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quarta-feira, 4 de agosto de 2010

2a Aula de Máquinas Elétricas CA


Nessa aula revisitamos alguns conceitos da mecânica aplicada ao movimento rotacional e contamos a história dos principais fundadores do eletromagnetismo.

Como nas máquinas elétricas temos que as partes girantes da máquina não realizam movimento translacional, logo podemos reduzir o espaço de movimento da máquina apenas ao movimento rotacional. Esse tipo de movimento é semelhante ao linear pois só apresenta dois sentidos:

a) Anti-horário - positivo
b) Horário - negativo

Com essa consideração o movimento rotacional pode ser definido em grandezas análogas ao movimento linear, que são:

a) posição θ (radianos)
b) velocidade angular ω=dθ/dt (radianos/segundo)
c) aceleração angular α=dω/dt (radianos/segundo²)



Dessa maneira, definimos o torque que causa aceleração rotacional de forma semelhante a força no movimento linear, mas divergindo um pouco, pois é o produto da força no sentido tangencial multiplicado pelo raio.

Explicamos que o trabalho num movimento rotacional também é como no linear. No linear o trabalho é o produto da força pelo deslocamento linear, e no rotacional é o produto do torque pelo deslocamento angular.

P = dW / dt = d(θ/dt = dθ/dt =  .  (J/s = N.m.rad/s )

Essa é a formula de potência na ponta do eixo do motor. Se quisermos usar nessa fórmula a velocidade angular em rmp, valor mais comum na prática, temos a fórmula:

Pm = 2  /60



Em seguida contamos um pouco da história do eletromagnetismo. Quem foram os precursores, quais seus experimentos e a quais conclusões chegaram.

A descoberta inicial foi atribuída a Oersted. Seu experimento consistiu em um circuito resistivo próximo a uma bússola, ao ligar o circuito e com a circulação de uma corrente elétrica próximo à bússola, percebeu-se que a mesma defletia sua agulha. Oersted demonstrou então que corrente elétrica produz campo magnético. Veja o vídeo abaixo.


 Logo após, com a tendência natural de as pesquisas se intensificarem nessa área promissora que unia dois campos distintos da física (magnetismo e eletricidade), Ampere quantificou o experimento de Oersted e baseado em sua lei temos a famosa regra da mão direita que define o sentido do campo magnético ao redor de um fio conduzindo corrente. Veja um video relacionado a lei de Ampere abaixo. Através da regra da mão direita par definir o sentido do campo magnético, podemos perceber que correntes de mesmo sentido geram campos que se atraem, pois entre os condutores temos campos que se subtraem, e que correntes de sentido oposto geram campos que se repelem, pois entre os condutores temos campos que se somam.





Em seguida, como as pesquisas chegaram a conclusão que corrente gera campo magnético ao seu redor, seria natural que os cientistas buscassem a recíproca dessa declaração, ou seja, campo magnético seria capaz de produzir eletricidade? (assista o vídeo abaixo sobre os experimentos de Faraday e Lenz)



Conforme foi visto no vídeo, pode-se criar uma tensão induzida baseado na condição de que exista um fio condutor, um campo magnético e um movimento relativo entre eles. Sem movimento relativo não temos tensão induzida. Essa tensão induzida, em circuitos fechados, provoca a circulação de uma corrente induzida. Essa descoberta foi fundamental para o desenvolvimento dos geradores de energia elétrica

Por fim, após diversos experimentos tentando relacionar a eletricidade e o magnetismo, um cientista chamado Lorentz relacionou o eletromagnetismo à mecânica. Postulou que um condutor ou fio atravessado por corrente elétrica na presença de um campo magnético sofre a ação de uma força induzida pelo campo magnético, chamada de força induzida. Essa força induzida é a responsável pelo torque ou conjugado nas máquinas rotativas. Essa descoberta foi fundamental para o desenvolvimento dos motores elétricos.

Observe o experimento sobre a força de Lorentz abaixo.



Com a aula de hoje pudemos rever as bases da mecânica rotacional e as descobertas pioneiras principais que levaram ao desenvolvimento das máquinas elétricas que proporcionaram o grande "boom" de desenvolvimento tecnológico que veio posteriormente com a revolução industrial até os dias atuais. Os geradores, motores e transformadores são atores fundamentais pois puderam proporcionar a geração transmissão e distribuição de energia a grandes distâncias e fomentar o desenvolvimento das nações.

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