A levitação que aquece nossos corações e derretem alumínios

O bom da Ciência é que podemos fazer qualquer coisa maneira com os conhecimentos mais básicos que ela nos proporciona. O ruim de ensinar Ciência é não poder mostrar estas coisas maneiras. Ficamos ensinando besteiras como números quânticos, subníveis energéticos, cada um dos passos da divisão celular, calcular a trajetória de qualquer coisa, sem efetivamente mostrarmos nada disso. É um saco ter que falar de reações químicas no quadro e os alunos com aquela cara de “OOOOOOOH, que legaaaaaaaaZZZZZZZzzzzzzzzZZZzzzz”.

Mas, e se pegássemos um pedação de cobre, enrolarmos e passarmos corrente alternada nela? Simples: seremos que nem o Magneto e faremos um pedaço de alumínio flutuar até derreter e PLOFT cair fundido e mal-pago.

Eu sei que hoje é domingo, mas nunca devemos descuidar dos estudos. Vão para a estante e peguem seu LIVRO DOS PORQUÊS!

Tudo começa com um solenoide. Solenoides são simplesmente fios condutores enrolados em forma de espiras, que seria como uma mola, se for para usarmos um termo vulgar, mas errôneo mesmo assim; mas ainda bem que podemos usar uma imagem para ilustrar a peça.

Nos bornes, encaixamos os conectores que serão ligados a uma corrente elétrica. Uma corrente elétrica sempre acarreta no aparecimento de um campo magnético. Um campo magnético sempre faz aparecer uma corrente elétrica. Faraday sabia disso e foi daí que foram criados os eletroímãs e geradores elétricos. O campo magnético dentro de um solenoide é aproximadamente uniforme e eu ficaria enchendo isto aqui de fórmulas matemáticas, mas não queremos saber disso. Não é importante saber as fórmulas matemáticas neste artigo. Vá, compre um livro didático e não peque mais.

Podemos entender a relação entre eletricidade e magnetismo com um tubo de cobre e um daqueles super-ímãs de neodímio.

Legal, né? O tubo não está ligado a nada e o ímã não tem segredos. Quando o ímã cai por dentro do tubo, o campo magnético cria uma corrente elétrica pelo tubo, que é condutor. Curiosamente, qualquer corrente elétrica que passe por um condutor gera um campo magnético. Ali, o campo magnético que aparece ao redor do tubo atrai o ímã, mas não é forte suficiente para pará-lo. O imã vai freando, mas não para. Ele apenas cai mais devagar.

Podemos fazer um eletroímã enrolando um prego com um fio fino de cobre e ligando as extremidades em uma pilha ou mesmo bateria de 9V. Deixando a corrente fluir, temos um ímã ligado, que atrairá pelas de metal. Desligando a corrente, o imã deixa de existir, e as peças caem. Se usarmos corrente alternada num solenoide de cobre grossão, coisas engraçadas acontecem, e além de termos uma corrente elétrica fluindo gerando um campo magnético, teremos também calor, por causa do Efeito Joule.

Deixando cair uma peça de alumínio por dentro deste solenoide, ele ficará “levitando” no ar, à mercê da intensa corrente elétrica e acarretará…. nisso aqui:

No vídeo, um cilindro de alumínio de 2,6 g é colocado em um solenoide com 1,6 quilowatts de potência e frequência 204 kHz. Após 1min30s o alumínio começa a mudar de cor, em que perde seu característico brilho metálico e passa a laranja e, por fim, um vermelho brilhante, seguindo as ordens de Pai Bohr de Xangô, com um pico de temperatura chegou a 1200 °C.

Acontece o inevitável. Tendo como ponto de fusão 660 °C, o alumínio se funde e cai no chão, numa poça brilhante de material fundido, que logo se resfria e se solidifica.

Isso aconteceu pelo mesmo motivo que a resistência do seu chuveiro lhe proporciona um banhinho quente: efeito Joule; apesar de ter acontecido de uma forma diferente. Enquanto o chuveirão usa um resistor, que dificulta a passagem de corrente elétrica e esquenta a água, no caso do vídeo acima temos um aquecimento por indução.

A corrente fluindo através do cobre (que foi enrolado para formar um solenoide ) cria um campo magnético alternado, o qual induz uma forma especial de corrente elétrica: a corrente de Foucault.

O primeiro a perceber as correntes de Foucault foi… François Arago, que além de ter sido Primeiro-Ministro da França, ainda era matemático, físico e astrônomo. Em 1824 , ele observou o que chamou de ”magnetismo rotatório”, cujas descobertas foram estudadas e explicados por Michael Faraday. Entretanto, é a Léon Foucault o crédito pela descoberta das correntes de Foucault, ou elas sequer teriam este nome, obviamente.

Em setembro de 1855, Foucault (que não é aquele filósofo que escreveu um monte de besteiras) descobriu que a força necessária para a rotação de um disco de cobre torna-se maior quando é feita a rodar com a sua borda entre os polos de um ímã, e o disco é aquecido pela corrente de Foucault induzidas no metal.

SHOW! E daí?

E daí que quando começou a produção dos primeiros bondes elétricos, os mesmos tinham um probleminha: seus motores esquentavam demais, porque o núcleo magnético ficavam muito quentes. Eles tinham que parar de tempos em tempos para resfriarem, e a General Electric achava isso um absurdo, e os passageiros m ais ainda. A GE resolveu o problema laminando os núcleos magnéticos e colando-os com um verniz isolante.

Como a peça de alumínio do vídeo é inteiriça, as correntes que circulam dentro dela excitam (ui!) os elétrons e estes começam a ficar doidinhos, se chocando, cujo atrito gera calor. O calor foi tão forte que derreteu a peça; e se você quer fazer um treco destes em casa, AQUI você poderá ver um manual de como criar o aparato. Não testei, não fiz, não me responsabilizo se você tacar fogo na sua casa ou abrir um buraco na barreira espaço-tempo. Se esta última for a sua intenção, tente fazer num Buick Roadmaster 1953.


Fonte: io9

7 comentários em “A levitação que aquece nossos corações e derretem alumínios

  1. Muito legal. Ainda bem que o fato ser domingo não lhe dá preguiça André!

    PS.: Finalmente uma referência que não entendi (Buick Roadmaster 1953, buraco na barreira do espaço-tempo?)!

  2. Delicioso rever um forninho de indução funcionando. Para aqueles mais ousados e que pretendem montar o esquema eletrico proposto pelo Jonathan Kraidin (projetista), no link deixado pelo André, eu sugiro que NÃO deixem de montar os diodos d7, d8, d9 e d10 (apesar de comentado no tutorial que não tem problema sem eles). Mesmo que funcione um pouco melhor sem eles, a segurança que eles trazem compensa a pequena perda de potência (quase nada). Infelizmente os MosFets que são vendidos no Brasil não são de primeira linha, então, é melhor proteger o circuito, a não ser que você queira voar pelos ares em um momento qualquer, ao ligar seu forno.

  3. Outra coisa legal. Você pode deixar seu dedinho lindo dentro do forno ligado (solenoide) que não vai virar churros. Adivinha o porquê.

  4. Já tive o prazer de ver ao vivo este fenomeno numa industria de motores elétricos. Eles passam o rotor dos motores numa máquina de indução para eliminar as tensões da montagem do mesmo (como se fosse um recozimento). O interessante é que como o rotor tem partes de aluminio e aço, a vibração provocada pelo camp mágnetico faz a peça “cantar” (como se fosse um apito bem agudo).
    No seu artigo, André, só faltou falar que a espiral de cobre precisa ser oca, para que seja refrigerada, com água. Caso contrário ela acaba deretendo também. (demora, mas derrete)

  5. O núcleo laminado minimiza o problema da corrente de Foucalt,mas gera um ruído característico devido a magnetoestriccao.Isso se deve ao fato das lâminas do núcleo vibrarem junto com o campo magnético alternado.Por isso quando estamos perto de um transformador escutamos aquele zumbido peculiar.

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