MOTOR HOMOPOLAR DE FARADAY - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Motor homopolar de Faraday
Exibido em 14/04/2000, atualizado em 29/12/2010
Historicamente e curiosamente, esse motor elétrico deveria constar no início e no final da lista de motores didáticos que aqui apresento. Historicamente porque foi realmente o primeiro motor elétrico (obtenção de movimento contínuo à partir da corrente elétrica) apresentado na História da Ciência e, curiosamente, porque nos últimos meses de 2010, tal tipo de motor, agora com o pomposo nome de "homopolar" reaparece (principalmente no Youtube) nas mais variadas montagens, destacando as formidáveis forças portantes dos ímãs de neodímio. Destaquemos a parte histórica, para iniciar:
Imediatamente após tomar conhecimento da descoberta de Oersted sobre a conexão entre a eletricidade dinâmica (assim era conhecida, em contraposição à eletricidade estática) e o magnetismo, Michael Faraday (1791 -1867) achou um meio de explorar a descoberta. Ele sabia que uma corrente elétrica exerce uma força sobre um pólo magnético que lhe fica próximo. Talvez essa força pudesse fazer um pólo magnético girar em torno de um fio conduzindo corrente. Faraday utilizou o aparelho ilustrado abaixo, à esquerda, para verificá-lo.
Com o sucesso dessa experiência, Faraday prosseguiu para provar que um fio transportando uma corrente pode ser posto a girar em torno de um pólo magnético. O ímã fixo foi colocado em um adaptador, como na ilustração acima, à direita, e o fio mergulhado no mercúrio tornou-se capaz de mover-se livremente.
Logo que o circuito foi completado, o fio começou a girar em torno do pólo magnético. Uma vez mais, o sentido de rotação pôde ser invertido, bastando inverter os pólos magnéticos ou o sentido da corrente. Eis uma versão mais aprimorada (ainda da época) do motor homopolar de Faraday:
Um longo ímã vertical apresenta, em sua parte superior, uma pequena cavidade C contendo mercúrio, na qual mergulha uma ponta que faz parte da equipagem móvel ABDE, formada por fios de cobre. As extremidades livres dos dois fios BA e DE mergulham numa calha circular também cheia de mercúrio. Põe-se a calha e o ímã em comunicação, respectivamente, com o pólo positivo e negativo de um gerador de corrente, de modo que ela circula nos diversos condutores, nos sentidos indicados pelas setas. Constata-se, então, que a equipagem adquire um movimento de rotação contínuo em torno do ímã.
Suponhamos o ímã suficientemente longo de modo que, nos diversos pontos do quadro móvel, possa ser considerado como um único pólo magnético concentrado em N (daí o nome - homopolar). Segundo a lei de Laplace, a ação deste campo gerado pelo pólo magnético N, sobre cada elemento de AB é uma força magnética Fmag. perpendicular ao plano do quadro e sentido para fora da figura (use a regra da mão esquerda), enquanto que a sua ação sobre cada elemento de ED é inversa, isto é, para dentro do plano da figura. Sendo concordantes as ações de torque que se exercem sobre os diversos elementos do quadro, origina-se uma rotação contínua no sentido das setas que representam as forças magnéticas.
Sem dúvida, esse foi o primeiro motor da História das Ciências, apresentado por Michael Faraday. Vamos apresentá-lo só para o caso do fio móvel e ímã fixo (você poderá fazer a inversão para futuras demonstrações), em duas versões e, a seguir, a moderna montagem didática do motor homopolar:
Versão 1- Essencialmente, consta de um tubo de vidro ou acrílico, de diâmetro cerca de 8 cm e altura 40 cm. Dois tampões de cortiça vedam seus extremos. Pelo tampão inferior penetra um ímã cilíndrico de ALNICO, ficando com cerca de 6 cm dentro do tubo (apenas parte da extremidade Norte, conforme ilustração).
Versão 2- Essa versão dispensa o tubo de vidro e os tampões. Agora utilizamos um suporte metálico, comum nos laboratórios escolares. Para suportar o ímã (e o mercúrio) usamos um receptáculo raso de plástico (o autor usou um cinzeiro) no qual foi praticado um orifício central que permite a passagem do ímã cilíndrico (um ligeira camada de cola epóxi ao redor do ímã garante sua fixação no copinho plástico).
Vejamos, agora, como o motor homopolar de Faraday se converteu para a roupagem atual. É como se Faraday pudesse dispor de moderna pilha alcalina e possante ímã cilíndrico de neodímio. Eis as transformações:
Em (a) temos a montagem primitiva deste motor, com os recursos da época. Em (b), tiramos a pilha original e a colocamos sobre o ímã, com o pólo positivo para cima; observe o novo sentido da corrente elétrica. Em (c) eliminamos a calha contendo mercúrio e simplesmente dobramos os fios que nela mergulhavam para encostar no ímã; observe que esta operação não afeta o sentido da corrente. Finalmente, em (d), substituímos o símbolo da bateria por uma pilha real alcalina e o longo ímã original pelo pequeno e possante ímã de neodímio; os fios continuam tocando o ímã, a corrente circula, o quadro gira ... eis o "novo motor homopolar de Faraday".