av1 - Gerador elétrico (dínamo)

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Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé
	
	
	Curso: 
Engenharias
	Disciplina: 
Física Experimental III
	Código: 
CCE0479
	Turma:
 3058
	
	
	Professor (a): ROBSON FLORENTINO
	Data de Realização: 06/04/2015
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do Aluno (a): Alan Costa Motta
Nome do Aluno (a): Francisco Fabiano Ximenes Pinheiro Lugão
Nome do Aluno (a): Hyan Portugal Piccinini
Nome do Aluno (a): Leandro Andrade da Silva
Nome do Aluno (a): Cesar Henrique Castro Matos
Nome do Aluno (a):Felipe Marchon da Costa Marins
Nome do Aluno (a): Jamil Salim Selem Filho
	Nº da matrícula: 201308000571
Nº da matrícula: 201307240641
Nº da matrícula: 201307352782
Nº da matrícula: 201301535362
Nº da matrícula: 201307101011
Nº da matrícula: 201307163599
Nº da matrícula: 201308078064
Nome do Experimento: Gerador elétrico (Dínamos)
Objetivos: Explicar o funcionamento dos geladores elétricos utiizando um dínamo de bicicleta.
Introdução teórica: 
A geração de eletricidade é o processo de gerar energia elétrica a partir de outras fontes de energia primária. Afinal, energia não se cria, se transforma. Os geradores das usinas e os dínamos de bicicleta são construídos de forma semelhante e têm o mesmo princípio de funcionamento. Em ambos, há produção de energia elétrica a partir da energia mecânica de rotação de um eixo. A maior parte dos geradores de eletrecidade – por exemplo em usinas hidroelétricas e termoelétricas, em alternadores de automóveis e outros – funciona com base em uma das leis fundamentais do eletromagnetismo – a produção de uma força eletromotriz induzida devido à variação do fluxo de um campo magnético. Antes de iniciarmos a explicação do funcionamento do dínamo de bicicleta vamos falar um pouco sobre eletromagnetismo e sua história.
A eletrecidade e o magnetismo
Durante muito tempo, acreditou-se que eletricidade e magnetismo eram o mesmo fenômeno. Foi somente em 1600 que o médico e físico inglês William Gilbert (1544 - 1603) escreveu um livro distinguindo as duas teorias. Apesar dessa diferenciação entre os dois fenômenos, havia fortes indícios de que existia alguma relação entre eles. 
Em 1819 o físico dinamarquês Hans Christian Oersted divulgou a descoberta do eletromagnetismo, uma relação entre a eletrecidade e o magnetismo, impressionando a comunidade científica. Ele observou que, quando a agulha de uma bússola é colocada próxima de uma corrente elétrica, essa agulha é desviada de sua posição. Ora, uma agulha magnética, suspensa pelo centro de gravidade, só entra em movimento quando está em um campo magnético. O deslocamento da agulha só se explica pela formação de um campo magnético em torno do condutor percorrido por corrente elétrica. Foi essa a primeira vez que se observou o aparecimento de um campo magnético juntamente com uma corrente elétrica.
Quando Oersted mostrou, através de experimentos, que uma corrente elétrica gera um campo magnético à sua volta, muitos físicos da época começaram a pensar no modo contrário, isto é, começaram a imaginar se um campo magnético poderia gerar uma corrente elétrica. A questão era saber como isso poderia ser feito.
A descoberta da indução eletromagnética
Em 1831 , dois cientistas, Michael Faraday, na Inglaterra, e Joseph Henry, nos Estados Unidos, desenvolveram estudos referente ao princípio do conceito de indução eletromagnética, mas de forma independente.
Estudos dizem que Henry foi o primeiro a descobrir o fenômeno de indução eletromagnética, mas por não ter aprofundado nem publicado seus resultados por apresentar outros interesses na época, quando o fez, o reconhecimento da descoberta já havia sido atribuído a Faraday, que publicou um estudo muito mais detalhado um ano antes.
Então, por meio da divulgação de seus estudos, Faraday ganhou o crédito da descoberta, e enfim conseguiu provar que era possível um campo magnético gerar uma corrente elétrica.
A Lei de Faraday 
Faraday observou que sempre que existe um movimento relativo entre espira e imã, independente de quem se mova, surge uma corrente elétrica, chamada de corrente induzida, na espira. Através desse e de outros resultados, nos quais nota que a corrente elétrica induzida é mais intensa quanto maior a área da espira e quanto mais rápido é o movimento, enuncia o seguinte resultado:
A variação do fluxo magnético em uma superfície provocava o aparecimento de uma corrente induzida na espira, o que equivale ao aparecimento de uma força eletromotriz (f.e.m.), ou voltagem, induzida na espira.
Faraday, em seus estudos e experimentações, percebeu que a corrente induzida que aparecia no circuito mudava de sentido constantemente, ou seja, em um dado momento ela estava em um sentido em outro ela estava em sentido contrário ao primeiro. Apesar de perceber esse acontecimento, Faraday não conseguiu chegar a uma lei que indicasse como determinar o sentido da corrente induzida. 
Foi somente no ano de 1834, poucos anos após a publicação dos trabalhos de Faraday, que o físico russo Heinrich Friedrich Emil Lenz apresentou uma regra, atualmente conhecida como Lei de Lenz, que permite indicar o sentido da corrente induzida. Lenz observou que a corrente induzida em uma espira por um fluxo magnético variável tem um sentido tal que o campo magnético que ela cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira. Ou seja, a corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético que ele cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira.
A relação que dá a força eletromotriz induzida numa espira devido à variação do fluxo magnético é conhecida como Lei de Faraday-Lenz:
ε = ΔΦ/ Δt
onde o fluxo magnético é definido pela fórmula:
Onde,
 : é o vetor área - sendo este perpendicular à superfície do material imersa no campo magnético.
 : corresponde ao vetor campo magnético.
 : é o ângulo formado entre o vetor  e vetor área .
 : representam os módulos dos vetores correspondentes.
O aparecimento da força eletromotriz foi denominado de indução eletromagnética e a expressão descrita acima ficou conhecida como a Lei de Faraday da indução eletromagnética.
É importante ressaltar que não é a presença de campo magnético nas proximidades de um condutor que gera uma corrente elétrica induzida, mas sim a variação do fluxo de campo magnético nesse condutor. Assim, é necessário que uma ou várias grandezas que definem o fluxo variem. Uma variação do valor do campo magnético, da área do condutor imersa nesse campo ou da inclinação do condutor em relação ao campo é necessária para o surgimento da corrente induzida.
O que é e como funciona um dínamo de bicicleta?
É um aparelho que transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica através do processo de indução eletromagnética. O dínamo é constituído por um imã fixo em um eixo móvel, e ao redor deste eixo existe uma bobina (fio condutor enrolado, constituindo um conjunto de espiras). Não existe contato físico entre o imã e a bobina. No dínamo de bicicleta, o movimento de rotação da roda, ou da correia, é transferido para o eixo do dínamo, onde um ímã se encontra fixo e gira em torno de uma bobina. Devido a esse movimento ocorre a variação do campo magnético no ímã, surgindo então, uma corrente elétrica no conjunto de espiras da bobina. Esta corrente elétrica é utilizada para acender o farol do bicicleta, ou qualquer led que seja instalado no circuito.
Este mecanismo funciona de acordo com o princípio de conservação de energia, ou seja, parte da energia utilizada para girar a roda da bicicleta é transformada em energia elétrica através da indução magnética.
Materiais utilizados:
Dínamo com farol e suportes para instalação em uma bicicleta;
Bicicleta pequena;
Madeira em MDF para fazer uma base;
Parafusos; e
Tinta para pintura da bicicleta.
Processo de montagem da bicicleta com o dínamo gerador:
Roteirodo experimento:
Instalaremos um Dínamo em uma bicicleta montada e através do princípio de transformação de energia e da da geração de corrente elétrica por indução eletromagnética (Lei de Faraday), faremos acender um farol na bicicleta comprovando a produção de corrente elétrica; e
Mediremos a corrente produzida através de um multímetro na função de amperímetro.
Dados coletados:
Tensão da corrente produzida: aproximadamente 12 V.
Análise dos resultados:
Através do experimento presenciamos duas leis da física: uma referente a Lei de conservação de energia e a outra referente a Lei de Faraday. Portanto, observamos a energia mecânica sendo transformada em energia elétrica através de um dínamo de bicicleta, que se baseia na indução eletromagnética (variação de fluxo magnético) para gerar corrente em um condutor.
Bibliografia:
http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2007/AlecioC_Mauro_RP_anexos.pdf
http://www.seara.ufc.br/folclore/folclore117.htm
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/campo_corrente/exper_oersted/
http://www.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Lei_inducao_de_Faraday.pdf
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. v. 3. 5. ed. Rio de Janeiro, RJ 2006.
http://finslab.com/enciclopedia/letra-d/dinamo.php
William H. Hayt, Jr. & John A.Buck - Eletromagnetismo – 6 edição