PIBID Física IFPI Parnaíba: CAMPAINHA ELÉTRICA E A TRANSMISSÃO DE ENERGIA SEM FIO

Contexto

A campainha elétrica foi inventada em 1837 por Johann Philipp Wagner e por causa de seu inventor também é chamada de Martelo de Wagner. É um equipamento que faz parte do cotidiano de muitas pessoas, onde é usado para chamar atenção de alguém indicando que algo deve ser feito no momento determinado ou para indicar que tem uma pessoa esperando em frente à porta da residência de alguém. Em seu funcionamento um som é emitido quando esse equipamento é acionado, utilizando um princípio físico eletromagnético. A campainha elétrica é uma de muitas aplicações dos eletroímãs, que são dispositivos formados por um núcleo de ferro inserido em um solenoide (bobina) ou simplesmente um enrolado de fios em volta de algum material magnético. Quando uma corrente elétrica viaja pelos fios da bobina do eletroímã, cria-se um campo eletromagnético capaz de atrair metais ferromagnéticos. Uma aplicação muito interessante dos eletroímãs nesse experimento é que podemos induzir uma corrente elétrica numa outra bobina a pequenas distâncias do experimento e acender um led, conforme figura 1, isso acontece porque o circuito é ligado e desligado muitas vezes, continuamente, fazendo as cargas elétricas oscilarem e produzir um campo magnético capaz de induzir uma corrente elétrica em uma bobina que perto suficiente para ser influenciada pelo campo magnético, ou seja está ocorrendo transmissão de energia sem fio. como pode-se observar, quando há variação do campo magnético há variação do campo elétrico induzido.

Figura 1. Martelo de Wagner induzindo uma corrente elétrica, acervo pessoal (2017)

Materiais necessários

Tabela. Materiais e valores aproximados em 2017

Montagem

Primeiramente é necessário fazer um solenoide ou comumente chamada bobina (enrolado de um fio condutor na forma de hélice cilíndrica, como podemos ver na figura 2) com fios de cobre esmaltado sobre um carretel. Quando uma corrente elétrica é estabelecida na bobina do eletroímã, cria-se um campo magnético capaz de atrair outros materiais ferromagnéticos. A bobina será o coração da campainha, quanto mais voltas (espiras) ela estiver, mais potente será o eletroímã. No experimento em questão foram feitas aproximadamente 700 voltas, depois foi introduzido o núcleo de ferromagnético no carretel como pode ser observado na figura 3. A lâmina de metal será atraída pelo núcleo de ferro quando a corrente elétrica for estabelecida. A lâmina por sua vez podemos confeccionar cortando uma latinha de ferro de qualquer refrigerante, onde esta deve ser maleável para que o eletroímã seja capaz de atraí-la. A lâmina de metal foi fixada num pedaço de madeira na mesma altura do ferro dentro do solenoide para que o ferro possa atraí-la. Será preciso um fio de cobre grosso, de preferência, que ao encostar na lâmina de ferro fechará o circuito, é necessário está no mesmo nível da lâmina de ferro por isso fixamos sobre um pedaço de madeira. A fonte de energia elétrica usada no experimento foi um suporte com 4 pilhas AA de 1,5 volts cada; os terminais do suporte foram ligados em um fio conectado na chave que por sua vez está ligado em um dos fios do solenoide e o outro foi ligado num fio de cobre grosso que fará contato com a lâmina maleável. Fizemos o circuito de tal forma que quando alguém pressionar o botão da campainha, o circuito é fechado e uma corrente elétrica é estabelecida em seu interior. Com isso, o eletroímã é carregado e gera um campo magnético, atraindo assim a lâmina maleável (isso ocorre porque o eletroímã passa a se comportar como um imã). No momento em que a lâmina é atraída pelo eletroímã, ela toca no metal do núcleo do solenoide e provoca o som que estamos acostumados ouvir de uma campainha. Depois que isso ocorre, a corrente elétrica no sistema é cessada e a lâmina volta para a sua posição de origem. Sempre que a campainha é acionada, apertando-se seu botão, esse processo se repete.

Figura 2. Bobina, acervo pessoal (2017)

Figura 3. Martelo de Wagner com destaque dos componentes principais, acervo pessoal (2017).

Campainha elétrica em funcionamento

Campainha elétrica transmitindo energia sem fio

Conclusão

O Martelo de Wagner foi exposto em uma sala do CEEP-Liceu Parnaibano juntamente com outros experimentos de Física e robótica (Feira de Ciências). Os alunos do Liceu, assim como de outras instituições escolares e visitantes ficaram instigados a saber seu funcionamento, era perceptível suas curiosidades a respeito do funcionamento de cada parte do experimento. Com essa demonstração experimental buscou-se despertar a criatividade dos alunos para que estes possam investigar o mundo a sua volta para melhor compreendê-lo.