Eletroimã como calcular um ?

[Natanael Souza]

Ae galero, eu queria fazer um eletroimã pra simplesmente puxar um ferrinho, porém eu não sei quanto de tensão ou espiras ou o tamanho da bitola do fio q preciso
digamos que ele funciona a 3v, e quero q ele tenha uma força pra puxar uma mola fraquinha, quantas espiras preciso, e qual o tamanho da bitola do fio ? quais os calculos precioso usar ?

[Sérgio Lembo]

Força = ((N x I)² x k x A) / (2 x g²)

Em que:

N = número de voltas no solenoide

I = corrente, em amperes (A)

A = área de seção transversal do ímã, em metros quadrados (núcleo ferroso)

g = distância, em metros, entre o ímã e o pedaço de metal

k = 4 x 3,14159 x 10^-7

Lembre-se que o núcleo precisa ser de ferro doce. Os pregos mais baratos  (não usar os de aço) podem se usados. Idem vergalhão de construção. Para o fio,  usar cobre esmaltado. Para esse uso, experimente desmontar um relé automotivo e utilizar sua bobina juntamente com seu núcleo de ferro, se a distância do seu objeto não for grande, talvez dê conta.

adicionado 14 minutos depois

Comece o cálculo determinando quanto de força vai precisar para iniciar o arrasto do seu ferrinho.

O que vai limitar a corrente elétrica (e o consumo da bobina) é a resistência do fio, que no caso do cobre não é grande. Por conta disso se utiliza fio fino mas com muitas espiras. Observando a fórmula, a primeira expressão é número de voltas x corrente. Dessa forma, com a metade da corrente consegue-se a mesma atração se houver o dobro de espiras. O problema é que enrolar fio fino centenas de espiras é osso.

Em 20/04/2018 às 13:05, Natanael Souza disse:

uma força pra puxar uma mola fraquinha

Se prestar atenção na fórmula, vai perceber que a força que um eletroímã exerce sobre um objeto cai o dobro do quadrado da distância, isto é, para iniciar a atração necessita-se do máximo, para manter preso não. Essa constatação te dá a possibilidade de usar potência máxima no instante inicial e manter o dispositivo fechado com baixa potência.

[albert_emule]

Qual será a força do eletroímã desta maquina?

Se o eletroímã magnetiza um imã super potente de neodímio, podemos então dizer que o eletroímã consegue ser muito mais potente que um imã de neodímio.  

 

https://www.youtube.com/watch?v=jCL2dLh5MME&

 

 

 

[Natanael Souza]

obrigado galero

[Luiz Eduardo Paiva]

Olá, em relação a bobinas e campos magnéticos tenho uma duvida?

Quanto maior o numero de espiras maior a tensão?

Quanto mais grosso for o fio da bobina maior a corrente?

Em relação ao imãs, quanto maior o imã maior o campo magnético?

Se compararmos dois imãs diferentes, tanto em materiais como em tamanho, por exemplo:

Um imã de ferrite padrão bloco retangular de 60X35X20mm comparado com um imã de neodímio N52 bloco 30x16x10.

Qual tem o maior campo magnético? Qual induz mais uma bobina?

Veja que o ferrite citado tem o dobro do volume do outro de Neodímio.

Peço ajuda com essas questões,

Obrigado!

[Renato.88]

4 horas atrás, Luiz Eduardo Paiva disse:

Quanto maior o numero de espiras maior a tensão?

Quanto mais grosso for o fio da bobina maior a corrente?

Sim para as duas perguntas. 

[Leonardo G]

Em 21/04/2018 às 18:47, Sérgio Lembo disse:

Força = ((N x I)² x k x A) / (2 x g²)

Em que:

N = número de voltas no solenoide

I = corrente, em amperes (A)

A = área de seção transversal do ímã, em metros quadrados (núcleo ferroso)

g = distância, em metros, entre o ímã e o pedaço de metal

k = 4 x 3,14159 x 10^-7

Lembre-se que o núcleo precisa ser de ferro doce. Os pregos mais baratos  (não usar os de aço) podem se usados. Idem vergalhão de construção. Para o fio,  usar cobre esmaltado. Para esse uso, experimente desmontar um relé automotivo e utilizar sua bobina juntamente com seu núcleo de ferro, se a distância do seu objeto não for grande, talvez dê conta.

adicionado 14 minutos depois

Comece o cálculo determinando quanto de força vai precisar para iniciar o arrasto do seu ferrinho.

O que vai limitar a corrente elétrica (e o consumo da bobina) é a resistência do fio, que no caso do cobre não é grande. Por conta disso se utiliza fio fino mas com muitas espiras. Observando a fórmula, a primeira expressão é número de voltas x corrente. Dessa forma, com a metade da corrente consegue-se a mesma atração se houver o dobro de espiras. O problema é que enrolar fio fino centenas de espiras é osso.

Se prestar atenção na fórmula, vai perceber que a força que um eletroímã exerce sobre um objeto cai o dobro do quadrado da distância, isto é, para iniciar a atração necessita-se do máximo, para manter preso não. Essa constatação te dá a possibilidade de usar potência máxima no instante inicial e manter o dispositivo fechado com baixa potência.

Boa , e se for dois eletroímãs se atraindo pelo polos opostos ?

 

[Sérgio Lembo]

Não muda nada. Calcule a força individual das bobinas e faça soma simples.

Em 21/04/2018 às 18:47, Sérgio Lembo disse:

Força = ((N x I)² x k x A) / (2 x g²)

Em que:

N = número de voltas no solenoide

I = corrente, em amperes (A)

A = área de seção transversal do ímã, em metros quadrados (núcleo ferroso)

g = distância, em metros, entre o ímã e o pedaço de metal

k = 4 x 3,14159 x 10^-7

 

[Leonardo G]

valeu mesmo... 

 

[Visitante]

@Sérgio Lembo Por acaso esse k da conta do começo não seria a permeabilidade magnética do núcleo do eletroimã?ou o que?

[Leonardo G]

@guilherme appel é isso mesmo , permeabilidade magnética no ar , 4 X Pi X -10^7 

 

[ryan232]

Em 21/04/2018 às 18:47, Sérgio Lembo disse:

Força = ((N x I)² x k x A) / (2 x g²)

Em que:

N = número de voltas no solenoide

I = corrente, em amperes (A)

A = área de seção transversal do ímã, em metros quadrados (núcleo ferroso)

g = distância, em metros, entre o ímã e o pedaço de metal

k = 4 x 3,14159 x 10^-7

Lembre-se que o núcleo precisa ser de ferro doce. Os pregos mais baratos  (não usar os de aço) podem se usados. Idem vergalhão de construção. Para o fio,  usar cobre esmaltado. Para esse uso, experimente desmontar um relé automotivo e utilizar sua bobina juntamente com seu núcleo de ferro, se a distância do seu objeto não for grande, talvez dê conta.

adicionado 14 minutos depois

Comece o cálculo determinando quanto de força vai precisar para iniciar o arrasto do seu ferrinho.

O que vai limitar a corrente elétrica (e o consumo da bobina) é a resistência do fio, que no caso do cobre não é grande. Por conta disso se utiliza fio fino mas com muitas espiras. Observando a fórmula, a primeira expressão é número de voltas x corrente. Dessa forma, com a metade da corrente consegue-se a mesma atração se houver o dobro de espiras. O problema é que enrolar fio fino centenas de espiras é osso.

Se prestar atenção na fórmula, vai perceber que a força que um eletroímã exerce sobre um objeto cai o dobro do quadrado da distância, isto é, para iniciar a atração necessita-se do máximo, para manter preso não. Essa constatação te dá a possibilidade de usar potência máxima no instante inicial e manter o dispositivo fechado com baixa potência.

Ola, tudo bem. 

Se não for muito incômodo, eu gostaria de uma explicação ou uma indicação para que eu possa entender teoricamente e, descobrir como se chegou a fórmula que define o valor da força exercida pelo solenoide.

Resumindo: Quero entender as relações entre a força e o campo magnético gerados pelo solenoide... Desde já agradeço.

[Ricardov]

É um assunto extenso.Procure aulas de eletromagnetismo no YouTube.

[Sérgio Lembo]

@ryan232 , se não sabe interpretar uma fórmula deve procurar um professor de matemática ou trocar o atual. Não quero ser estúpido mas não vou te ajudar se passar a mão na cabeça.

Olhando para a fórmula:

Força = ((N x I)² x k x A) / (2 x g²)

Em que:

N = número de voltas no solenoide

I = corrente, em amperes (A)

A = área de seção transversal do ímã, em metros quadrados (núcleo ferroso)

g = distância, em metros, entre o ímã e o pedaço de metal

k = 4 x 3,14159 x 10^-7

 

As constantes k e o número 2 que aparecem na fórmula podem ser excluídos do raciocínio. Na grande maioria das fórmulas são valores matemáticos que acomodam grandezas de origem diferente ou o valor imútável de uma variável que pela característica do projeto estará sempre presente. Exemplo: permeabilidade do ar ou do vácuo. Estará sempre presente no caso do eletroímã que pretende atrair um objeto distante e separado por camada de ar, vácuo ou material que se comporte como tal.

A expressão N x I indica que o que nos importa é o produto desses 2 valores e não o valor individual de cada um deles. Nesse caso, usar uma elevada corrente com poucas espiras ou muitas espiras com baixa corrente será uma questão de escolha, veja o que te sai mais barato, simples assim. Note também que esse produto é elevado ao quadrado e isso vale uma reflexão: como a bobina possui uma resistência de cobre fixa, o dobro de corrente aplicada nela será também o dobro de potência aplicada nela pois P = R x I². Disso concluímos que há uma linearidade entre a potência elétrica aplicada e a força de tração resultante.

A expressão A é a geometria do núcleo, mais precisamente a área transversal do núcleo. Então isso nos dá que quanto maior for essa área maior será a força de tração do nosso magneto. Poderemos então ter uma tração gigantesca com baixa potência elétrica simplesmente fazendo um núcleo gigantesco? Sim, mas vai ficar um trambolho pesado e grande demais, não será prático. Nas situações onde a energia seja o problema e a disponibilidade de espaço seja elevada e o orçamento generoso talvez seja uma boa solução. Isso é utilizado em relés de segurança nos sistemas ferroviários onde tais relés estão espalhados ao longo da ferrovia. São relés gigantes, caríssimos e de baixa potência mas o foco ali é outro. Cada caso é cada caso mas este é um exemplo onde se agigantou o núcleo e o custo de construção para se ter um relé com baixíssimo consumo de energia e altíssima confiabilidade.

Continuando a análise da fórmula verificamos que a expressão é dividida po 2 x g² onde g representa a distância. Isso nos dá a seguinte reflexão: em um relé de baixo custo, 12V por exemplo e que é vendido por R$ 2,00 ou menos vamos ter uma bobina que consome o necessário para atrair o contato móvel e que continua a consumir a mesma potência elétrica para manter o relé atracado. Quando o relé está atracado já não se necessita de tanta potência elétrica para mantê-lo atracado. Basta uma fração disso. Dessa forma, nos relés de grande porte (e custo) são usadas 2 técnicas diferentes que exploram essa característica. Em ambas as técnicas é utilizado um contato auxiliar normalmente fechado que se abre quando faltam poucos milímetros para que o contato móvel do relé fique atracado. Na primeira técnica existe um resistor colocado em série com a bobina e o contato auxiliar está paralelo a este. Assim, quando a bobina é energizada temos a tensão nominal direta na bobina. O callibre do fio da bobina é calculado para a corrente que irá circular com o resistor em série mas naquele momento, como o resistor está em curto pelo contato auxiliar esta bobina opera com u ma corrente várias vezes superior e entregando uma força magnética várias vezes superior à sua capacidade. É a força que necessitamos para atrair o contato móvel. Estamos falando de grandes relés, do tamanho de meia pizza. A bobina não torra pelo fato da operação ser momentânea, ao atracar o contato auxiliar se abre e o resistor série coloca a corrente no valor nominal da bobina. O cobre suporta esses surtos de potência sem se degradar. No outro exemplo temos relés com 2 bobinas superpostas no carretel. Uma de fio fino e muitas espiras e outra de fio grosso e poucas espiras. A de fio grosso fica em série com o contato auxiliar. No momento do atraque temos as 2 energizadas sendo que a de fio grosso consome uma corrente altíssima. Ao atracar fica ligada apenas a de fio fino.

Como foi que se chegou a fórmula? Simples: fazendo diversas experiências e confrontando os resultados cada vez que se alterava uma variável. Em Matemática chamamos isso de modelagem.

Espero ter te ajudado.

Bons estudos.

[beniborges]

@Sérgio Lembo Quero pendurar um objeto pesado (aprox. 65kg) em uma "parede" de metal utilizando um eletroimã. O imã estará sempre em contato com o objeto e ambos tem suas faces lisas, portanto a distância será próxima a zero. Alguma sugestão de valor a utilizar como g nessa situação? Obrigado