Motor de corrente contínua – comutador, F = BIL, torque e força contraeletromotriz
FísicaCampos elétricos e magnéticosIdades 17–18
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Entre para usarUma bobina de N espiras gira entre dois polos magnéticos e é alimentada por um comutador de anel partido e escovas. Mude a corrente, o campo magnético, o número de espiras, a área da bobina e a carga para ver a força em cada lado, o torque τ = NBIA·cosθ, a velocidade e por que o comutador precisa inverter a corrente a cada meia volta. Inclui uma vista ao longo do eixo, a regra da mão esquerda, gráficos do torque em função do ângulo e da velocidade e da corrente em função do tempo, uma fonte de tensão com força contraeletromotriz, uma comparação com os anéis coletores de um gerador de corrente alternada e uma tabela de resultados.
Aula: O motor de corrente contínua: força sobre uma bobina com corrente, binário e torque, comutador e escovas, força contraeletromotriz
O que mostra
Um fio com corrente dentro de um campo magnético sofre uma força F = BIL perpendicular ao campo e à corrente (efeito motor; o sentido é dado pela regra da mão esquerda). Numa bobina, as forças nos dois lados longos são iguais e opostas e formam um binário com torque τ = NBIA·cosθ, em que θ é o ângulo entre o plano da bobina e o campo. O comutador de anel partido inverte a corrente a cada meia volta para que o torque mantenha o sentido. Com uma fonte de tensão, a bobina em rotação induz uma força contraeletromotriz que reduz a corrente quando a velocidade aumenta.
Como usar
Clique em Iniciar e observe a bobina. Mude Corrente I, Campo magnético B, Espiras N, Área da bobina A e Torque da carga, espere a velocidade ficar estável e clique em Registrar para montar a tabela. Experimente Inverter corrente e Inverter polos. Mude Comutador para Anéis coletores, ou Fonte para Tensão (com fcem). Arraste a bobina na vista do eixo, use Empurrar no ponto morto e escolha o Gráfico.
Parâmetros que você pode mudar
- Fonte de alimentação Fonte de corrente constante, Fonte de tensão (com fcem)
- Corrente I 0–3 A
- Tensão da fonte V 0–12 V
- Comutador Comutador de anel partido, Anéis coletores
- Densidade de fluxo magnético B 0,05–0,4 T
- Número de espiras N 10–100
- Área da bobina A 4–25 cm²
- Torque da carga 0–20 mN·m
- Inverter a corrente
- Inverter os polos do ímã
- Ângulo inicial θ entre o plano da bobina e B 0–180 °
- Câmera lenta Não (velocidade real), 10 vezes mais lento, 50 vezes mais lento, 200 vezes mais lento
- Mostrar forças
- Mostrar a regra da mão esquerda
- Gráfico Torque em função do ângulo, Velocidade em função do tempo, Corrente em função do tempo
Perguntas para explorar
- Por que o torque fica nulo quando o plano da bobina forma 90° com o campo magnético?
- O que acontece com a bobina se o comutador de anel partido for trocado por anéis coletores, e por quê?
- Com uma fonte de tensão, por que a corrente é máxima quando o motor está travado?
