Prof. Luiz Ferraz Netto
Apresentação
A bobina de indução
ou bobina de Ruhmkorff (Técnico alemão, 1803 - 1877) é
um aparelho destinado a produzir baixa intensidade de corrente sob elevada
tensão utilizando, como fonte primária de tensão,
uma simples bateria de duas a quatro pilhas em série. Esse aparelho
embora construído pela primeira vez por Ruhmkorff em 1852, antes
da invenção do transformador, é, todavia, um verdadeiro
transformador de circuito magnético aberto.
Circuito
esquemático
Descrição
a. Núcleo: A bobina
de indução compõe-se de um núcleo
de ferro doce (N), constituído por um feixe de fios daquele material,
isolados entre si, para evitar correntes de Foucault, nascidas por indução,
na massa metálica do núcleo condutor. Esse 'arame' para a
confecção do núcleo é de ferro recozido, número
16, mais mole que os arames comuns. São bastante usados em floricultura
para sustentar arranjos florais e em construção civil. Adquirido
o rolo de 1 kg, corte pedaços de 20 cm de comprimento até
conseguir um feixe cilíndrico de 1 a 1,5 cm de diâmetro. Não
limpe ou lixe esses fios de ferro, pois a camada de oxidação
funcionará como isolante elétrico. Acompanhe as etapas pela
ilustração abaixo.
Envolva as extremidades
com fita plástica isolante e mergulhe o cilindro em verniz para
enrolamento de motores (ou algum outro verniz forte). Após perfeita
secagem (de preferência ao sol ou próximo de potente lâmpada
incandescente), retire as fitas isolantes e introduza o feixe num tubo
de fibra de paredes finas ou, na falta deste, envolva todo o cilindro com
uma camada de cadarço (fita de pano, 100% algodão).
b. Bobinas: Em volta desse
núcleo são enroladas as bobinas do circuito
primário e do circuito secundário,
deixando livre 1,5 cm em cada extremo.
O primário (P) é
constituído de pequeno número de espiras (duas ou três
camadas de espiras juntas e bem apertadas) de fio grosso (fio magnético,
dupla capa de algodão ou, simplesmente, fio de cobre esmaltado com
diâmetro de1mm a 2 mm). Uma boa sugestão(conforme detalharemos
nas variantes da montagem) é colocar como primário dois enrolamentos
independentes, cada um com duas camadas. Nas ligações finais
você poderá ligá-los em série, em paralelo ou
produzir uma derivação central ('center-tape', conforme se
lê em revistas eletrônicas). Esse primário pronto poderá
ser colocado, também, dentro de um tubo de fibra ou PVC, como ilustramos
a seguir. Outra opção é envolver esse enrolamento
primário com duas camadas de cadarço e embeber tudo com verniz
próprio para enrolamentos.
O secundário
(S) é constituído de numerosas espirais de fio fino (fio
de cobre esmaltado, número 37 a 44). Nas grandes bobinas pode se
ter aí cerca de 200 000 espiras, cujo fio atinge centenas de quilômetros.
O coeficiente de transformação (razão entre a tensão
no secundário e no primário) é assim muito elevado,
exigindo cuidados especiais no isolamento das diversas camadas de espiras
do secundário.
Nos bons modelos, esse secundário
é feito com bobinas separadas por fibra (ou carretéis) e
generosa dose de verniz para enrolamento. Parafina quente também
pode ser usada na fase dos enrolamentos. Além do isolamento que
propiciam, fixam as espiras, impedindo-as de vibrar.
Nossa sugestão é
colocar sobre o enrolamento primário (já revestido pelo tubo
de fibra), discos de fibra ou PVC que servirão de separadores para
os enrolamentos distintos, conforme ilustrado acima. Esses secundários
deverão, ao final, ficarem impregnados de bom verniz e 'enfaixados'
com pelo menos duas camadas de cadarço.
Dois retângulos
de madeira (generosamente envernizados) e uma caixa
de madeira rasa, como na ilustração a seguir, encerra
essa parte inicial da montagem, com os enrolamentos já nela fixados.
c. Interruptor: Para
que se produza uma diferença de potencial (ddp) nos extremos do
secundário (e posteriormente uma corrente elétrica no ar
ou gases), é necessário que a corrente no primário
(alimentado com fonte DC) seja constantemente interrompida. Só assim
é possível obter-se um fluxo magnético variável,
causa do fenômeno da indução eletromagnética.
A corrente continua fornecida pela bateria passa por um interruptor
mecânico, acionado pelo núcleo da própria bobina.
Como variantes, esse interruptor
mecânico poderá ser substituído por outros processos
que permitem igualmente (e por vezes com maior eficiência) as interrupções
da corrente elétrica no primário.
O interruptor mecânico (originalmente,
martelo de Wagner) funciona como o vibrador de uma campainha elétrica.
Acompanhe na ilustração.
A lâmina de aço
(a), que fecha o circuito quando em contato como parafuso regulador (b),
é dotada de pequena massa de ferro (c), a qual é atraída
pelo núcleo (N), entrando em vibração.
Os pontos de contato de (a) e
(b) são de platina ou tungstênio (platinado) para não
se deteriorarem pela faísca de ruptura. Para a construção
desse 'martelo', é conveniente aproveitar as partes de um relé
automotivo em desuso. Num auto-elétrico ou oficina mecânica
você poderá obter facilmente esse componente sob o nome de
'platinado'.
A ruptura do circulo primário
deve ser brusca, a fim de se obter uma f.e.m. elevada (lei de Faraday)
no secundário.
d. Capacitor: A faísca
que se produz no instante em que os pontos em contato se separam, prolonga
a passagem da corrente no primário, aumentando com isso o tempo
de interrupção (o que baixa drasticamente a ddp induzida),
sendo necessário, portanto, que essa faísca seja eliminada.
A adaptação
de um capacitor (C), de 1 a 4m
F x 200V, a óleo ou poliéster, em paralelo com o interruptor
absorve a energia de auto-indução no primário, que
é a causa do faiscamento, reduzindo-a ao mínimo. Há
uma técnica para ajustar a auto-indução desenvolvida
no primado. Veremos isso mais adiante. Na ilustração acima
e na a seguir mostramos como tal capacitor deve ser ligado e alojado na
caixa rasa que serve de apoio ao aparelho.
Eis o aspecto final dessa
montagem. Atente para os terminais de I a V, os quais permitirão
os vários modos de se ligar a bobina de Ruhmkorff à fonte
de alimentação.
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