Física - O experimento de Faraday

O experimento de Faraday

Ponto de partida

Montagem de aparato experimental similar ao que Faraday utilizou em suas pesquisas para obter corrente elétrica a partir de um campo magnético.

Observação: esta aula deve ser realizada a após a aula O problema de Faraday.

Objetivos

Retomar as discussões sobre a relação entre eletricidade e magnetismo, demonstrando, na prática, que é possível conseguir corrente elétrica a partir de um campo magnético, desde que trabalhemos com a variação desse campo.

Estabelecer as relações entre eletricidade e magnetismo que acabaram por resultar no surgimento do eletromagnetismo.

Estratégias

1) A sala é dividida em grupos e o professor solicita que os alunos construam uma bobina com fio. Essa bobina pode ter, aproximadamente, 6 cm de diâmetro e 50 voltas de espiras justapostas. Para conseguir essas voltas, os alunos podem utilizar uma garrafa (cheia, para que ela fique rígida) ou um cano de PVC. O fio pode ser fixado na bobina com fita adesiva ou cola rápida. Outra dica é que os alunos devem conectar as extremidades do fio a um amperímetro. As extremidades devem estar raspadas, a fim de que ocorra o contato elétrico. Caso se utilize um multímetro, deve-se atentar para o uso da escala adequada.

2) Com as extremidades do fio devidamente conectadas ao amperímetro, solicitar que aproximem o ímã da bobina, mantida numa posição fixa. O professor deve pedir que os alunos anotem o que for observado no amperímetro. Solicite que deixem o ímã em repouso dentro da bobina e, em seguida, afastem o ímã, exatamente na direção contrária à da aproximação, sempre anotando o observado no amperímetro. Os alunos devem repetir os movimentos várias vezes. Os alunos devem perceber que, ao aproximar ou afastar o ímã, o amperímetro marca a existência de uma corrente elétrica. No momento em que o ímã permanece em repouso (em relação à bobina), essa corrente desaparece. É importante também perceber que o sinal da corrente muda quando aproximamos ou afastamos o ímã.

3) Mostrar aos alunos que, ao afastar ou aproximar o ímã, estamos variando a distância e, portanto, variando também a intensidade do campo magnético associado ao ímã. O importante é o movimento relativo. Para mostrar isso, solicite que deixem o ímã numa posição fixa e aproximem e afastem a bobina, observando sempre o amperímetro. Assim, a distância também varia e, conseqüentemente, a intensidade do campo magnético. Logo, o amperímetro também vai registrar a presença de uma corrente elétrica.

4) Peça para que aproximem e afastem o ímã da bobina mais rapidamente - e verifiquem o que acontece com o valor da corrente que aparece no amperímetro.

5) Sistematizar a discussão a partir do levantamento das observações dos alunos e de suas conclusões iniciais. Deve ficar claro que não basta um campo magnético para termos uma corrente surgindo no fio (caso do ímã parado dentro ou próximo da bobina), mas que há necessidade de uma variação de campo magnético (quando afastamos ou aproximamos o ímã) para que apareça uma corrente no fio condutor. Essa corrente é denominada corrente induzida; e, dependendo do sentido do movimento realizado, ela tem seu sentido invertido.

6) Destacar a relação entre a velocidade da variação do campo magnético e a intensidade da corrente elétrica (quando aproximamos ou afastamos o ímã mais rapidamente). Utilizar o texto Öersted, Faraday e o motor elétrico - 2.

7) Solicitar aos alunos um relato sobre as dificuldades que encontraram para realizar essa atividade, imaginando os problemas enfrentados por Faraday.

8) Destacar a importância dos trabalhos de Faraday e Henry. E que esses trabalhos, juntamente com os de Öersted, mostraram definitivamente que eletricidade e magnetismo estão relacionados, o que permitiu o surgimento do eletromagnetismo.

Sugestões

• O professor pode solicitar aos alunos que realizem a atividade com fios de tamanhos diferentes e variados números de voltas. Os resultados devem ser comparados. Isso pode ser extremamente proveitoso sob o aspecto da investigação, mas exigirá uma nova aula. Também podem ser utilizados ímãs diferentes (para se trabalhar com campos magnéticos de intensidades diferentes).
• Em muitos livros do ensino médio, esse experimento é sugerido com a utilização de um galvanômetro (que mede a corrente de forma analógica). Se o professor utilizar um aparelho analógico para medir a corrente, deve solicitar aos alunos que atentem ao sentido da deflexão da agulha (em relação ao movimento de aproximação ou afastamento do ímã em relação à bobina).
• Se preferir, o professor deve montar um roteiro de construção da bobina, inclusive com ilustrações, para facilitar o trabalho dos alunos. Uma bobina pronta pode servir de referência.
• No livro Física no cotidiano, vol. 3, de Paulo T. Ueno (Editora Didacta) ou no livro Física, Série Novo Ensino Médio, vol. único, do mesmo autor (Editora Ática), podem ser encontradas sugestões para montar uma bobina.
• Uma proposta de utilização do galvanômetro pode ser encontrada no livro Física - ciência e tecnologia, vol. 3, de Paulo César M. Penteado e Carlos Magno A. Torres (Editora Moderna).
• Uma variante desse experimento pode utilizar uma pequena lâmpada, de baixa potência, no lugar do amperímetro (ou do galvanômetro). A presença da corrente induzida é detectada quando a lâmpada acende. Porém, o ímã deve ser potente, a fim de que a corrente induzida tenha o valor necessário para acender a lâmpada. Na prática, isso pode ser um pouco difícil de se conseguir.
• Se o ímã utilizado não apresentar um campo magnético intenso o suficiente para que a corrente seja detectada pela menor escala do amperímetro, uma alternativa é utilizar um voltímetro. Aqui também é possível verificar que o aparelho só marca valores diferentes de zero quando temos a variação de posição do ímã em relação à bobina - e que os sinais dos valores que aparecem no voltímetro também são invertidos conforme o movimento seja de aproximação ou afastamento. Neste caso, o professor deve lembrar aos alunos a relação entre voltagem e corrente elétrica.