzem som, que é uma reprodução do som que, no outro telefone, faz variar a corrente i.

Fonte

Figura 286

 

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