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Motores elétricos (parte 2)

Neste vídeo, mostramos que um comutador pode ser usado para manter o laço de arame em rotação no campo magnético. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA1JV Onde eu parei no último vídeo? Vimos que se tivéssemos um campo magnético vindo da direita, e se tivéssemos essa espira, isso se chama circuito, e ele está conduzindo uma corrente que está vindo nessa direção. Você pode imaginar prótons positivos, embora saibamos que os elétrons vão na outra direção, mas a corrente está entrando nessa direção e saindo nessa direção. Nós descobrimos, usando a regra da mão direita e apenas essa fórmula, que a força resultante do campo magnético vindo nessa direção sobre esse braço, fio ou circuito, é resultante para dentro da tela. E sobre esse braço, ela era resultante para fora da tela. E assim, ela forneceu um torque resultante nesse circuito, ou, como eu disse no último vídeo, um clipe de papel e onde essa linha pontilhada é o eixo de rotação. E é assim que eu mostrei que ela iria girar, onde o campo magnético está essencialmente empurrando para cima no lado direito e empurrando para baixo no lado esquerdo. Ele não tem nenhum efeito aqui na parte superior ou inferior. Por isso, ele giraria nessa direção, assim que ele se parecia depois de girar um pouco. E toda a razão por que eu fiz isso, eu disse: "Esse braço que é a mesma coisa que esse braço, a força resultante ainda é para cima fora da nossa tela". Mas essa direção para cima, agora, não vai estar completamente perpendicular à distância braço da força, agora, a distância braço da força está vindo como em um ângulo para fora da página. Somente um pouco dessa força resultante externa para o campo magnético vai estar perpendicular ao braço da força, assim, o torque sobre ela será menor, mas ainda vai ser torque nessa mesma direção, saindo da página e entrando na página à esquerda. O mesmo vale para o lado esquerdo, e você percorre todo o caminho até o ponto em que a bobina está realmente na vertical, onde esse lado, esse lado bem aqui está no topo e esse lado está no fundo abaixo do plano de sua tela de vídeo. Nesse ponto, o torque, na verdade, não existe torque resultante, E por que isso? Porque nessa parte de cima, quando ele está apontando diretamente para fora, para você, quando ele está bem aqui, o campo magnético, a força dele, a força que está afetando o circuito, está empurrando direto para cima. Portanto, não há mais nenhum torque resultante, porque a força está empurrando direto para cima e essa distância braço de força vezes distância, agora, também está apontando direto para cima. O torque também é um produto vetorial, de modo que você realmente se preocupa com as forças perpendiculares, ali, nesse ponto vertical, não existe torque resultante. O mesmo vale para a parte inferior do circuito porque, na parte inferior, a força do campo vai ser descendente, que é paralelo com a distância braço da força. E eu disse: "Talvez exista um pouco de momento angular que também mantém esse objeto em rotação". Ele irá girar para, agora que fica interessante, vou desenhar perfeitamente, em seguida, ele vai girar até esse ponto. Mais uma vez, eu quero ter a perspectiva, ele vai girar aqui. Deixe-me apenas ter certeza que eu tenho ele todo, então aqui ele estava girando nessa direção, nessa direção. Então, aqui ele estava girando nessa direção e nessa direção. Depois, talvez aqui, não existe mais nenhum torque sobre ele, mas ele ainda pode, na parte superior, se mover para a esquerda, na parte inferior, se mover para a direita, até certo ponto, então, ele vai entrar nessa configuração onde este lado está, e assim neste momento ele girou mais 90 graus. Essa borda, agora, é essa borda. Ele tinha girado daqui, até, ele ainda está apontando para fora da tela. Se essa borda é a mesma direção que essa borda, agora, a direção da corrente vai ficar assim, porque essa borda girou para baixo. Ele girou dessa posição até voltar para essa posição, então, a corrente está vindo, deixe-me ter certeza, deixe-me desenhar isso direito, a corrente está vindo assim, subindo daqui para a direita, assim. A corrente neste lado esquerdo, embora fosse o lado direito anterior, ele ainda está indo nessa direção para cima. Então, quando você pegar o produto vetorial, qual vai ser o campo magnético resultante sobre isso? Ou a força do campo magnético. Você usa a mesma regra da mão direita, aponte seu indicador para cima, coloque seu dedo médio na direção do campo magnético, essa é a palma da mão, esses são os seus outros dois dedos. Deixe-me desenhar as unhas, elas são unhas pintadas. Não que sejam as minhas. O seu polegar aponta para cima, nesse lado da bobina, nós ainda temos uma força para cima. E se você aplicar o produto vetorial, ou usar a regra da mão direita na parte inferior ou no lado de trás. Se você puder imaginar, você ainda vai ter uma força resultante para baixo. Agora, de repente, você poderia imaginar, a coisa tinha girado, então, ela tinha girado da maneira que eu desenhei aqui, onde ela pula para fora deste lado, e entra neste lado. Ela já tinha feito todo o caminho até o ponto onde nós tínhamos girado mais 90 graus. Mas agora, de repente, a força resultante através do campo magnético ia inverter, porque o lado que tem uma corrente indo pra cima, agora, é o lado esquerdo. A força do campo magnético sai desse lado e você vai querer girar na direção oposta. Esperamos que isso faça sentido, apenas pense no que acontece. Visualize essa bobina girando, o que essencialmente vai acontecer é que você vai girar como eu fiz aqui em cima. Talvez, quando você chegar a esse nível, você vai ter um pouco de momento angular que vai mantê-la girando, ou inércia de rotação que vai mantê-la girando até que você esteja em algo como essa configuração. Talvez você vá percorrer todo o caminho de volta até essa configuração onde é, essencialmente, uma volta completa de 180 graus. Já que nesse lado, a corrente irá para cima e nesse lado a corrente está indo para baixo, porque você essencialmente inverteu essa coisa, o efeito do campo magnético vai dizer: "Para cima na esquerda, para baixo na direita". Então, ela vai virar para o outro lado. Se pensar nisso, vai continuar oscilando, deixe-me desenhar isso aqui, eu não quero desenhar isso a partir desse ângulo porque eu não quero confundir você. Nós temos um problema, se quiséssemos transformar isso em algum tipo de motor elétrico e mantê-los girando, teríamos que inverter a corrente uma vez que você entrar nessa configuração. Ou desligar o campo magnético, ou talvez você pudesse inverter o campo magnético para fazê-los girar na outra direção. Na verdade, você teria um outro problema, que é um problema ligeiramente menor. Se esse fosse um circuito e você continuasse virando o circuito repetidas vezes, os fios ficariam torcidos aqui, então, você não poderia fazer isso indefinidamente. Portanto, a solução aqui é algo chamado comutador, deixe-me desenhar um comutador. Eu tenho o mesmo circuito, que agora eu desenhei mais bagunçado, mas ele tem esses dois terminais. Ele tem esses terminais e essencialmente se curvam, você poderia imaginá-los curvando para fora da página, então, temos um circuito, e você poderia imaginar terminais aqui também. E essa coisa redonda e esta estão se tocando o tempo todo, portanto, corrente poderia passar por ela, isso é positivo e isso é negativo. Aqui em cima no circuito, a corrente sempre vai fluir nessa direção, ela sempre vai fluir nessa direção, ela vai fluir sempre para cima e desse jeito. Agora, quando você está nessa configuração, o que vai acontecer? A corrente vai fluir por aqui, essa vai ser "I" e essa vai ser "I". Quando você fizer a regra da mão direita, nós temos o mesmo campo magnético, eu não mudei o campo magnético a partir da esquerda. Assim como fizemos antes de eu limpar a tela, você usa a regra da mão direita e você descobrirá que a força resultante do campo magnético vai estar para cima aqui e para baixo aqui. E é isso que vai criar esse torque resultante, e você vai girar essa parte, assim, essa parte dessa engenhoca vai girar. Talvez, você possa imaginar que exista um pequeno pólo ali, talvez seja um pólo não condutor de modo que nenhum dele está conectado a um eixo em algum lugar. Você pode girar ao longo desse eixo, então, a força do campo magnético vai criar um torque. Nós vamos girar para cima nesse lado, para cima fora da página nesse lado e para dentro da página nesse lado. Depois, por trás da página e, em seguida, de volta para fora da página. Isso é o que torque resultante seria, então, nós o conseguiríamos, ele iria continuar fazendo isso, até chegar à configuração vertical. Na configuração vertical, o circuito na parte superior permanece exatamente o mesmo. Estou fazendo o melhor para desenhar isso corretamente. Na configuração vertical, uma de duas coisas podem acontecer, provavelmente, a melhor coisa é que realmente perdemos contato com os dois terminais. Talvez a corrente real parasse de fluir quando estamos na configuração vertical, eu vou fazer isso na mesma cor. Então, quando estamos na vertical, vemos apenas a parte de cima, vemos isso. Vemos que ele pula para fora um pouco, então, vemos esse braço ali, vemos esse pólo que talvez esteja segurando, que está ajudando a girá-lo, mas ainda estamos tendo alguma coisa. Você sabe, a corrente cessou, portanto, não vai existir torque, nenhuma força através do campo magnético, porque perdemos contato nesse ponto, pois essas coisas apontam para fora. Espero que você tenha conseguido visualizar como construir uma dessas coisas, ainda estamos girando nessa direção por causa de algum tipo de inércia rotacional. Esta que é a parte interessante. O que acontece quando nós giramos mais de 90 graus? Eu acabei de perceber que estou passando dos 10 minutos, então, você pode pensar sobre isso um pouco enquanto eu paro por aqui e continuo isso no próximo vídeo. Vejo você lá!