Os materiais utilizados na elaboração do nosso protótipo e seus respectivos custos finais estão descritos na tabela a seguir:

Postado por :  Gabriel Breigeron Prates Prates  

Meteriais utilizados

MATERIAIS

A Bobina:

Para confecção da bobina foi proposto o enrolamento de um fio condutor em um material isolante, fio este que, a partir do modo que fosse enrolado e com a passagem da corrente, induziria um campo magnético necessário para o funcionamento do experimento. Tendo isto em mente, foram sugeridos e idealizados previamente a utilização de:

Fio de cobre esmaltado 29 AWG:

Fonte:www.fiodecobrebr.com.br/marcas/pirelli/fios-esmaltados/

A escolha deste fio se deve ao fato do mesmo ser suficiente de modo a suportar o calor sofrido após a passagem da corrente tranquilamente, assim como o mesmo possui uma resistividade aceitável para aplicação ao projeto. Além disso, o fabricante do fio oferece muitas das informações necessário e utilizadas em cálculo e dimensionamento do projeto, dispostas em uma tabela.

Cano de PVC:

Fonte: http://www.pvcbrazil.com.br/produto/

A escolha do cano de PVC seria por motivo similar, já que o mesmo é suficientemente resistente ao tempo de exposição e temperatura que lhe será aplicada. No entanto, a escolha do seu diâmetro deve ser previamente planejada de modo que as espiras do fio de cobre que o envolvam não fiquem desnecessariamente grandes, podendo não haver a concentração e intensidade de fluxo magnético desejadas em seu interior, assim como deverá ser suficientemente largo para que caiba, sem muita folga, o núcleo utilizado para a intensificação das linhas de campo em seu interior.

Núcleo de ferro:

Fonte:http://www.nekfer.com.br/ferro-chato/

  O núcleo ao qual se refere este tópico trata do material que seria utilizado para preencher o interior do cano de PVC, a necessidade deste material se da devido a pouca intensidade do campo magnético gerado pela bobina. O ferro foi escolhido a partir de estudo e constatação de que, por se tratar de um material ferromagnético, isso basicamente nos diz que, em sua microestrutura este tipo de material é formado por polos magnéticos até então desorientados, no entanto estes polos passarão a ter orientação igual à do campo que o atravessa, intensificando o mesmo. Em outras palavras, o núcleo utilizado possui um maior coeficiente de permissividade magnética que o ar.

A Estrutura:

A elaboração e escolha dos materiais para construção da estrutura foi um pouco menos criteriosa que as demais partes do projeto, a mesma possui um leque de opções para materiais a serem utilizados, todos com custo e aplicabilidade similares. De mesmo modo, citaremos aqui apenas os que foram utilizados no projeto.

Placas de acrílico:

Fonte: http://www.redebras.com.br/

As placas de acrílico apenas foram utilizadas para sustentação e apoio dos demais componentes do projeto, uma espécie de "plataforma de montagem", sobre elas foram apoiadas e fixadas toda a estrutura da bobina, com intuito de minimizar ou reduzir as vibrações causadas pela mesma ao ser ligada. Outra placa foi posta logo acima da bobina e fixadas com porcas à um vergalhão, esta servirá para apoiar os anéis que serão levitados e para impedir que os mesmos entrem em contato com os fios da bobina. Para estas duas placas poderiam ser utilizadas outros materiais, de preferência os isolantes, como a madeira, plástico, vidro etc.

Vergalhões:

Fonte: http://www.leroymerlin.com.br

A função dos vergalhões nessa estrutura se resumem a sustentação e fixação das placas de acrílico umas às outras, podendo também ser substituída por outro tipo de material com a mesma capacidade. O único adendo a este componente é que, pelo fato do mesmo se tratar de um metal, fez-se necessário o planejamento para aterrarmos todas as partes metálicas expostas, com intuito de minimizar os riscos do projeto enquanto estiver em ligado.

Cabos, conectores, tomadas e campainha:

Fonte: http://www.compolux.com.br

A maioria das ligações foram feitas por fios de cobre em cabos paralelos encapados ou aquelas mais simples, feitas com o próprio fio 29 AWG, sempre atentos ao fato de revesti-los para aumentar a segurança do seu isolamento esmaltado. A conexão entre os fios da bobina e o interruptor do tipo campainha, foi feita com mediação de conectores do tipo Darwin, disponibilizados pelo professor em laboratório, os conectores possibilitaram uma ligação mais segura e com menos exposição de fios, de modo a inferir positivamente na segurança do projeto. Todo o circuito foi montado e conectado a uma tomada de três pinos, escolhia após o cálculo da corrente passante no circuito, assim como o interruptor utilizado, e pela presença do pino de aterramento.

Fonte: http://www.skamuller.com.br/

Postado por:

Thiago Sá Rodrigues 

O padrão AWG

O padrão AWG é uma referência criada para fios de cobre criada pela empresa JR Brown & Sharpe em 1857 que significa (American Wire Gauge). As bitolas seguem uma progressão geométrica, ou seja, cresce de forma exponencial.

A maneira de se medir as bitolas é uma peça circular com 36 furos, numerados de maneira inversa ao diâmetro do furo, como mostra a figura abaixo:

Imagem 1: padrao AWG

Fonte: http://blog.novaeletronica.com.br/tabela-de-fio-de-cobre-awg/

Porém a peça circular sozinha não é de muita utilidade. A tabela AWG associa o valor de diâmetro em mm com: peso em gramas por metro, comprimento em metros por Kg, resistência em ohms por metro, capacidade em Ampere de ruptura a 20º entre outros dados.

O professor sugeriu uma faixa de 29AWG até 31AWG para utilizar no nosso projeto. Onde segundo a tabela o 29AWG possui: 0,2859mm de diâmetro, 0,064mm² de área de secção e 265,6𝛀/Km de resistência por kilômetro. E o 31AWG possui: 0,2286mm de diâmetro, 0.040mm² de área de seção e 425,0𝛀/Km de resistência por kilômetro.

A tabela pode ser encontrada neste endereço:

http://www.novacon.com.br/audiotabawg.htm

Referências:

http://blog.novaeletronica.com.br/tabela-de-fio-de-cobre-awg/

http://www.if.ufrgs.br/~mittmann/tabela_de_fios.pdf

https://www.researchgate.net/publication/282808609_O_Padrao_AWG

Escrito por: Ciro Matheus de Lima Costa

LEIS DE NEWTON E APLICAÇÃO AO PROJETO

As leis de Newton são as três leis que fundamentaram os alicerces para mecânica clássica. Descrevem as relações entre um corpo e uma força atuando sobre ele, e as possíveis alterações em seu estado de movimento (magnitude da velocidade, direção ou sentido). Seguem suas definições:

1ª lei de Newton - Princípio da Inércia

A primeira lei infere que, se o somatório das forças atuando sobre um corpo for nula, o seu estado inercial é fixo, sua velocidade é constate.  

2ª lei de Newton- Princípio da Dinâmica

A segunda lei infere que, o somatório das  forças (F)  aplicada a um corpo  é igual a variação de momentum (P) do mesmo.

3ª lei de Newton- Princípio da Ação e Reação

A terceira lei infere que, forças entre dois objetos existem em igual magnitude e sentido oposto. A terceira lei significa que todas as forças são sempre provenientes de inter-relações entre corpos, se um corpo A exerce uma força em um corpo B, então o corpo B exerce uma força em um corpo A, sendo estas de mesma magnitude e direções, porém de sentidos contrários.

Aplicação ao Projeto

O movimento oscilatório do anel sob influência do campo magnético oscilante, por envolver movimentação de corpos, relaciona-se intimamente com as leis de Newton. A primeira e a segunda lei são indispensáveis na análise da alteração do estado inercial do anel, o que implica em sua amplitude .Vale ressaltar que algumas das leis do eletromagnetismo, como a lei de Lenz , a mesma utilizada na compreensão do movimento do anel,  possui uma correlação com a terceira lei de Newton, tendo o campo magnético induzido em uma bobina como sendo uma reação da alteração do campo magnético fornecido.

LEI DE LENZ E APLICAÇÃO AO PROJETO

Para introduzir o princípio de atuação da lei de Lenz, vale ressaltar um outro estudo realizado por Michael Faraday que servirá como ponto de ignição para a aplicação prática da lei proposta por Lenz ao projeto. De acordo com os estudos de Faraday fez-se possível a afirmação de que a variação em um campo magnético próximo a um condutor induzirá uma corrente neste mesmo condutor, no entanto Faraday na época não conseguiu formular uma lei que regesse o comportamento do sentido da corrente induzida no condutor.

Tendo ciência deste fato podemos dar aplicabilidade à lei de Lenz, onde a na mesma Heinrich Lenz conseguiu correlacionar essa corrente induzida à variação no campo magnético próximo ao condutor, a explicação baseia-se no princípio de que a a corrente induzida por um campo magnético terá sentido sempre oposto à variação do campo magnético que lhe gerou, ou seja, havendo uma diminuição do fluxo magnético, a corrente criará um campo com mesmo sentido ao do fluxo magnético, caso contrário, a mesma gerará um campo onde o fluxo possui sentido oposto ao fluxo inicial.

Figura 1: O campo magnético criado pelo ímã cria um fluxo magnético no interior da espira

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-lei-lenz.htm

Como mostra a figura 1 acima, o campo magnético criado pelo ímã se aproxima da espira, de modo que o fluxo magnético no seu interior também aumenta. Segundo a Lei proposta por Lenz, a corrente induzida se opõe ao aumento de fluxo magnético. Para que tal fato aconteça, a corrente induzida na espira deve criar um campo magnético de modo que o fluxo de () através da espira tenha valor contrário ao do fluxo . Em consequência disso, deduzimos que deve ter sentido oposto ao de , como mostra a figura 2. Se aplicarmos a regra da mão direita veremos que a corrente induzida possui o sentido indicado na figura 2.

Figura 2: Corrente induzida criada pelo campo magnético do ímã

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-lei-lenz.htm

Por conseguinte, podemos afirmar também que, caso não haja variação no campo próximo ao condutor, não haverá também uma corrente induzida no fio assim como um campo magnético que seria gerado por essa corrente. A lei que Lenz formulou foi então popularizada como Lei de Lenz e pode também ser enunciada da seguinte forma: "A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético que ele cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira."

Referências:

http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/inducao/leis_inducao_eletromag/

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-lei-lenz.htm

Aplicação no Anel de Thompson:

Em suma, para aplicação ao projeto a lei de Lenz assim como as demais tornam-se fundamentais de modo a servir como alicerce teórico para o mesmo, a construção se da a partir aplicação do conhecimento teórico obtido tal como a manipulação destes princípios. A efetividade da Lei de Lenz ao projeto se mostra quando a mesma é responsável, em grande parte, pelo efeito de levitação do anel. Tendo como embasamento a breve explanação teórica feita acima acerca da lei de Lenz, faz possível a compreensão do funcionamento prático da mesmo ao projeto. Com a passagem da corrente em uma bobina previamente planejada pelos integrantes, esta irá gerar um campo magnético que induzirá uma outra corrente ao anel, feito isto, a corrente induzida criará um novo campo magnético afim de se opor a variação do inicial que o gerou, por haver uma proximidade inicial, os campos, por hora opostos, irão se repelir gerando assim o efeito de levitação no anel.

Postado por:

Thiago Sá Rodrigues

Leis de ohm e sua influência com o anel de thompson

Primeira Lei de ohm

A lei de Ohm afirma que a corrente através de um dispositivo condutor de temperatura constante é sempre diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada ao dispositivo.

U: Diferença de Potencial
i: Corrente

Figura 1: Relação entre diferença de potencial e corrente

Fonte:
http://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-de-ohm/

Ohm definiu que a constante de proporcionalidade entre U e i seria a “resistência elétrica” do condutor.

R:Resistência elétrica

Figura 2: Relação entre diferença de potencial, corrente e resistência elétrica.

Fonte:
http://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-de-ohm/

Resultando na formula que representa a primeira Lei de ohm:

U=Ri          (1)

U: Diferença de Potencial
i: Corrente
R:Resistência elétrica

A resistência é medida em ohm simbolizado por ômega maiúsculo (Ω).

Em muitos condutores sua resistência não será constante, não obedecendo assim à lei de Ohm estes são chamados de bipolos não ôhmicos. Os condutores que mantém sua resistência constante são chamados de resistores ôhmicos.

Figura 3: Gráficos da diferença de Potencial (V) pela corrente (i)


Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe0_QAC/relatorio-ohmico-nao-ohmico

Segunda Lei de ohm

A resistência de um condutor homogêneo de secção transversal constante é proporcional ao seu comprimento e da natureza do material de sua construção, e é inversamente proporcional à área de sua secção transversal. Em alguns materiais também depende de sua temperatura.

Sendo expressa por:

Figura 4: Fórmula da Segunda Lei de ohm
  (2)
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfqcEAF/relatorio-fisica-3-2-lei-ohm

Onde:
ρ= resistividade, depende do material do condutor e de sua temperatura.
ℓ= largura do condutor
A= área da secção transversal.

ρ (letra grega Rô) representa a resistividade elétrica do condutor usado e a sua unidade de media é dada em Ω.m no SI.

Figura 5: Figura exemplo de condutor

Fonte:http://www.infoescola.com/fisica/segunda-lei-de-ohm/

L= largura do condutor
A= área da secção transversal

Considera-se a resistividade elétrica do material como uma constante dele, porém ele varia com a temperatura.

No Anel de Thompson

Para do anel de Thompson funcionar é necessário aplicar uma diferença de potencial e atrelada a isso obtem-se uma corrente, pela corrente passar através do solenoide (que este como é feito de cobre, apesar de condutor, possui resistência que é influenciada pela resistividade, largura do condutor e da área da secção transversal como foi possível observar na segunda Lei de Ohm)  é possível observar uma altura que o anel irá saltar baseada no fenômeno da lei de indução eletromagnética.
Essa Resistencia também é influenciada pelos fatores da primeira Lei de Ohm, a diferença de potencial aplicada para iniciar o sistema e também a corrente encontrada.

Referências:
http://www.infoescola.com/fisica/segunda-lei-de-ohm/
http://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-de-ohm/
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe0_QAC/relatorio-ohmico-nao-ohmico

Postado por: Luma Pinheiro

Campos magnéticos gerados por bobinas e a lei de Ampére

Sempre que temos movimento ordenado de elétrons em um condutor temos a criação de um campo magnético ao redor do condutor, sendo a direção da corrente a resultante de um produto vetorial que indica o sentido de rotação do campo magnético ao redor do condutor. Se o formato do condutor for o de uma espiral temos um dos objetos de estudo do nosso trabalho, a bobina.

Para iniciar a discussão sobre as diferentes modelagens da lei de Ampére é necessário a apresentar na sua forma mais completa conhecida como lei integral de Ampére

Onde B é o campo magnético, I é a corrente e 𝝁 é a constante magnética.

A modelagem deste fenômeno foi desenvolvida, em sua forma mais simples, após a publicação de 1820 de Hans Cristian Ursted, que atestava a relação entre corrente elétrica e magnetismo. Jean-Baptiste Biot e Félix Savart publicaram seus trabalhos anos depois sendo chamada de lei de Biot-Savart. Entretanto essa simplificação da lei de Ampére funciona apenas com campos magnéticos criados por condutores retilíneos como mostra figura abaixo:

Imagem 1: regra da mão direita em condutor linear

Fonte: Domínio público

A lei de Biot-Savart é dada por:

Onde B é o valor do campo magnético, I é a corrente do condutor (que deve ser constante), R é a distância do condutor à linha de campo onde o valor do campo quer ser calculado e 𝝁 é a constante magnética.

Mas considerando um campo magnético formado por um condutor em espiral chamado de solenoide como mostra a figura abaixo:

Imagem 2: Campo magnético formado por um solenoide

Fonte: https://www.miniphysics.com/ss-magnetic-field-due-to-current-in-a-solenoid.html

 a lei integral de Ampére pode ser modelada da seguinte maneira:

Onde B é o campo magnético, I é a corrente elétrica que passa no condutor, n é o número de espiras no solenoide e 𝝁 é a constante magnética.

No caso do nosso trabalho a segunda modelagem será mais utilizada e será o ponto de partida para começar a construção do nosso projeto, pois ao saber como as variáveis do nosso projeto se relacionam podemos dimensionar as formas do nosso projeto.

Referências:

http://coral.ufsm.br/cograca/graca7_2.pdf

http://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-biotsavart.htm

http://www.infoescola.com/fisica/lei-de-ampere/

https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/campo-magnetico---condutor-retilineo-aplicacoes-da-lei-de-ampere.htm

Postado por: Ciro Matheus de Lima Costa