Descrição e conteúdos abordados
Este experimento também demonstra a geração de energia elétrica por meio das transformações de energia mecânica. Fazendo o pendulo oscilar livremente, sem a presença da bobina, podemos observar as transformações de energia potencial em cinética e vice-versa, tal como um pendulo simples, com pouca dissipação de energia. Quando posicionamos a bobina com os leds ligados nos seus terminais podemos vê-los acenderem no momento em que o ímã passa por cima da bobina. A variação do campo magnético gera um campo elétrico na região que está a bobina, induzindo uma corrente elétrica nas espiras. O sentido da corrente muda de acordo com a aproximação ou o afastamento do ímã com relação à bobina, gerando correntes alternadas. A energia elétrica que faz acender os leds aparece às custas da energia cinética do ímã e por isso, o pêndulo tende a diminuir a sua amplitude de oscilação mais rapidamente.
No caso limite, podemos ligar os terminais da bobina em curto-circuito. Nesse caso teremos resistência elétrica mínima no circuito e por isso, a corrente será máxima (energia elétrica máxima) e o pêndulo irá parar muito mais rapidamente, agindo como um freio magnético (lei de Lenz).
Outro efeito interessante é observar o brilho dos leds de acordo com a amplitude de oscilação do pêndulo. Em grandes amplitudes, ambos os leds acendem com alto brilho. Porém, quando a amplitude do pêndulo vai diminuindo, os leds irão piscar cada vez mais com menor brilho, até que apenas o led vermelho acende e o led verde deixa de acender. A luz vermelha, de maior comprimento de onda e menor frequência precisa de menos energia para acender, enquanto que led verde precisa de mais energia.
Substituindo a bobina por um bloquinho de alumínio e ajustando a altura do pêndulo, podemos demonstrar o efeito do freio magnético. A variação do campo magnético nas proximidades do bloco gera campos elétricos que induzem correntes internas no bloco, chamadas de correntes parasitas ou correntes de Foucault, que tendem a frear o pêndulo. A variação do fluxo do campo magnético induz essas correntes que por sua vez gera campos magnéticos que tendem a se opor ao campo indutor.
Material Utilizado
- Pêndulo suspendo por dois arames (para oscilar apenas em uma direção)
- Suporte de cano de pvc com altura regulável
- Base de madeira
- Bobina de 4 mil espiras
- Leds vermelho e verde
- Placa de alumínio.
Equipamento construído e doado por Claudio Hiroyuki Furukawa para o Laboratório de Demonstrações da UFPA.
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- Demonstrações da lei de indução de Faraday e da lei de Lenz - Canalle J. B. G. et al. XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2005.
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- Estudio experimental de la inducción electromagnética entre dos bobinas: Dependencia con la corriente eléctrica - Villalba, J. M. et al. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 37, n. 1, 1313 (2015).
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