Momento Sheldon [3]

Olá Intelligentes! Tudo bem com vocês? Hoje, no Momento Sheldon, nós vamos aprender a fazer um:

Motor Elétrico com Reed-Switch

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Objetivo
Montagem de um motor elétrico elementar do tipo repulsão eletromagnética. Estudar a conversão de energia elétrica em energia mecânica. Apresentar e estudar o funcionamento do interruptor magnético (reed-switch); sincronização das interrupções.

O Reed-switch
Um interruptor magnético de lâminas (reed-switch) é um dispositivo que contém duas lâminas flexíveis de material ferromagnético (NiFe), seladas hermeticamente dentro de uma cápsula de vidro que é preenchida com um gás inerte. Essa atmosfera de gás inerte protege as regiões de contato elétrico das lâminas impedindo as oxidações. As lâminas estão sobrepostas, porém separadas por um pequeno espaço. As regiões que entrarão em contato são folheadas com um metal nobre tal como ródio ou rutênio, de modo a proporcionar características elétricas estáveis e de notável longevidade.

A aplicação de um campo magnético, mediante um ímã permanente (como na ilustração acima - direita) ou uma bobina, induzem uma magnetização dessas lâminas, com polaridades opostas e uma conseqüente força de atração magnética. Se tal força vencer a natural elasticidade das lâminas essas se unem, fechando o circuito externo do qual fazem parte. Quando o campo magnético é afastado, a indução magnética diminui e, com ela, as forças de atração; a elasticidade das lâminas incumbem-se de afasta-las, abrindo o contato elétrico.
Certos cuidados devem ser tomados, uma vez que, essa atmosfera inerte será mantida desde que exista perfeita integridade nas interfaces vidro/metal. Maus manuseios feitos sobre esses terminais (por ocasião de cortes ou dobras) pode danificar essas interfaces e levar à destruição do interruptor. Veja no final desse trabalho os modos de operação dos reed-switch.

Material

Base de madeira de (20 x 20 x 1) cm;
1 bateria de 6 V (comum, para lanternas de camping) ou 4 pilhas com porta-pilhas;
1 reed-switch (obtido em loja de componentes eletrônicos);
2 (ou 4) ímãs em forma de disco com cerca de 1,5 cm de diâmetro e cerca de 0,6 cm de altura (pode ser obtido de pequenos alto falantes);
fio de cobre esmaltado (ou fio magnético) número 22, suficiente para o enrolamento no prego;
1 prego de cerca de 10 cm de comprimento e diâmetro 0,5 cm para o eletroímã (pode ser substituído por parafuso de máquina);
1 rolha cilíndrica de cortiça (ou cilindro de madeira) de diâmetro 2 a 2,5 cm e comprimento cerca de 4 cm;
1 agulha longa (suficiente para atravessar a rolha e sobrar cerca de 1 cm de cada lado;
tarugos de madeira de (5 x 3 x 2) cm;
fita crepe; 2 alfinetes para mapas (vide ilustração abaixo); fio 22 com capa plástica (cabinho 22); cola.

Visão geral do projeto

Montagem
(a) Núcleo do eletroímã - Pegue o prego e enrole a fita crepe (de largura 1,2 cm) ao seu redor, a 4 cm de 'sua cabeça', até cobrir a altura de 1,5 cm. Ilustremos isso:

(b) Eletroímã - Use do fio de cobre esmaltado #22 para fazer o enrolamento da bobina do eletroímã no espaço de 4 cm entre a fita crepe e a cabeça do prego; espiras unidas, camada por camada, até preencher todo o espaço disponível. Deixe sobrar cerca de 20 cm em cada extremidade.

(c) Fixação do eletroímã - Use um dos tarugos de madeira de (5 x 3 x 2) cm para sustentar o eletroímã. Abaixo damos duas sugestões para tal procedimento:

 Deixe para fixar esse tarugo na base de madeira na fase final da montagem.

(d) Mancais - Com uma furadeira e broca, essa ligeiramente mais grossa que a agulha que irá usar como eixo do rotor, faça furos de profundidade 0,5 cm nos centros das cabeças plásticas dos dois alfinetes para mapas; nesses furos é que se apoiarão a agulha e servirão de mancais. 

A seguir, fixe esses mancais (alfinetes) em dois outros tarugos de madeira, como se ilustra a seguir. A fixação desses tarugos na base de madeira fica para depois (fase final).

(e) Rotor com ímãs - Atravesse a agulha longa, longitudinalmente, bem no centro da rolha deixando sobressair cerca de 1 cm de cada lado. Verifique com cuidado a simetria e o balanceamento desse rotor; muito do desempenho do motor irá depender disso!
Em duas faces opostas da rolha faça um ligeiro rebaixo, com um canivete, para facilitar o assentamento dos ímãs (use cola epoxi para fixar os ímãs na cortiça). Cuidado com a polaridade dos ímãs (veja abaixo). De início, cole apenas dois ímãs, deixemos os outros dois (optativos) para uma fase de experimentação.

(f) Reed-switch: Corte uns 20 cm de cabinho 22. Descasque uma ponta desse fio encapado com plástico e enrole num dos terminais do interruptor magnético (reed-switch) (solda é optativo). Fixe esse interruptor sobre um dos tarugos de madeira, como se ilustra.

(g) Fase final: Agora é a hora de fixar as diversas partes na base de madeira. Inicialmente arrume as partes acompanhado o visual geral da montagem. Comece pelo rotor e seus mancais; verifique se o rotor gira livremente, sem trepidações. Cole os mancais nessa base de madeira.
Agora ajuste o tarugo que suporta o eletroímã para ficar a poucos milímetros dos ímãs do rotor (gire o rotor para verificar se há excentricidades); veja se o eletroímã (cabeça do prego) fica bem na frente de um dos ímãs. Uma vez ajustado isso, cole o tarugo na base.
Coloque o tarugo que suporta o interruptor como indicado na figura; gire o rotor e verifique se as lâminas do interruptor ficam separadas (quando o ímã passa perto) e se juntam (quando o ímã se afasta), com o girar do rotor. Fixe esse tarugo na base com apenas uma gota de cola ... pode precisar de novos ajustes.

A seguir, conecte os terminais do eletroímã na bateria (ou na associação de pilhas) e verifique se entre a cabeça do prego e os ímãs do rotor ocorre REPULSÃO; se ocorrer 'atração' inverta os fios de ligação. Um desses fio pode ficar ligado na bateria, o outro deve ser desconectado da bateria e irá ao terminal livre do interruptor magnético. O fio que já está fixo num dos terminais do interruptor agora será ligado no terminal livre da bateria.
Se as lâminas do interruptor estiverem 'fechadas' o motor começará a girar imediatamente. Se não girar, verifique todas as ligações (não esqueça de raspar o esmalte que recobre o fio de cobre).

Divirtam-se!

Abaixo damos uma tabelinha (com valores aproximados de rpm) que poderá ser útil em suas experimentações:

Tipo de rotor	RPM(1,5V)	RPM(3,0V)	RPM(4,5V)	RPM(6,0V)
2 ímãs	1000	1500	1900	2200
4 ímãs	1500	2600	2800	3000

E é isso aí Intelligentes, gostaram?
Semana que vem tem mais!