Construção de Um Motor Simples

Para construir este motor, simples mas estranho, precisa de dois ímanes verdadeiramente fortes (rare earth magnets com cerca de 10mm de diâmetro está ok, assim como barras magnéticas grandes), um condutor de cobre rígido com pelo menos 50 cm de comprimento, duas pontas condutoras com terminações em pontas de crocodilo, uma pilha de 6V, duas latas de refrigerante, dois bocados de madeira, um bocado de fita cola e um prego/taxa afiado.

Faça uma bobina a partir do bocado de cobre rígido, de modo a que ela não precise de nenhum suporte externo. Dê 5 a 20 voltas em círculos de aproximadamente 20 mm de diâmetro, e termine de forma a que as pontas apontem, radialmente para fora, em direcções opostas. Estas pontas formarão ambas o eixo e os contactos. Se o fio tiver verniz ou isolante em PVC, descarne-o nas pontas.
Os suportes para o eixo podem ser feitos de alumínio, de forma a que façam contacto eléctrico. Por exemplo buracos feitos numa lata de refrigerante com um clip, como mostrado. Posicione os dois ímanes, norte para sul, de forma a que estes passem através da bobina nos ângulos certos em relação aos eixos. Ponha fita cola ou cole os ímanes nos bocados de madeira (não mostrado na figura) para os manter com a altura certa, e depois movimente os bocados de madeira de modo a que fiquem na posição correcta, muito perto da bobina. Faça rodar a bobina de início de forma a que o fluxo magnético através da bobina seja zero, como mostrado na figura.

Uma realização alternativa de um motor simples.
Agora vá buscar a bateria e os dois fios condutores com pontas de crocodilo. Ligue os dois terminais da bateria aos dois suportes metálicos da bobina e ela deverá rodar.
Repare que este motor tem, pelo menos, um “ponto morto”: Ele parará frequentemente na posição onde não há torque na bobina. Não o deixe ligado muito tempo: ele descarregará a bateria muito rapidamente.
O número óptimo de voltas/espiras da bobina depende da resistência interna da bateria, da qualidade do suporte dos contactos e do tipo de fio, pelo que deverá experimentar com vários valores diferentes.
Como referido anteriormente, isto é também um gerador, mas muito ineficiente. Para criar uma maior fem, utilize mais espiras (pode ter de usar fio mais fino e uma moldura sobre o qual o enrolar). Pode usar um berbequim para o enrolar mais rapidamente, como mostrado no sketch anterior. Utilize um osciloscópio para observar a fem gerada. É AC ou DC?
Este motor não tem o anel dividido em partes, então porque trabalhará em DC? Pondo as coisas de forma simples, se ele fosse rigorosamente simétrico, não trabalharia. Contudo, se a corrente for ligeiramente mais baixa num semiciclo do que no outro, então o torque médio não será igual a zero e, porque ele roda razoavelmente rápido, o momento angular adquirido durante o semiciclo com corrente maior empurra-o durante o semiciclo em que o torque é de direcção oposta. Pelo menos duas coisas podem originar a assimetria. Mesmo que os fios tenham sido enrolados de forma rigorosa, a resistência de contacto não será mesmo igual. Por outro lado, a própria rotação faz com que o contacto seja intermitente, pelo que se houver ressaltos maiores durante uma fase, esta assimetria é suficiente. Em princípio, poderia até descarnar os fios de forma a que a corrente seja zero durante um semiciclo.
Para uma construção de um motor ainda mais simples e fácil de compreender, veja artigo posterior (motor homopolar).

Pára-Raios

Quando se formam tempestades, formam-se, com elas, elevados potenciais eléctricos nas nuvens.
Estes potenciais eléctricos são tão elevados que podem disromper o ar atmosférico que, como todos sabemos, em condições normais é isolante.
Essa disrupção pode pôr em causa a segurança das pessoas e bens, pois o elevado potencial eléctrico pode descarregar-se, através do ar, nas casas, pessoas, etc.
A primeira pessoa a estudar este fenómeno foi Benjamin Franklin, através da famosa experiência do papagaio

Clique na imagem para ver a animação

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Depois de compreender o fenómeno a que aludimos anteriormente, Franklin estudou a melhor forma de proteger as pessoas deste perigo, chegando-se depois à construção do primeiro pára-raios, cujo nome é uma homenagem ao cientista.

Mas como se formam os potenciais eléctricos imensos durante as tempestades?

As camadas de ar que sobem na atmosfera, levam consigo várias impurezas carregadas de electricidade. Por sua vez, e mais importante ainda, o atrito (fricção – ver adiante) entre as pequenas gotículas microscópicas de água que vão formar as nuvens, formam potenciais eléctricos da ordem dos milhões de volts.
Constatou-se que as cargas negativas (electrões), que são móveis, ficam na parte inferior das nuvens, como se pode ver na figura:

A sua tendência é deslocarem-se para a terra (ou para outra nuvem – lembrem-se que a parte superior das nuvens fica com potencial positivo), apesar do efeito isolante do ar constituinte da atmosfera. Só que essa elevada resistência é vencida muitas vezes pelo elevadíssimo potencial eléctrico que se concentra na nuvem.

A ideia de Benjamin Franklin foi que se puséssemos, em cima das casas uma haste, o mais comprida possível, para melhores resultados, ligada à terra por um material condutor, as cargas eléctricas oriundas da nuvem ficariam com um caminho mais fácil de percorrer (menor resistência eléctrica, não é?), diminuindo assim a probabilidade de o raio fazer estragos nas casas e pessoas, pois a sua tendência é ir pelo caminho mais fácil.

O Pára-Raios do Tipo Franklin

Como forma de não pôr ele próprio em perigo a segurança das pessoas, o cabo de descida do pára-raios deve ser colocado com alguns cuidados:
– Esse cabo não deve tocar em nenhuma parte metálica do edifício onde é colocado, pelo que as normas recomendam um afastamento mínimo de 10 cm, e os suportes devem ter isoladores do tipo roldana, no meio dos quais passará o cabo;
– O eléctrodo de terra deverá ter uma resistência máxima de 10 ohm.

Área de Protecção

A lei impõe regras para a área em redor de cada edifício que deve ser protegida por pára-raios.
O cumprimento das normas leva a que

N = Ng . Ae x 10^6-
N = frequência da média de raios previsíveis, por ano e por km^2, na zona da edificação
Ae = Área de exposição em m^2
Ae = Lw + 2LH + 2Hw + piH^2
L – comprimento
W – largura
H – altura da edificação
Ng – 0.04 x Td^1,25
Td – número de dias de trovoadas por ano

A lei manda ainda que só seja obrigatório montar um Sistema de Protecção Contra Descargas Atmosféricas, caso N seja maior que 1 por 1000

Cabos de Descida

Estes cabos devem ser de cobre multifilar com diâmetro de 6.5 mm, ou seja, de secção igual a 25mm2.
O número de cabos a usar depende da altura e da área da edificação
Todas as carcaças de equipamentos, estruturas metálicas, tubagem metálica, etc., do edifício, devem ter equalização de potencial, ou seja, devem estar ligados ao sistema de terra de protecção existente.
Sob o solo, os condutores de aterramento (equipotencial) devem, por sua vez, ser ligados a uma barra metálica.
Acima do subsolo, para edificações de mais de 20m de altura, as barras equipotenciais devem ser ligadas a um anel horinzontal que interliga os condutores de descida.

Eléctrodos de Terra

É uma das mais partes mais importantes, não só de uma instalação de pára-raios, mas de todo o sistema de protecção eléctrica de um edifício. Isto porque é através dele que todos os raios (cargas oriundas da nuvem) se descarregam para aterra e assim são neutralizados sem perigo para a estrutura e pessoas.
Os eléctrodos mais utilizados são:
– barra de copperweld de ¾ de polegadas x 2 m de comprimento
– cano de aço galvanizado de 2 polegadas x 3 m de comprimento
– cabo de cobre de secção igual a 35mm2 enterrado na horizontal a 60cm de profundidade
Esses eléctrodos devem ser enterrados e feita a medição de terra.
Sabendo que cada terreno tem a sua resistência própria (os húmidos têm resistência mais baixa, ao contrário do que acontece com os pedregosos).
Se, num caso particular, com as regras acima mencionadas, não for obtida a resistência de 10ohms, devemos aumentar o número de eléctrodos até que o seja.
Outras maneira de fazer o aterramento sem usar eléctrodos:
– Condutor enterrado horizontalmente, ao qual se aplica a fórmula R = 2Ró/L
Sendo:
R – Resistência de aterramento, em ohm;
– ró – resistividade do solo, em ohm.metro
– L – comprimento da vala onde está enterrado o condutor, em metros.

2 – Hastes de aterramento, enterradas verticalmente: R = ró/L

Sendo L o comprimento da haste, em metros.

3 – Valores médios para a resistividade do solo:
– solos aráveis férteis ou solo compactado húmido: ró = 50 ohms . m
– solos aráveis pouco férteis ou saibro ou aterro não compactado: ró = 500 ohms.m
– solos pedregosos nus, areia seca ou rochas impermeáveis: ró = 3000 ohms.m

[continua…]