Como construir um gerador de campo eletromagnético

Fenômenos eletromagnéticos estão em toda parte, desde a bateria do seu telefone celular até os satélites que enviam dados de volta à Terra. Você pode descrever o comportamento da eletricidade por meio de campos eletromagnéticos, regiões em torno de objetos que exercem forças elétricas e magnéticas, que são parte da mesma força eletromagnética.

Como a força eletromagnética é encontrada em tantas aplicações na vida cotidiana, você pode até construir uma usando uma bateria e outros objetos, como fios de cobre ou pregos de metal espalhados pela sua casa para demonstrar esses fenômenos da física para você mesmo.

•••Syed Hussain Ather

• Você pode construir um gerador de campo eletromagnético (fem) simples usando fio de cobre e um prego de ferro. Envolva-os e conecte-os a uma fonte de corrente de eletrodo para demonstrar a potência do campo elétrico. Existem muitas possibilidades que você pode fazer para geradores de fem de vários tamanhos e potências.

Construindo umgerador de campo eletromagnético (fem)

Opcionalmente, você pode usar clipes de papel de metal ou uma bússola para observar o efeito da fem. Se o objeto de metal for ferromagnético (como o ferro), um material que pode ser facilmente magnetizado, ele será muito, muito mais eficaz.

1. Coloque os materiais em uma superfície não condutora, como madeira ou concreto.
2. Enrole o fio de cobre o mais firmemente possível ao redor do objeto de metal até que esteja completamente coberto. Quanto mais bobinas, mais forte será o gerador de campo.
   
3. Prenda o fio de cobre de forma que haja pequenas partes dele na cabeça e nas pontas do objeto de metal.
4. Conecte uma extremidade de um pedaço de fio isolado ao cobre que se projeta da cabeça do objeto de metal. Conecte a outra extremidade do fio isolado a uma extremidade da fonte de tensão na fonte de alimentação variável.
5. Em seguida, conecte uma extremidade do fio isolado à fonte na fonte de alimentação variável.
6. Coloque alguns clipes de papel perto do objeto de metal, uma vez que está na superfície.
7. Defina o dial na fonte de alimentação variável para 0 volts.
8. Conecte a fonte de alimentação e ligue-a.
9. Aumente lentamente o dial de tensão e observe os clipes de papel. Você os verá reagir ao campo magnético do objeto de metal assim que for forte o suficiente do gerador de pregos.
10. Use uma bússola no meio para observar a direção do campo eletromagnético. A agulha da bússola deve se alinhar com o eixo da bobina quando a corrente está fluindo.

O eletromagnetismo, uma das quatro forças fundamentais da natureza, descreve como surge um campo eletromagnético criado a partir do fluxo de corrente elétrica.

Quando uma corrente elétrica flui por um fio, o campo magnético aumenta com as bobinas do fio. Isso permite que mais corrente flua por uma distância menor ou em caminhos menores que estão mais próximos do prego de metal. Quando a corrente flui através de um fio, o campo eletromagnético é circular em torno do fio.

•••Syed Hussain Ather

Quando a corrente flui pelo fio, você pode demonstrar a direção do campo magnético usando a regra da mão direita. Essa regra significa que, se você posicionar o polegar direito na direção da corrente do fio, seus dedos se curvarão na direção do campo magnético. Essas regras básicas podem ajudá-lo a lembrar a direção que esses fenômenos têm.

•••Syed Hussain Ather

A regra da mão direita também se aplica à forma do solenóide da corrente ao redor do objeto de metal. Quando a corrente viaja em voltas ao redor do fio, ela gera um campo magnético no prego de metal ou outro objeto. Isso cria umeletroímãque interfere na direção da bússola e pode atrair clipes de papel de metal para ela. Este tipo de emissor de campo eletromagnético funciona de forma diferente dos ímãs permanentes.

Ao contrário dos ímãs permanentes, os eletroímãs precisam de uma corrente elétrica através deles para emitir um campo magnético para seus usos. Isso permite que cientistas, engenheiros e outros profissionais os usem para uma ampla gama de aplicações e os controlem fortemente.

O campo magnético para uma corrente induzida na forma de solenóide do eletromagnético pode ser calculado como

no qualBé o campo magnético em Teslas,μ​_​0​ (pronuncia-se "mu naught") é a permeabilidade do espaço livre (um valor constante de 1,257 x 10^-6), ​eué o comprimento do objeto de metal paralelo ao campo ené o número de loops em torno do eletroímã. Usando a Lei de Ampère,

você pode calcular o current eu(em amperes).

Essas equações dependem intimamente da geometria do solenóide, com os fios enrolando-se o mais próximo possível ao redor do prego de metal. Lembre-se de que a direção da corrente é oposta ao fluxo de elétrons. Use isso para descobrir como o campo magnético deve mudar e ver se a agulha da bússola muda como você calcularia ou determinaria usando a regra da mão direita.

•••Syed Hussain Ather

As mudanças na Lei de Ampère dependem da geometria do gerador de fem. No caso de um eletroímã toroidal em forma de donut, o campo

parannúmero de loops erraio do centro ao centro dos objetos de metal. A circunferência de um círculo (2 π r)no denominador reflete o novo comprimento do campo magnético que assume uma forma circular em todo o toroide. As formas dos geradores de fem permitem que cientistas e engenheiros usem sua energia.

Formas toroidais são usadas em transformadores, usam as bobinas enroladas em torno deles em diferentes camadas de modo que, quando uma corrente é induzida através dele, a fem resultante e a corrente que ele cria em resposta transferem energia entre diferentes bobinas. O formato permite o uso de bobinas mais curtas que reduzem as perdas por resistência ou perdas devido à forma como as correntes são enroladas. Isso torna os transformadores toroidais eficientes no uso de energia.

Os eletroímãs podem variar em uma grande quantidade de aplicações, desde maquinário industrial, componentes de computador, supercondutividade e pesquisa científica em si. Os materiais supercondutores não atingem virtualmente nenhuma resistência elétrica em temperaturas muito baixas (perto de 0 Kelvin) que podem ser usados ​​em equipamentos científicos e médicos.

Isso inclui imagens de ressonância magnética (MRI) e aceleradores de partículas. Os solenóides são usados ​​para gerar campos magnéticos em impressoras matriciais, injetores de combustível e máquinas industriais. Os transformadores toroidais, em particular, também têm usos na indústria médica por sua eficiência na criação de dispositivos biomédicos.

Eletroímãs também são usados ​​em equipamentos musicais, como alto-falantes e fones de ouvido, transformadores de potência que aumentam ou diminuem a corrente tensão ao longo das linhas de energia, aquecimento por indução para cozinhar e fabricação e até separadores magnéticos para separar materiais magnéticos de sucata metal. A indução para aquecimento e cozimento, em particular, depende de como uma força eletromotriz produz uma corrente em resposta a uma mudança no campo magnético.

Finalmente, os trens maglev usam uma forte força eletromagnética para levitar um trem acima de um trilho e eletroímãs supercondutores para acelerar a altas velocidades em taxas rápidas e eficientes. Além desses usos, você também pode encontrar eletroímãs usados ​​em aplicações como motores, transformadores, fones de ouvido, alto-falantes, gravadores e aceleradores de partículas.