INSTITUTO EDUCACIONAL SÃO JOÃO DA ESCÓCIA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA LEVITADOR MAGNÉTICO

INSTITUTO EDUCACIONAL SÃO JOÃO DA ESCÓCIA

CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA

FELIPE DE PAULA CUSTÓDIO LUCIANO DE ALMEIDA SÁBINO

THIAGO LOPES DE OLIVEIRA VINÍCIUS MANOEL GARCIA CÃNDIDO

LEVITADOR MAGNÉTICO

Poços de Caldas-MG 2017

FELIPE DE PAULA CUSTÓDIO LUCIANO DE ALMEIDA SÁBINO

THIAGO LOPES DE OLIVEIRA VINÍCIUS MANOEL GARCIA CÃNDIDO

LEVITADOR MAGNÉTICO

Trabalho apresentado na mostra 2017 do Curso Técnico em Eletrônica do Instituto Educacional São João da Escócia, sob orientação do professor Júlio Silva.

Poços de Caldas – MG 2017

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter nos dado saúde e força para superar as dificuldades.

A esta instituição, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a janela que hoje vislumbro com esse trabalho, eivado pela acendrada confiança no mérito e ética aqui presentes.

Ao nosso orientador Júlio Silva, pelo suporte no pouco tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos.

Aos nossos pais, pelo amor, incentivo e apoio incondicional.

E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte do incentivo para criação deste trabalho, o nosso muito obrigado

Dedicamos

Aos nosso país pela força e incentivo na luta diária;

Aos professores pela dedicação e empenho no processo de ensino e aprendizagem;

“Nem todos que tentaram conseguiram, mas todos que conseguiram tentaram”. Padre, Johny

Sumário

1 Fundamentação teórica ... 9 2 DIAMAGNETISMO ... 10 2.1 Lei De Lenz... 10 2.2 Lei De Faraday ... 12 2.3 Levitação Magneti ... 12 3 TIPOS DE LEVITAÇÃO ... 13

3.1 Levitação Eletrodinamica Por Repulsão Eletromagnética ... 13

3.2 Levitação Eletromagnetica Ou Por Atração Magnetica ... 14

3.3 Levitação Super Condutora ... 15

4 APLICAÇÕES DE LEVITAÇÃO MAGNETICA ... 15

4.1 Transporte Revolucionário ... 15 4.2 Cabine De Comando ... 15 4.3 Trilhos Magnéticos ... 16 4.4 Chassi Inferior ... 16 4.5 Ímãs De Direção ... 16 4.6 Ímãs De Levitação ... 16 4.7 Bobina De Cabos ... 16

5 FUNCIONAMENTO DE UM LEVITADOR MAGNETICO ... 17

5.1 Layout... 18

Sumário De Ilustrações

(FIGURA 1) ...10 (FIGURA 2) ...11 (FIGURA 3) ...12 (FIGURA 4) ...14 (FIGURA 5) ...14 (FIGURA 6) ...15 (FIGURA 7) ...18

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Provavelmente o interesse da humanidade pelo magnetismo tenha começado há milhares de anos, quando o homem conheceu o poder dos ímãs sobre certos materiais. De lá para cá, vários novos fenômenos foram descobertos, explicados e muitos se transformaram em equipamentos como no meio de transportes e geradores de energia entre outros, que tornaram nossa vida muito mais cômoda.

O grande objetivo desse trabalho é apresentar um estudo sobre essas tecnologias que possibilitam a levitação de um corpo através de aplicações magnéticas. Nesse trabalho iremos demostrar o funcionamento de um levitador magnético construído através de um eletroímã caseiro com pregos, demostrando como é possível levitar objetos ferromagnéticos usando o magnetismo, mesmo que sua força seja somente atrativa nestes materiais. Também iremos apresentar algumas teorias de grandes estudiosos que contribuíram com esse fenômeno. Algumas formas de se obter esse fenômeno também será citada para melhor compreensão

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1 Fundamentação teórica

Após análise de algumas pedras encontradas na região de Magnésia na Grécia surgiram as primeiras descobertas feitas por Tales de mileto no século V a.C. O experimento cientifico aconteceu por volta de 1600, quando Willian Gilbert esfregou, esfregou um pedaço de Âmbar (resina fóssil de origem vegetal) com a pele de um animal podiam ver que que aquilo atraia pequenos pedaços de papel.

Já Gilbert associou esse comportamento ao do ímãs. Criou o VERSORIUM (uma fina vareta que se move sobre um base quando se coloca perto da mesma um objeto eletrificado pelo atrito), para que ele conseguisse provar que existe uma força provocada por um campo magnético.

Já Michael Faraday (Newington, Surrey 22 de setembro 1791, 25 de agosto de 1867 ) foi um físico químico inglês considerado um dos cientistas mas influente de todos os tempos ,concluiu que eletricidade e magnetismo fazem parte do mesmo fenômeno pois ele foi capaz de utilizar os experimentos citados acima, de usar essa energia para algumas finalidades ,assim concluiu que sem o magnetismo não haveria nem luz nem universo pois o eletromagnetismo (magnetismo) é uma das quatro força que reagem o nosso universo.

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2 DIAMAGNETISMO

O diamagnetismo é um tipo de magnetismo característica de materiais que se alinham em um campo magnético não uniforme e tem como efeito diminuir o modulo do campo magnético no interior do material, onde localizamos alguns elementos.

Em quase todos os compostos exibem magnetismo negativo, ou seja todas as substâncias são diamagnéticas, e um forte campo magnético externo pode tanto quanto acelerar como desacelerar os elétrons de átomos isso é uma forma de oposição a ação de um campo externo de total acordo com a lei de LENZ no qual afirma que “a corrente induzida em um círculo aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético através da espira pode ser observado em substância com sua estrutura eletrônica simétrica e sem momento magnético permanente e não é alternada por variação da temperatura em alguns materiais”.

O diamagnetismo e chamado de paramagnetismo por ser atraído por uma fraca atração magnética ou uma forte atração chamado de ferromagnetismo.

Esquema (FIGURA 1) simplificado do sistema diamagnetismo / paramagnetism

2.1 Lei De Lenz

Heinrinch Friedrich Lenz, um físico russo criou uma regra chamada Lei de Lenz que serve para determinar qual o sentindo o sentido da corrente que percorre uma espira a partir de resultados experimentais, a corrente induzida tem sentido

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oposto ao sentido da variação do campo magnético que a gera. Se houver diminuição do fluxo magnético, a corrente magnética irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo. Já se houver aumento do fluxo magnético a corrente magnética irá criar um campo magnético com sentido oposto ao sentido do fluxo.

Usando uma espira posta no plano de uma página e a submetermos a um fluxo magnético que tem direção perpendicular a pagina com entrada do sentido da folha. Se a corrente for positiva ou seja, se o fluxo magnético aumentar, a corrente induzida terá sentido anti-horário. Se a corrente for negativa ou seja, se o fluxo magnético diminuir, a corrente induzida terá sentido horário.

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2.2 Lei De Faraday

Michael Faraday, físico, químico, britânico, mostrou que a variação em um fluxo

magnético através de uma espira fechada produz uma corrente elétrica na mesma, fenômeno que se denomina indução ,a força eletro motriz que é induzida em tal espira é a mesma que a variação do fluxo magnético através do mesma. Em princípio reage ao funcionamento das turbinas geradoras de energia elétrica.

(FIGURA 3) Lei geral de Faraday

2.3 Levitação Magneti

Utiliza os princípios da corrente Foulcaut, ou correntes parasitas (é o nome dado a corrente induzida em um material condutor, relativamente grande quando sujeito a um fluxo magnético variável.) que gera força e o campo magnético necessário para a levitação. Também necessita um campo magnético com características especiais e intensidade relativa bem alta para se obter levitação.

Dimagnetismo é levitação estável de uns materiais que se baseiam em uma propriedade que todos materiais possuem sendo que todos materiais são formados por átomos, esse possuem entorno de seu núcleo elétrons em movimento, quando se coloca um átomo em um campo magnético, os elétrons alteram seus movimentos em torno de um núcleo, opondo - se a influência externa criando seu próprio campo magnético.

Assim cada átomo funciona como um pequeno imã, com direção oposta ao campo magnético externo. Os polos iguais do ímã, ao tentar se aproximar eles se

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repelem, o polo positivo do campo externo repele o polos positivo de cada átomo magnetizado, isso quer dizer que quando os capôs são contrários a força de repulsão gerada faz com que o matéria possa levitar no caso do dimagnetismo é muito pequena, é necessário um campo magnético externo muito grande para ocorrer a tão falada levitação.

3 TIPOS DE LEVITAÇÃO

Com a tecnologia que existe no meio da grande população pode se dizer que pode se levitar corpos através de quatro métodos distintos sendo eles:

Levitação eletrodinâmica ou por repulsão eletromagnética (EDL). Levitação eletromagnética ou por atração magnética (EML). Levitação supercondutora.

Levitação por indução magnética (SQL).

3.1 Levitação Eletrodinamica Por Repulsão Eletromagnética

Tecnologia adotada nos trens japoneses, a levitação por repulsão magnética consiste na utilização de bobinas supercondutoras, como a bobina supercondutora tem uma resistência mínima é capaz de gerar um campo magnético provocando o surgimento de uma corrente elétrica induzida em um condutor estas correntes, geram outro campo magnético que se opõem ao campo criado pela bobina. Ambos os campos geram uma força de repulsão capaz de suspender o objetivo.

Segundo João Freitas da Silva (UOL Educação acessado em 17/06/2017) “O condutor que é percorrido por uma corrente elétrica, ser repelido pela bobina pode ser explicado pela força exercida um sobre o outro. Neste caso a interação ocorre á distancia não necessitando de um contato direto entre o condutor e a bobina. Essa interação é chamado força magnética”.

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corrente elétrica. Esse tipo de levitação também é conhecida como levitação eletrodinâmica.

(FIGURA 4) Ação do campo magnético sobre um determinado condutor

Esse tipo de levitação também e aplicada para a alta velocidade como a força do campo móvel tem que ser, muito alta e poderosa o uso de bobinas supercondutoras e bem más eficaz. A força de levitação cresce com a velocidade tendendo para a saturação.

(FIGURA 5) Princípio da levitação por repulsão magnética. Abaixo do vagão temos a tal bobina supercondutora e os trilhos sendo de material condutor

3.2 Levitação Eletromagnética Ou Por Atração Magnética

Levitação eletromagnética ou EML (ELETROMAGNETIC LEVITATION), nesse tipo de levitação, é possível erguer um corpo ferromagnético pela força de atração que um eletroímã tem.

Quando se pensa em um matéria que esteja em estado de levitação, entende-se que duas forças devem estar agindo sobre ele a primeira sendo a força de peso e a segunda a força magnética, e a atração do eletroímã gerando o

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equilíbrio sendo muito estável com qualquer variação pequena na corrente ou na distância provocará a queda do objeto a ser levitado. A levitação por atração magnética depende muito de como a corrente do eletroímã trabalha e também é conhecida como levitação eletromagnética.

(FIGURA 6) Simplificação do sistema de levitação eletromagnética

3.3 Levitação Super Condutora

Baseia no efeito MEISSNER (É a expulsão de um campo magnético de um supercondutor), que consiste na exclusão do campo magnético do interior de supercondutores, esta solução tecnológica ainda não foi implementada em escala real.

No século X o método pôde ser explorado, com o advento de novos materiais magnéticos e pastilhas supercondutores que operam em altas temperaturas muito mais elevadas que os supercondutores convencionais. Supercondutores de alta temperatura podem ser resfriado com nitrogênio líquido assim os supercondutores convencionais são resfriados com hélio liquido tornando o custo de resfriação muito elevado

4 APLICAÇÕES DE LEVITAÇÃO MAGNETICA

4.1 Transporte Revolucionário

O trem alemão Transrapid levita a 10 milímetros de altura

4.2 Cabine De Comando

Apesar de ter, na frente, uma cabine de comando tripulada, como os trens tradicionais, o maglev não possui uma locomotiva propriamente dita, já que o

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“motor” não fica no trem e sim nos trilhos inteiros. Cada vagão tem seus próprios ímãs e é capaz de levitar sozinho

4.3 Trilhos Magnéticos

O verdadeiro motor do maglev está na linha que ele irá percorrer. Uma bobina de cabos ao longo dos trilhos produz um campo magnético variável que impulsiona o trem a velocidades de até 500 km/h. Para economizar energia, apenas a parte da linha sobre a qual o trem está passando permanece ligada

4.4 Chassi Inferior

Essa estrutura embaixo dos vagões carrega os ímãs responsáveis pela levitação e pela direção do veículo. Apesar de envolver as guias da linha (para evitar descarrilamento), o chassi não toca nelas e fica suspenso no ar, a 10 milímetros de distância

4.5 Ímãs De Direção

Quatro eletroímãs, dois de cada lado do trem, são atraídos para a guia. O resultado é um equilíbrio de forças (seta amarela) que impede o trem de tocar nos trilhos. Nas curvas, a potência dos ímãs é automaticamente ajustada por computadores para que o trem vire suavemente, sem solavancos

4.6 Ímãs De Levitação

Ficam embaixo dos trilhos e apontados para cima, sustentando o trem no ar com sua força magnética (seta verde). São eles que impulsionam o trem para a frente, reagindo às variações na corrente elétrica que passa pela linha.

4.7 Bobina De Cabos

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trilho. A diferença de corrente elétrica entre eles gera o campo magnético que faz o trem avançar (seta vermelha). Para freá-lo, basta inverter a direção desse campo.

5 FUNCIONAMENTO DE UM LEVITADOR MAGNETICO

O levitador magnético (ou posicionador eletromagnético ativo) atua sobre materiais ferromagnéticos em consequência de campos eletromagnéticos. As intensidades dos campos podem ser controladas por meio de um circuito eletrônico que reage a informação da posição relativa do corpo a ser posicionado.

Assim o sistema é reorganizado, apresentando forças capazes de reposicionar e manter o corpo em sua devida posição. O princípio de levitação magnética ativa é utilizado em sistemas de suspensão magnética. Nesses sistemas há um sensor que coleta dados da posição de um objeto de referência, essa informação é analisada por um controlador eletrônico, o qual gera o sinal de correção.

O sinal originado pelo controlador é amplificado e segue à bobina, assim a intensidade do campo eletromagnético pode ser regulada. Para o experimento aqui proposto, um eletroímã é responsável pela levitação do corpo e um sensor de posição é utilizado para a verificação da distância desse corpo até o eletroímã.

A informação coletada pelo sensor serve como parâmetro de entrada para o circuito controlador, o qual emite o sinal necessário ao reposicionamento do objeto flutuante.

Quando o prego – corpo sugerido nesse projeto – impede que a luz infravermelha emitida pelo LED atinja o sensor, o circuito controlador desliga a bobina, como consequência o prego cai sob ação da gravidade. Em contrapartida, quando o sensor é iluminado, o eletroímã é acionado e novamente o prego é atraído em direção à bobina, contra a ação da gravidade. A velocidade de resposta do circuito faz com que, aparentemente, o prego esteja levitando.

A ideia do funcionamento do circuito pode ser explorada da seguinte forma: Coloque uma agulha paralela a bobina, de forma que toque a mesma e deixe o sensor exposto ao LED. A agulha será atraída até a bobina e ficará unida a esta até que se cubra o sensor - com os dedos, por exemplo. Então a agulha cairá.

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5.1 Layout

(FIGURA 6)

5.2 Materiais

 2 barras de alumínio com 30cm de comprimento;  1 JCR4558 (4558 ou equivalente);

 1 IRF540N;

 1 par fotodiodo/fototransistor;

 2 resistores 1/4W 22k (vermelho, vermelho, laranja);  1 resistor 180 R 1W (preto, branco, marrom);

 1 resistor 1/4W 5k6 (verde, azul, laranja);

 1 resistor 4k7 1/4W (violeta, amarelo, vermelho);  1 diodo BA159 (ou equivalente);

 1 Capacitor eletrolítico 4u7 50V;  1 Capacitor eletrolítico 1000u 16V;  Adaptador 12V 3A para notebooks;  1 relé de automóvel (qualquer);  Adesivo de contato instantâneo;  Aparelho de solda e estanho

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Referencias

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAOw4AB/levitacao-magnetica Acesso dia 11 e 10 de Junho de 2017

https://www.google.com.br/amp/www.infoescola.com/fisica/levitacao-magnetica/amp/ Acesso dia 15 de Junho de 2017

https://www.google.com.br/amp/mundoestranho.abril.com.br/tecnologia/como-funcionam-os-trens-que-flutuam-sobre-os-trilhos/amp/

Acesso dia 17 de Junho de 2017

https://www.google.com.br/amp/mundoestranho.abril.com.br/tecnologia/como-funcionam-os-trens-que-flutuam-sobre-os-trilhos/amp/ Acesso dia 10 de Maio 2017