FREIOS MAGNÉTICOS (Achei bastante interessante pode ser que ajude)

Prévia do material em texto

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
Projeto de Pesquisa da Primeira Série
Série: Primeira Curso: Eletrotécnica
Turma: 2123 Sala: 234
Início: 02 de junho de 2009 Entrega: 17 de julho de 2009 
Aluno: César Augusto Schiling (04) Aluno:Fernanda de F. de Lima (10)
Aluno: Djeison da Rosa Brauner (06)Aluno: Pamella Fiúza Freitas (22)
Orientador: Prof. Marco Weschenfelder Co-orientador: Prof. Nára Medeiros
FREIO MAGNÉTICO
1 DELINEAMENTO
1.1 Introdução
Neste inicio de ano letivo, fomos surpreendidos com uma matéria nova na grade 
escolar, projetos, que nos trouxe como desafio, visitarmos o MCT-PUC e escolhermos entre 
tantas experiências, 3 para ser avaliados pelo orientador da pesquisa, e um deles será posto em 
pratica. Dentre tantos outros trabalhos expostos no mesmo (MCT), escolhemos, apos 
avaliação dos componentes do grupo fora escolhido, portanto para ser realizado o Freio 
Magnético. 
A escolha foi feita a partir de grandes duvidas do mesmo assunto pelos integrantes do 
grupo e por ser muito interessante para previamente nos aprofundarmos nesta matéria. O 
projeto visa à construção de um freio eletromagnético com peças reaproveitadas, onde 
demonstraremos o funcionamento do aparelho e sua precisão. Junto com os conhecimentos 
que ganharemos sobre a Lei Foucault que visa: quando um corpo metálico oscila, cruzando o 
entreferro de um ímã ou eletroímã, ocorre uma variação de fluxo através dele, ocasionado por 
uma variação de área. Essa variação de fluxo magnético induz uma f.e.m. (força eletromotriz) 
no corpo, que determina, por sua vez, o aparecimento de uma corrente elétrica em sua massa. 
Essa corrente induzida gera um novo campo magnético que se opõe ao campo magnético 
indutor (lei de Lenz).
1.2 Proposta
Materiais como alumínio e cobre não são atraídos por imãs. Portanto, em 
um freio magnético, como pode ser possível que uma placa de alumínio, solta entre dois 
campos magnéticos, pare depois de certo tempo? O fato deste tipo de material não ser 
atraído por imãs não quer dizer que não possa haver nenhuma outra forma de interação 
entre estes. As cargas elétricas presentes na placa de alumínio, em movimento relativo ao 
campo magnético estão sujeitas as forças magnéticas, também chamadas de força de 
Lorentz, fazendo com que as cargas tenham um movimento perperdicular ao campo 
magnético que estão atravessando. Este movimento é responsável por gerar uma corrente 
induzida (correntes de Foucault) tal que os pólos magnéticos destas têm sentido oposto à 
variação de fluxo magnético que as gerou, conforme a Lei de Lenz. Por este motivo, a 
placa pára depois de certo tempo. O freio magnético é utilizado desde simples objetos, 
como as carretilhas de pesca, até na frenagem de trens.
1.3 Justificativa(s)
Os freios são materiais associados à rotação quase sempre com fricção, assim o freio 
magnético se sobrepõe aos freios mais simples pela sua precisão e inovação de técnica. Pode-
se observar que, quando uma chapa oscila no interior do campo magnético gerado pelos ímãs, 
seu tempo de amortecimento é muito menor do que quando está fora desse campo. Verifica-
se, portanto, o efeito de freio das correntes de Foucault. A forma de oscilar da chapa de 
alumínio que constitui o pêndulo é tal que o plano da chapa permanece sempre paralelo ao 
plano de oscilação do pêndulo. E assim podemos concluir que este método tem alta 
resistência, e a maior vantagem é a alta precisão que o Freio Magnético permite.
1.4 Problema
Seria possível desenvolver um freio magnético de uso didático no qual fosse possível 
demonstrar os efeitos eletromagnéticos envolvidos?
1.5 Hipótese(s)
Através da construção do material didático demonstrativo seria possível demonstrar os 
efeitos eletromagnéticos envolvidos.
1.6 Objetivo
Construiremos um Freio Eletromagnético, capaz de demonstrar os efeitos que ocorrem 
quando uma placa metálica fica entre dois imãs.
1.6.1 Critérios do projeto
O Freio Magnético apresenta uma precisão superior do que os convencionais, também 
gerando uma corrente induzida, conhecida como Corrente de Foucault.
2 CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA
Após uma pesquisa sobre freios magnéticos, fora constatado pelo grupo que os freios 
magnéticos têm uma ampla capacidade de frenagem, pois tem uma capacidade magnética 
(também chamada de força de Lorentz) precisa, esse fator ajuda muito na segurança e a 
durabilidade, assim demonstraremos então a precisão que ele exerce sobre qualquer objeto 
metálico em velocidade.
 O nosso projeto nos capacitou então demonstrar estudos e bases cientificas contidos no 
caderno de campo e amplamente com uma pequena demonstração da enorme capacidade do 
freio modificando-se assim das pesquisas comuns, a nossa se diferencia no fator visual do 
projeto sendo demonstrado com material didático, os efeitos que ocorrem, quando uma placa 
oscila entre dois imas.
2.1 Contextualização histórica
Os Freios Magnéticos inicialmente foram utilizados para facilitar as frenagens em 
geral principalmente de trens sendo uma inovação tecnológica, isto após estudos sobre Lei de 
Faraday e Lenz, assim sendo formulados com bases de eletromagnetismo. O trabalho 
propunha uma melhor segurança e substituição na área de freios assim evitando vários 
acidentes. Ao longo do tempo fora implantado também em carretilhas de pesca sendo uma 
novidade com o menor peso, grande capacidade de tração e o grande melhoramento seria a 
enorme capacidade e desempenho no arremesso. O freio também já foi introduzido na 
bicicleta ergométrica utilizada para exercícios físicos, nos grandes guindastes, e inclusive já 
foi criada uma patente onde o freio magnético é utilizado em cadeiras de roda para os 
deficientes terem melhor acesso, pois o mesmo possui um controle de torque preciso com 
rampas de aceleração e desaceleração suaves. O atrito nessas embreagens é muito baixo, 
evitando o aquecimento da embreagem e conseqüentemente aumentando a vida útil. (FONTE)
2.2 Contextualização geográfica
O fato mais marcante nos últimos tempos, com a aplicação do Freio magnético, fora 
nos trens, assim, os veículos podem alcançar altas velocidades, e o freio garantir alta precisão 
e também uma manutenção mais barata. Freio Magnético teve maior pesquisa entre os 
japoneses, americanos, entre outros. (Fonte: Site G1)
2.3 Contextualização teórica
A primeira referência conhecida sobre magnetismo foi a de Tales de Mileto. Oersted, 
Maxwell e Foucault foram grandes pesquisadores do magnetismo, durante muito tempo a 
magnetização esteve restrita somente a imãs. Michael Faraday, Joseph Henry e Amperé foram 
outros nomes muito importantes na descoberta do magnetismo, em si sobre a descoberta do 
freio magnético não foram encontrados dados precisos até o presente momento. No mundo os 
países que mais utilizam essa técnica do Freio Magnético são: Estados Unidos, Japão e 
Europa. Assim como em todo o mundo nos trens. No Brasil é muito utilizado na carretilha de 
pesca principalmente no Sul e no Sudeste.
2.4 Contextualização tecnológica
O Freio magnético relacionou-se principalmente com a segurança, é amplamente 
utilizado em frenagens de trens por ter enorme precisão, estrutura compacta, baixo ruído, alta 
freqüência de trabalho como vida útil, é uma modernidade industrial da automatização, 
manutenção barata. Porém pode haver também um pequeno aquecimento se utilizado por um 
longo tempo, assim o desenvolvimento de um protótipo que gere um nível muito baixo de 
atrito reduziria o tal aquecimento da embreagem.
3 FUNDAMENTAÇÃOTEÓRICA
Dentre muitos fatores os mais importantes no projeto são magnetismo, indução, fluxo 
magnético, corrente de Foucault, campo magnético e principalmente o imã utilizado.
O estudo desses fatores nos dará o pleno apoio para futuramente por em prática então 
o projeto, pois sem esses fatores não seria possível o funcionamento do Freio Magnético.
3.1 Magnetismo
Magnetismo é o fenômeno físico que consiste nas forças de atração e repulsão 
exercidas por certos metais, como o ferro doce, o cobalto e o níquel, devido à presença de 
cargas elétricas em movimento. Dá-se também esse nome a disciplina da física que estuda a 
origem e as manifestações de tais fenômenos magnéticos.
3.2 Imãs
Os imãs sempre têm dois pólos, o norte e o sul, eles se atraem, e pólos iguais se 
repelem. O imã mais comum é o de aço, que é o ferro misturado com o carbono. O aço forma 
um imã permanente, os imãs mais fortes que se consegue fazer são de uma cerâmica chamada 
ferrite são utilizados em alto-falantes de som.
A terra constitui-se em um gigantesco imã. Todos os imãs da Terra são atraídos pelos 
pólos norte e sul do imã terrestre. Essa força é muito pequena e não sentimos quando 
seguramos um imã na mão. No entanto, se um imã estiver colocado numa situação em que 
gira com facilidade ele irá apontar para os pólos magnéticos sul e norte terrestre, é o principio 
do funcionamento da bússola. 
3.3 Fluxo Magnético
O fluxo magnético (Ф) é o conjunto de linhas de força que saem do pólo norte de um 
imã ou que entram pelo seu pólo sul constituem o fluxo magnético. 
3.4 Indução Magnética
É o fenômeno pelo qual um corpo se imanta quando é colocado perto de um imã já 
existente. O corpo que se imanta por indução é chamado de induzido. Chama-se material 
magnético de que é feito o induzido, podem acontecer dois casos de acordo com os pólos 
induzidos.
No 1º caso se o material for de ferro, alumínio ou chumbo, inverte-se os pólos.
No 2º caso se o material for cobre, ou grafite, a intensidade de imantação do induzido 
tem sentido oposto do campo induzido
3.5 Campo Magnético
É uma região do espaço onde se manifesta o magnetismo, através das chamadas ações 
magnéticas. Essas ações verificam-se a distância e apenas algumas substâncias são 
influenciadas pelo campo magnético. Por exemplo, o cobre não tem propriedades magnéticas. 
Pelo contrário, os materiais ferrosos são fortemente variados. As substâncias que tem 
prioridades magnéticas chamam-se ferromagnéticas.
3.6 Corrente de Foucault
Recebe esse nome também de “correntes parasitas” as correntes elétricas que 
aparecem em massas metálicas, como conseqüência da variação do fluxo que as atravessa. Em 
outros idiomas, tais correntes elétricas equivalentes a corrente redemoinho ou turbilhonares.
Estas correntes, antajosas em alguns casos, são nocivas em muitos outros, pois podem 
acarretar grandes dissipações de energia e, sobre tudo, pois elevam a temperatura das peças 
metálicas ocasionando, por vezes, a distribuição de partes de aparelhos. A razão disso, é que 
na intensidade alta, devido ao fato que a resistência ôhmica dessas massas metálicas é 
pequena.
O efeito Joule incumbe-se de propiciar uma grande elevação da temperatura. Essas 
correntes podem ser evidenciadas por seus efeitos.
4 METODOLOGIA
Com base no projeto em si, conseguiremos construir um protótipo com fundamentos 
básicos do eletromagnetismo para uso didático, assim como demonstraremos as forças que 
atuam sobre o mesmo. Citaremos também os possíveis contratempos do projeto como o 
aquecimento que pode ocorrer se o freio magnético fora utilizado durante um longo tempo. 
Concluindo nosso projeto de uma forma que consigamos passar o mesmo conhecimento 
adquirido durante a pesquisa para fins didáticos. 
4.1 Proposta de solução
 O experimento será construído com materiais reaproveitáveis, como, quadro de 
bicicleta, imas de alto-falante, etc. Elaboramos um material didático para demonstrar a força 
exercida quando uma placa de alumínio oscila entre os corpos, chama-se corrente de Foucault.
Através de pesquisas feitas em livros e internet, esclareceremos as possíveis 
duvidas de todos, e demonstraremos suas principais características.
4.2 Orçamento
O grupo decidiu fazer um projeto com a maioria dos materiais de origem reciclada, ou 
seja, uma grande porcentagem do nosso trabalho é de materiais já utilizados e que foram 
descartados e tirados de uso, que após nós reciclamos tendo como base os mesmos materiais 
da pesquisa. O que poderá ser adquirido na conclusão do protótipo será o disco de metal, e o 
auxilio de um soldador. 
Tabela 1.Orçamento de materiais para execução do projeto.
Material
Orçamentos
Loja A Loja B Loja C
Melhor 
Preço Custo
Aro de bicicleta - - - - Doação
Imãs - - - - Doação
Disco de metal 70,00 - - - 70,00
Total 70,00
Tabela 2.Orçamento de serviços para execução do projeto.
Atividade
Pesquisadores
A B C D Terceiros Custo
Soldagem 7,00 12,00 10,00 - - 7,00
Total 7,00
4.3 Cronograma
Nosso cronograma explica cada período que realizamos ou futuramente realizaremos 
os possíveis eventos para a conclusão final do projeto, temos como objetivo ao fazer a tabela 
uma organização maior e futuramente explicativa para eventuais fins didáticos.
Tabela 3.Previsão de prazos para execução das atividades do projeto.
Atividade
Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
Inicio do caderno de campo. x 
Escolha de um grupo contendo 
4 (quatro) componentes.
 x
Visita ao museu da PUC. x
Escolha do projeto. x
Início do projeto de pesquisa. x
Delineamento do projeto. x
Busca de materiais do 
protótipo.
 x 
Delineamento para iniciação 
do conteúdo do projeto.
 x
Contextualização do projeto. x 
Fundamentação teórica. x
Elaboração de uma 
apresentação.
 x
Encontro no recesso das aulas 
para montar o protótipo.
 x
Finalização do projeto de 
pesquisa.
 x
Finalização do protótipo. x
Iniciação dos ensaios para 
apresentação.
 x
Apresentação Oral. x
Entrega do caderno de campo. x
BIBLIOGRAFIA
NICOLAU, Toledo Ramalho. Os Fundamentos da Física 3 - Eletricidade. Cidade:São Paulo 
Moderna, 1988. 
 Bobina. http://www.fis.unb.br/gefis/exper/prolego/eletro/freiomag.htm, 24 de junho de 2009.
	1Delineamento
	1.1Introdução
	1.2Proposta
	1.3Justificativa(s)
	1.4Problema
	1.5Hipótese(s)
	1.6Objetivo
	1.6.1Critérios do projeto
	2Contextualização da pesquisa
	2.1Contextualização histórica
	2.2Contextualização geográfica
	2.3Contextualização teórica
	2.4Contextualização tecnológica
	3Fundamentação teórica
	3.1Magnetismo
	3.2Imãs
	3.3Fluxo Magnético
	3.4Indução Magnética
	3.5Campo Magnético
	3.6Corrente de Foucault
	4Metodologia
	4.1Proposta de solução
	4.2Orçamento
	4.3Cronograma
	Bibliografia