Eletromagnetismo - Öersted, Faraday e o motor elétrico - 3

Na primeira parte deste texto falamos sobre as origens das pesquisas na área do eletromagnetismo e estudamos a descoberta realizada por Hans Christian Öersted. Na segunda parte, ficamos conhecendo a descoberta do cientista inglês Michael Faraday. Agora, fechando nosso estudo sobre eletromagnetismo, vamos falar um pouco sobre motores e geradores elétricos.

Um motor elétrico simples é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica - e também é um bom exemplo de aplicação prática da experiência de Öersted, na qual a corrente elétrica está associada a um campo magnético e pode provocar o movimento de um ímã.

O motor elétrico simples funciona, basicamente, pela repulsão entre dois ímãs, um natural e outro não natural (eletroímã). É conveniente o uso de imãs não naturais num motor elétrico, pois há a possibilidade de inversão dos pólos magnéticos, por meio da inversão do sentido da corrente elétrica.

Observando o esquema abaixo, temos um exemplo de motor simples, constituído por uma base de madeira, na qual está apoiada uma pilha (fonte de energia) - e, sobre ela, foi fixado um ímã natural. Temos ainda duas hastes de fio condutor (mancal) acopladas, cada uma, a uma extremidade da pilha (uma no pólo positivo e outra no pólo negativo); e, completando a máquina, uma espira também constituída de um fio condutor. Observe que essa espira pode ser substituída por várias espiras (bobinas). Um detalhe extremamente importante é que uma das extremidades da espira deve ser semi-raspada - e a outra, raspada por completo.

Como o motor funciona?

Agora, utilizando esse exemplo, vamos entender os princípios básicos do funcionamento do motor elétrico simples.

A pilha fornece energia elétrica quando as partes raspadas da espira estão em contato com a haste (mancal) - temos, assim, um circuito elétrico por onde passa uma corrente que, ao percorrer a espira, graças ao campo magnético associado a essa corrente (conforme o experimento de Öersted), transforma-a num pequeno ímã (ímã não natural).

O ímã fixo na pilha (ímã natural) tem um de seus pólos voltados para a espira; e quando ela se torna um ímã, passa a existir uma interação entre eles. Quando a espira tiver o mesmo tipo de pólo ao qual está presa, teremos uma força de repulsão que movimentará a espira. Esse movimento depende, muitas vezes, de um empurrão inicial.

Um detalhe importante: quando a espira tiver o pólo contrário ao do ímã ao qual está presa, a força que existirá será de atração e o movimento da espira será amortecido, podendo até resultar no fim de seu movimento.

Para resolver esse problema e evitar que o motor pare, usamos uma extremidade da espira totalmente raspada, por onde a corrente sempre pode passar, e a outra semi-raspada, de forma que a corrente só passará nessa extremidade quando a parte raspada estiver em contato com a haste. Dessa maneira, quando as faces de mesmo pólo estiverem voltadas uma para a outra, a espira se movimentará por causa da força magnética de repulsão entre os ímãs.

No momento em que as faces de pólos opostos estiverem voltadas uma para a outra, a corrente deixa de passar, pois a extremidade da espira que não está raspada impede a passagem da corrente. A espira deixa, assim, de ser um ímã natural, mas mantém seu movimento (giro), devido à inércia. No momento em que a parte raspada da espira entra em contato com a haste, o processo se reinicia, possibilitando o movimento constante da espira.

Em motores um pouco mais sofisticados há comutadores, que têm a função de inverter o sentido da corrente no momento em que a espira fica com sua face de pólo oposto voltada para o ímã. Lembrando que, ao invertemos o sentido da corrente, também invertemos os pólos do ímã não natural. Dessa maneira, teremos sempre a espira com a face de mesmo pólo do ímã voltada para ele, resultando num movimento ininterrupto.

No nosso exemplo, como não conseguimos inverter o sentido da corrente, utilizamos as ideias da interrupção da corrente e da continuidade do movimento por inércia. Dessa forma, temos a corrente produzindo o movimento da espira. Esse é o princípio básico do funcionamento dos motores elétricos - utilizados de um liquidificador até um motor de automóvel.

Geradores e energia elétrica

O gerador tem um funcionamento inverso ao do motor. Observando o esquema a seguir, verificamos que a corrente elétrica surge na espira graças ao movimento dos ímãs naturais - o que resulta numa variação de campo magnético. Surgindo corrente na espira, esta também se torna um ímã (ímã não natural) e passa a girar. Portanto, o gerador é um bom exemplo de aplicação prática do experimento de Faraday.

Neste caso, com o movimento dos ímãs temos energia mecânica, o que resulta em energia elétrica na espira. Como no caso do motor, existem diversos tipos de geradores e o que apresentamos aqui é um exemplo básico, mas que serviu para importantes desenvolvimentos tecnológicos.

Inúmeros pesquisadores merecem destaque no estudo do eletromagnetismo, mas, com certeza, Öersted e Faraday contribuíram - e muito - para o desenvolvimento do eletromagnetismo.