Motor Eletromagnético de Giro Perpétuo

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[pic 2]

O fluxo magnético, representado pela letra grega Φ ou ΦB, é análogo ao fluxo elétrico. A unidade no SI é o weber, unidade equivalente ao tesla-metro quadrado (Tm²), dado que o campo magnético mede-se em tesla (T) e a área em metro quadrado (m²).

Por definição, o fluxo do campo magnético através de uma superfície orientada [pic 3] é calculado como a integral do produto escalar do vetor campo magnético [pic 4] pelo elemento diferencial de área [pic 5] ao longo de toda a superfície S em consideração.

[pic 6]

- COMO A RELATIVIDADE CONECTA OS CAMPOS ELÉTRICO E MAGNÉTICO

Ainda que os campos elétrico e magnético estivessem relacionados antes do advento da Teoria da Relatividade esta relação era um dado experimental. Após a relatividade esta interligação tornou-se uma conclusão teórica. Assim, devido a existência dos campos elétrico e magnético e a teoria da relatividade propõem deve necessariamente haja um campo chamado eletromagnético.

Imagine um trem carregado com cargas negativas. A ele é presa uma carga positiva, conforme indica a figura. Em repouso, tanto um passageiro do trem como um observador no solo concordarão acerca da força que atrai a carga positiva e as cargas negativas.

Em movimento, porém, o observador poderia supor que esta força aumentaria devido à diminuição do comprimento do trem prevista na teoria restrita da relatividade. Haveria, portanto, uma discrepância entre o passageiro e o observador caso não existisse uma misteriosa força de atração entre a carga positiva e as cargas negativas. Esta força misteriosa – que aumenta com a velocidade das cargas – é o resultado do que se convencionou chamar de campo magnético.

- INDUCÃO MAGNÉTICA

A indução eletromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma força eletromotriz num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou bem num meio móvel exposto a um campo magnético estático. É assim que, quando o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida. Este fenômeno foi descoberto por Michael Faraday que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético (Lei de Faraday).

Por outro lado, Heinrich Lenz comprovou que a corrente devida ao f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de tal forma que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que a intensidade do fluxo varie, ou que o corpo condutor se mova em relação a ele.

Indução eletromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas elétricas. Consideremos uma barra condutora em movimento dentro de um campo magnético uniforme[pic 7], como se mostra na figura abaixo. Sobre cada partícula com carga dentro do condutor atua uma força magnética:

[pic 8]

[pic 9]

Barra condutora em movimento, dentro de um campo magnético. A força magnética faz acumular cargas opostas nos extremos da barra.

Gerando assim, um campo elétrico induzido. Essa força magnética faz deslocar as cargas de condução no condutor; na situação da figura acima, ficará um excesso de cargas negativas no extremo inferior da barra, e um excesso de cargas positivas no extremo superior, independentemente do sinal das cargas de condução.

Mas se analisarmos o problema do ponto de vista do referencial S', que se desloca com o condutor, nesse referencial o condutor está em repouso e, portanto, não existe nenhuma força magnética sobre as cargas. Como se explica acumulação de cargas nos dois extremos da barra?

O problema está em que a velocidade é uma grandeza relativa, distinta em diferentes referenciais; isso implica que, para que a equação acima seja correta, é preciso alguma condição adicional que defina e exclua todos os referenciais, exceto onde a equação é válida. A segunda lei de Newton implica que as força deve ser invariante, devido a que a aceleração e a massa são invariantes.

O problema resolve-se admitindo que os campos elétrico e magnético não são invariantes. Dois observadores em dois referenciais diferentes observam diferentes valores para os campos elétrico e magnético, mas observam a mesma força eletromagnética:

[pic 10]

[pic 11]

Campo elétrico induzido pelo movimento dentro do campo magnético:

A força eletromagnética é invariante. A primeira equação é válida unicamente num referencial em que o campo elétrico seja nulo. No referencial que se desloca com a barra na figura, deverá aparecer um campo elétrico induzido:

[pic 12]

Que produz uma força elétrica igual à força magnética observada no referencial em que a barra se desloca com velocidade relativa [pic 13]. É como se existisse uma, no condutor, igual a diferença de potencial entre os extremos. Se o comprimento da barra for [pic 14], a força eletromotriz induzida será:

[pic 15]

2.2 Máquinas Elétricas

I. Máquinas elétricas

Máquinas elétricas são conversores eletromecânicos de energia cujo funcionamento se baseia em fenômenos do eletromagnetismo. Um destes fenômenos é a indução eletromagnética e o outro a força eletromagnética. Estas máquinas podem classificar-se de várias formas, conforme as características que se pretendem realçar, e são, basicamente, divididos em quatro tipos:

- Geradores Elétricos: fazem a conversão de energia mecânica aplicada ao eixo para energia elétrica, disponibilizada nos terminais.

- Motores Elétricos: fazem a conversão de energia elétrica aplicada aos terminais para energia mecânica, disponibilizada no eixo.

- Transformadores Elétricos: fazem a conversão eletromagnética de energia elétrica com a função de adaptar tensões (elevação ou abaixamento) além de, em certos tipos, fazer o isolamento galvânico (elétrico) entre primário e secundário.

- Outros: conversores eletromecânicos de frequência, compensadores síncronos, etc.

II.