55
MOTOR
AMPIERE: ELEMENTOS CRITICO ENSINO
DE
Joéo
Martins
Paulo
André
U/timamente
Resumo:
tem
sido
pub/icada
uma
série de artigos tratando
Koch
de
UM
PARA DA
FISICA
Castro
Chaib'
Torres
Assis" imfis
experiéncias com
também de motor de Ampere, denominado 0 motor Entre eles destaca-se fortemente imantados. homopolar ou unipolar. Este motor pode ser faci/mente reproduzido em sala de aula. Ele apresenta um fenémeno de rotacao continua intrigante e sua histéria carrega um debate a respeito do origem uma descricao da até a atualidade. Porém, quando se encontra de seu movimento que se estende histo’ria nos artigos recen tes, falta coeréncia com as fontes primarias. Desta maneira, porfalta de sua deste fenémeno acaba par detrds informacao, a debate epistemolégico que vem se arrastando da ciéncia é uma A historia distorcido. abordagem ou até mesmo sendo ignorado, banalizado ela se como construcao humana, entendendo compreender a fisica como a explicacao deste fenémeno dado por Ampere, Dentro desta perspectiva, descrevemos desenvolveu. a explicacdo alternativa apresentada por Faraday e a explicacdo moderna baseada no conceito de explicacoes, enfatizando as os aspectos conflitantes entre estas campo magnético. Mostramos para um Com isso esperamos fornecer elementos no eletromagnetismo. controvérsias que existem ensino critico da fisica. de Faraday; experiéncias em sala de aula; de Ampere; motor motor Palavras-chove:
necessaria
para
controvérsias
AMPERE'S MOTOR:
ELEMENTS
FOR A CRITICAL
OF PHYSICS
TEACHING
Recently many papers have been published dealing with experiments involving highly also called homopolar or unipolar magnetized magnets. Ampére’5motor is one of these experiments, it presents an intn'guing phenomenon of continuous motor. It can be easily reproduced in the classroom. But the rotation and its history shows a debate about the origins of its motion which continues nowadays sources Therefore, the description of this motor in modem papers lacks coherence with primary The history of or distorted. epistemological debate related to this phenomenon is ignored, simplified
Mrstruct:
mderstandingitsdenelopment saencersneoasarytocorrwprdzendplzysicsasammmncorsumflon Taken
oftahisphenamenon asdwnbyfinpém. thisintoacoamcltL¢ptesonted~theexplarurtion
me
dmnvmeewormflaidvadwmwwmwdwnwdarredmmmnbwwwmdnnug .
Universidade "
Brasit, e-mail:
Catotica
de Brasilia, Curso
de Fisica. Q5 07 Late
—
EPCT
AguasClaras
ohalb9_u;b.br.
de mg was ,wa:;;iun", Unlversidade homapagn: srasa, uma; gug¢5fi,ggg;pa;_g,h:,
msmum
01
Estadual
de
Campinas
—
umcaw.
wwwJfi.unicamp.br/"assis.
72030-170
13033-ass
-
Brasilia, OF
-
Glrminas. sr,
56
these explanations, concept. We show the conflictingaspects of in
electromagnetism.
In this way
Faraday’s
Key-words: Ampére’s motor;
ts
for
classroom
motor;
a
teaching of phy$ic5_
experiments;
controversies
INTRODUCAO
1.
no
ofier elemen
to
hope
we
the controversies wh ich exist emphasizing critical
Apesar de muitos de fisica, ensino
de
utilizar
se
concentrar as
formulas
Também
e
para
apesar
de
levaram
que
interpretar
Ampere
ima de neodlmio
imas
a
ilustrar
—
um
as
nos
fenémeno
o
Faraday aqui.
a
e
ima
com
introduzir
dificultam uma
a
histéria da cléncia
realizacao deste idea| experiéncia importante do a
médio
ou
de ensino
superior. No
médio, devem—se evitar demonstracéo e a discussao Ja no ensino superior podem alternativas deste explicagées
importantes,
envolvem
que
experiéncia discutida
a o
que
aqui
interpretacoes
epistemologicas Desde
que,
ensino que
se
de ensino
do fenémeno.
conceituais
apresentadas destacamos
argumentos para
aqui,
nivel
no
sendo
que
de
apresenta
no
experiéncia
esta
aspectos
nos
utilizada
ser
apresentadas
matematicas
trabalho
Este
(Hottecke & Silva, 2011). eletromagnetismo que pode caso
obstéculos
muitos
existem
importancia
a
apontarem
autores
uma
concentraremos
do que
assumirem
mais
as
formulas devem
ser
nos
se
utilizadas fenomeno. diferentes
motivacées filosoficas e diferentes pontos de partida nas
magnetizagao muito grande comparada em Iarga escala, os experimentos de mais acessiveis (Featonby, 2005; 2006; & Gaspar, 2010). motor o chamado em sala, destaca-se
a ser comercializado antigos passou em sala de aula se tornaram muito eletromagnetismo Ireson & Twidle, 2008; Monteiro; Germano; Monteiro Entre os faceis de serem realizados experimentos homopolar ou unipolar, que tem sido amplamente divulgado nos ultimos anos (Chiaverina, 2004; Schlichting & Ucke, 2004a; 2004b; Stewart, 2007; Featonby, 2007; Mufioz, 2007; W008» 2009a; 2009b). Sua construgao é tao fécil que ele tem sido chamado de 0 motor mais simples do mundo (Chiaverina, 2004; Schlichting & Ucke, 2004a). Como Este experimento esta’ ilustrado este instrumento pela Figura 1. Vamos denominar m°t°' de Ampére. 13 Que Ampere foi o primeiro a prever este efeito e também o primelro
aos
realizar
Fig.
—
com
sucesso
1. Motor .
iuntamente
esta
experiéncia.
' »
l
de
urria/'c‘o rrente constante
'
‘
Ampere. Quando com
o
parafuso
flui
lmantado
com
uma
velocidade
.
i
ar N5 P3553 a 3"
pelo circuito, o imi cilindrico relaC5° 3° 5°'°' to em angular constante
57
de ferro,
para fuso
um
motor‘ 550 uma pilha
este
construir
para
{:15 (:1: parafgso
e
de
feitos
rego
um
apenas necessérios f|O de cobre
quatro comum.
um
ferro
de
ou
neodimio,
lugar, magnetlza-se a cabega aproximar
pnmeiro
basta
isto
Para
ago.
ima de
um
elementosz Em
é
dos
imas
de
do
neodimio.
O magnetizagao, de uma sao pilha comum imantado e grudado no ima. As extremidades do terminal do parafuso magnetizado negativo de Ao aproximar a ponta ser O parafuso e o ima podem entao suspensos magneticamente. 'lha eles se atraem nossas com a do de uma umamaos, parafuso a pilha com ponta Ievantarmos ao Vemc da abaixo do ima o com cabega parafuso. Ou seja, preso da pilha e inferior arte presa é no ar de nossas maos, o parafuso e o ima ficam suspensos uma com apenas a pilha é contrabalangada da pilha. A atragao gravitacional terrestre 2‘: parte inferior p-ela do a Com lsto e da inferior pilha a extremidade entre magnética ponta paraf-uso. atragao o 0 entre parafuso e a pilha. Por fim, fecha-se muito atrito pequeno um acaba havendo no de cobre polo positivo da pilha e na lateral do que encosta fio condutor um com
parafuso
como
intensa
com
o
caso
fifauentao
zearrrifrgiiaognéticas. :||m¢:_:nte mzs
::::c:
circuito
lsto
ima.
indicador
pode
ser
segurando a pilha no ar com desencapada prende uma extremidade
feito
mao
desta
mao,
uma
do fio
na
enquanto
que
extremidade
dedo
o
positiva da
do fio em contato desencapada a girar o conjunto isto ocorre ima-parafuso comega do (ma. Quando a borda com deslizante uma angular em relagao ao laboratério. grande velocidade de seu eixo vertical com ao redor devido ao atrito. O cresce alcangando um valor constante rapidamente, Esta velocidade da parte circular do fio no centro a extremidade se encoste plana caso fenémeno nao ocorre
pilha,
com
A
mantendo
mao
outra
a
extremidade
outra
do imfi.
inferior
2.
a
MODERNA EXPLICACAO
expiicagao da origem do (Chiaverina, 2004; Schlichting A
de
movimento
do motor
& Ucke,
2004b; Stewart,
Ampere 2007).
MAGNETICO
DE CAMPO
NO CONCEITO
BASEADA
alvo de controvérsias
sido
tem
é produzido pelo I'm§. Este campo magnético I-3. dentro do i’m§, apontando essencialmente uniforme paralelamente ao seu eixo de simetria. Este campo agiria sobre a corrente radial ifluindo da periferia para o centro do disco. Haveria uma o n’m§ atuando a diregfio da corrente e também forga sobre ortogonalmente
explicagfio usual
A
utiliza
o
campo
ortogonalmente ao campo magnético. Esta sendo dada pela seguinte expressao:
forga d1?é conhecida
dz?‘ zdhfi =
Nesta
sendo
expressao
a
dada pela regra
forga da
atua
sobre mfio diriita,
o
eiementn
idt‘.
de corrente
demonstracfio pagina ‘:35:-/S/elvver ww.youtube.com/watch?v=KUDiKJ33Fvs (acessada 30/08/2013). video deste
A ‘
‘
2010).
1
em
dimcfio da forca 2006:};
coma
A
uma
Lorentz,
.
2004; (fihiaqfefim,
Stewart. 2007; Monteiro; Germans:
de
forga
como
motor
na
.
em
-
-
A
i
sobre
Fig. 2. Explicagaodo torque
Figura 2
Na
uma
gera
temos
tensao
superior
do Ema,
fazendo
com
ima
pelo torque
sua
outra
esta
ima, fazendo
o
terminais.
forr;a de
a
NS é
ligada
corrente
exercendo
com
ele gire
e o
por
fios condutores do
contatos
por
magnético produzido pe|o;m5_
campo
extremidade
a uma
fio parte
deslizantes
bateriaque
da parte centm a lateral do Ems,
pelo (ma. 0 campo magnético B gerado uma forga tangencial F que exerceria um velocidade uma angular on em relagaoao
i radialmente
que
Lorentz
Iigado
Uma
extremidade corrente
uma
sobre
atuaria
sobre
V entre
seus
circule
{ma utilizando
ima cilindrico
um
que
com
que
0
com
solo. De
acordo
magnético devido torque 3.
sobre
0
explicagao usual,
esta
com ao
ima
e
{ma fazendo—o
A DESCOBERTA
sobre
atuando
DESTE
girar
ao
redor
seria
corrente
a
de
forga tangencial exercida
esta
seu
radial
fluindo
no
pelo campo
ima que exerceria
um
eixo.
MOTOR
Ampére, é importante falar do primeiro motor Faraday (1791-1867)em e que foi apresentado elétrico noticia por Michael que se tem vérios experimentos que setembro de 1821 artigo, entre (Faraday, 1821; 1952). Neste do realizou, o cientista inglés documentou pela primeira vez na historia a rotagio continua da extremidade a rotagéo continua Dolo de um ima ao redor de um fio condutor, assim como na de um fio condutor de Faraday aparecem ao redor de um ima. Estes dois tipos do motor entender
Para
Figure
3
a
descoberta
do motor
de
(Faraday, 1822).
H‘
3' M°t°re5
de
Faraday. (Faraday, 1822,
na
prancha de figuraS-)-
S9
experiénciasdiferentes,
duas
temos Nesta Figura 3
nos
que sendo Imas, enquanto
dois
casos
temos
copos
cheios
finos acima que os cilindros representam espessos os cilindros cinzas mercuric, de elétricas constantes. Apresentamos na fios pelos correntes representam p assam quals mercuric do duas experienclas para facnlltar sua compreenséo. 4 um esquema destas Figura
(D)
(8) simplificados
Fig. 4. Esquemas
enquanto
Na
Figura
(a)
4
temos
de Faraday. A
dos motores que
o
extremidade
a
que
(b) representa
situagfio (a) representa da Figure
Iado direito
superior
do
ima
o
Iado
da Figure 3,
esquerdo
3.
gira
ao
redor
do
fio vertical
do papel nesta o A forga sobre polo Sul do ima esté saindo parado no laboratorio. do fio lnclinado inferior que gira ao redor do configuragao. Ja na Figure 4 (b) é a extremidade saindo do papel nesta o fio esté imé vertical que esté fixo em relagao ao solo. A forga sobre do dida'ticas e feitas foram algumas reprodugoes historicas configuragao. Recentemente de Faraday (Hottecke, 2000; Silva & Laburu, 2009).’! motor da interagao eletromagnética os fundamentals como aspectos Faraday considerava assim corrente, fenémenos de revolugao de um polo magnético ao redor de um longo fio com redor de um polo magnético. ao corrente de um fio com como a revolugao da extremidade maneira Em 1821, por exemplo, expressou-se da seguinte (Faraday, 1821, p. 79; Faraday,
1952, p. 799): "O circulo considerado
como
um
Ern forma:carta uma
a
caso
De la
pelo polo um ao redor do magnético." simples de movimento de 1821, Faraday enfatizou Rive de 12 de setembro descrito
fio
pelo
ou
outro
este
pode ponto
ser
da
segulnte
as
atragoes
repulsfies
e
Csnsndero [receptions], repulswas, nao
a
ratlvas
ou
sendo
os
mas
movlmentos o
agulha magnética pelo fio conjuntivo como enganosas atragfies ou repulsoes, nem o resultado de quaisquer forcas de uma forga no fio que, em vez de aproxlmar o polo da agulha
usuais
resultado
da
2
P d
-
demonstracfio em vldeo destas
..
‘
.
.
h‘:t:/S»/ew\:Ae"rNuma (acessada -V°Utube-com/watch?v=Myy9u>s7H5s experlencuas
na em
.
pagma
30/03/2013).
60
fazer
de afasta—lodo fio, tenta
ou
circular interminavel enquanto
a
cornque
bateria
9'9
[0 polo]
3°
3"e
dele
[_d° fig] sucedido atuando."Ed" ‘em em
Fur
permanece
nao
um movi
apenas
"lento
em
m°5lrar
[tambem] e tenho experimentalmente, side Capaz redor de ao um de corrente] girar polo ou um [com fazer a vontade p°'° magnetico, magnético [gm] do fjo_ A lei de revolugao, para a qual podem ser reduzidos todos os outros 30 redo, movimentos da agulha e do fio, é simples e bonita. (Jones, 1870, p. 316) movimento
existéncia deste
a
teoricamente,
mas
fio
o
interagoes eletromagnéticas mais bésicas um polo magnético e um fio com agées giratorias entre isto é, nao estariam ao ou tangenciais, transversais longo da reta Faraday
Para
fio
as
Futuramente
corrente.
com
redor
de
Faraday longo fio
tangenciais fazer com Faraday também tentou proprios eixos, mas nao obteve sucesso: ao
ou
Tendo
tido
eixos
fazendo
de obter
as
até
sucesso com
com
corrente.
fazer
evitada
desenvolver
tanto
que
aqui, tentei fosse
que
a
fio
um
rotagao
a
ima quanto
o
e
em
Logo apos
a
publicagéo
seguinte
o
em
dos
resultados
carta
uma
para
de
fio girassem
isto
redor
deles,
provével
parece
Faraday, André-Marie
redor de seus
de seus mas ao
préprios
nao fui capaz
refletirsobreo
Ampere (1775-1836)
amigo Claude—Julien Bredin:
seu
for; a circulares
ao
redor
ao
iam estas
aga 85 seriam polo ma gnéticoas
o
de linhas de
ao
ser
Estas une
girarem
circulo
menores
que
o
ima
um um
corrente.
ideia
a
indicagoes de que isto ocorre; nem (Faraday, 1821, p. 79; Faraday, 1952, p. 798)
assunto.
mencionou
um
viria
elementares
ou
Chegando aqui [em Paris], a metafisica preenchia a minha cabeca; mas, desde que foi publicada a memoria do Sr. Faraday, eu so’ sonho com correntes elétrlcas. Esta memo'ria contém fatos eletromagnéticosmuito singulares, que confirmam a minha perfeitamente teoria, embora o 3Ut0F Procure combaté-la para substitui-la uma [por] que inventou. (Launay, 1936, pp. 575-577) Diferente de Faraday, Am pére considera como fenémenos fundamentals ou elementares as forgas d 9 “F3950 9 Fepulsao entre dois elementos de corrente, ao lon8° ocorrendo sempre Feta que 05 une. Para Ampere os polos magnéticos nao eram entidades reais, sendo que lnterpretava todos os fenomenos
93 da
interagao
entre
magnéticos, eletromagnéticose eletrodinamicos
elétricas. Ampere foi o primeiro e torques entre dois condutores com sem corrente, (Ampere. 1320; Chaib & ASSiS, 2007). Para Ampere a correntes
forces (como um
ima
e
uma
95
em
é evidente
Néo
nao
naquela
Drocu
He pontos
que
“a
carta
a
39:50 entre
[8939] .e',me
dues
duas coisas
de mesma
p.
um
505; Blondel, 1982,
obra principal tamEéprc‘>nto pudessem aillicados a teoria de vista
em
sua
de
ao
criticar
partlculas
0
de
um
Cam
de
9"‘
I':1ara 5' Esta °'3"°
que
um
99¢ "50
Se
Pode
os
como
condutor
qualquef ""5 heterogéne35
um
e
dois condutores e i’m5 que se deve
112)
p. a
teoria
Faraday, com
Eilfergailsglg’ force jgzfnfinijr‘denominadoelemento Biot t°"ha
das
entidades
entre
natureza
heterogéneascomo
1936,
59'
.
de
presenga
de1820
composigao "mais complicada”d0 (W93 pp. 570-572). Em 1822, por eX9"‘P'°'
uma
(Launay, juStm;:U°;::° I
a
outubro
em
Auguste de la Rive:
°°l53-5
p"'“'“V°?
de Vista
observar
“°m°8éneas (Launay, 1935,
uma
é
interagao
elétrica)deve ter
corrente
a
termos
em
as
de Biot, emb°'3
seus
seguintes P3'3V’35‘
elementar aquela [forca] cujo valor Um de flo condutor age sabre cada considerar
como
:
verdadel|’3"‘°""
61
I
na‘tureza eemma man
Desta
mais
resunados «um
5550, via
ela
quais
05
entre
por
nem
'
mes
0
a
de uma
complexos
um
como
ima
manifesta nao
te
conjunto
de
modo
rotfgzso existéncia de
prever
r'm§
a
Na
experimentalmente.
pode
deste
fenomeno.
E
Figura
5
seu
reta
que
néo
530
os
dois
pontos
une
que
eletromagnética
ou
condutores
sempre
com
corrente.
de
qoe malnenra facoadas uma muuto por
substntuudo
um
apresentamos
é luz
oe tambem a
_
nfio
via
sua
problemas
.
Motor
Na
Figura 6
temos
"5'
um
‘°
de
Ampére original (Ampére, 1822a,
esquema
simplificado
E'¢m¢m.°$Pflncipais do
motor
deste
de
motor
na
da
foi primeiro A rnpé-re reoria, observa—|o for o
pnmeuro original de
prancha
de
Ampére (Ampére,
figuras).
(Blondel, 1982,
Ampére (Blondel, 1982,
p.
a
a
1822aL
Fig. 5.
.
possnblludade
na
o
montagem
da
como
apenas
.
Assim,
de
ser
Ampére
eixo.
redor
ao
elementos
ootre eletrodinamica macroscopncas correntes
pequeno infinitamente 1887, p. 198)[...]”(Ampére, contrério de Faraday, e ao um
pp.
magnética interagao interacao
Circuito fechado
peq ueno
dois acéo entre ao Iongo da Iinha 108-109)
na
age
(Ampére, 1826,
exerce.
se
se
forga que
uma
entendia
eira,
que
forga
uma
nem
enter
p.
115).
115).
bl
O imé
cilindrico N5 flut
extremidade
sua
inferior.
Uma
mercurio.
através
lateralmente
do
(mi: gira ao redor foi realizada
configuracéo Esta experiéncia foi o primeiro cientista 0
a
conseguir
metélico
anel
um
novembro
pelo
da
A
de
DZ '
deco," 58
mefclirio
"ext:
Dest
8
U
mode
I
Amflrg
emm7‘r:§1322
Paris
E
§° redorde
seu
Janeiro de
ExPucAcAo DE AMPERE
baseada era concepcéo eletrodinémica de Ampére ao de corrente elementos os a interagfio entre diretamente lei de
3 terceira
obedecendo
Newton
forma
na
em
forca Que descrevia Inn go a Imha reta QUE Os unia fort 9 (3'°"de|. 1982;
A
sempre
no
'
rotagéo de
Ciéncias
do
:3 Academia
de
1822b; Amp(‘~re,1885). (Ampére,1822a; Ampére,
4.
Znreenchi
condutor
flutu 3f1dO
GH
dezembro
e
positivo
ofeito
o
contra cavld ade
uma
eixo.
seu
entre
resultado
este
Apresentou
eixo.
Hé
GF.
de
3'
a
verticalmente
desce
i
constante
corrente
com
do [m5 hé
superior
extremidade
Na
mercuric
no
verticalmente
ua
“:13.
Assis, 19953 '
& Assis, 1998). H0fmann,1996;Bueno Para explicar o funci a mteracéo emre e e a corrente macroscopica devida is bateria versfao simplificada do uma a igura 7 apresentamos
cgnsiderou OScice;psi:;JLnootor:;§Ar::)Sére Correonr:mre:1rt f|8ior1r:° \:<|teb0rProflriedades ‘mi. A;namente mailnégicas) pére.
H3‘ 7- Representa 93° ESQ!-Iemétlcado A esséncia
da
-
mterno ao
mn’Tn
longo
mowed
3
do
ao
a0
de
motor
de Ampg.-._
de Xblucacéo uma
A mpére é apresentad
59950
'
a
corrent
e
mtema
30
_
a
d
vista
como
'
resultant gnét'c,a,s' de Amnére. A 0” Sela, é
n?
do fmé Cmndnco
reta
fepresenta rculo nmn’ representa
figure 8 (Ampém: 13223)- 0 C"CU'° .
a
Chamidas
rculo externo representa anal correme radial i ao IW180 do raio ZmM é so :1o cyrculto quando ere esté II ‘ “ma | p em"
“No
radialmente
'
A corrente
i’
{m5
interno
é
e externo
flutuando
no
preenchida
mercuric
ao
macroscopic: baterla. Ela entra no lmi porsua O mercuric no qua! o (ml flutuc. a
dggfargg Dara
de cima
responsével por suas ou "correntes microscépicas”
regiéo enireas c‘r°”'0s e(§uc|!ares Mcfc' £5 metélico
su
a
suas
mo tor
loo
extremidade
essencial
-
9
-
ma
mol
mercuric
fluindo
c
d es
"correntes Com
;
como
corrente
elétrica
63
correntes
‘
Exus tem '
do (ma
d e mm
I
indo
e
e
a
que
desta
Zm
,
externamente
.
radial
corrente
.
mercuno
no
circulo
do
periferia .
porgao ,
flu:
mM
porgao
a
que
da
pontos
os
s
.
~
enquanto
todos
para
,
.
principal
0
f
cc.
anélogas saindo de 2 aspecto a ser enfatlzado
ao
I
passa
s
uma.
f
Fig
Ampere
de
Palavras
Seja ZM
destas
uma
sobre
anteriormente,
de si
redor
mesmo
Ampere, 1885, Na
Figura
pp.
a
fazer
o
do
ima
ima;
de
no
dele
com
mn'
atrai
o e
foi
que
repele
sentido
dito Estas
mn.
girar
no
mesmo
n'mn.
201-202)
9 representamos
eixo
seu
acordo
mM
porgao
redor
ao
forgas indicadas
estas
sentido
Ou
Ampere.
por
corrente
redor
i’.
microscépica
corrente
a
de
age,
a
macroscopica i fluindo no merctilrio de m corrente ao imé, cuja resultante microscopica i’ internas externa em mM atrai a porgao da corrente microscopica resultante destas duas forgas vai gerar um torque sobre pela
com
Forgas os sobre todos simultaneamente exercidas pontos do imé, [logo] ele gira ao indefinidamente. (Ampere 1822a, pp. 70~71; Ampere, 1822b, pp. 247-248;
sao
semelhantes
elétricas
nao
Zm
porgao
a
correntes
as
tendem
forgas reunidas
duas
correntes,
interagindo
e
experiéncia:
desta
explicagao
sua
com
do {ma
radialmente
isaindo
macroscopica
8 A corrente
M atuando
para
flui
forgas exercidas sobre as porgfies da as
nmn’.
sentido
no
mn'
em
o
seja,
e
repele
ima fazendo
a
com
A corrente
porgfio que
ele
A
mn.
em
gire
ao
n'mn. 9
I]
II
m
M
F ‘B 9 A5 59135 ind“73'“ 35 '
.
f°";as.
.
as
P0’
sob
re
isto
0
3950 as
co
e
reagfio
vem
as
que '
rrentes
A
-
porgfio mM
atrai
forcas de reacfio
m
e
sobre
~
repele
Apresentamos
mn.
também
mM.
do imé V50
mo|ecu|ares
correntes
'
;
n
—
,
exercer
.
forgas
contra’rias ,
macroscopncas flumdo no mercuno que estao externamente uma. Com ao mercurio tender’ '3 no sentado a rotagao do uma de acordo oposto com Ampere. Pode Se perceb er o sentndo das mteragoes na representadas Fugura 9 utmzando a forga de m p r e entre elementos de corrente. Para facrhtar a compreensao dos '
'
‘
3'8Irar '
\
~
,
~
\
'
-
Suagtatsvamente
-
~
.
.
.
,.
54
lnternacional
é
f orga
esta
modernos,
'
[mores
em -7
My
;
«
/3,
A3”2C
—3
*
477x10
_ ~
‘
1
,
os
dois
p el
id/5 ,
corrente
do
permeabilidade
de
é chamada
enquanto
de corrente,
ele mentos
F21’ _d2F]2, _
reagao
na
duas
entre
A
F12. DIz—se
acontece
,
Io callzado
vacuo,
rm
~
que
entao
que
ela
constant8
=l,71_;;\ dnsténcia
une
Vetor
de
unitér
dois
os ao
com
.
a
aggo
‘
satisfaz ou
a
e
2
prlnclpio
reta
,1’ '
0
ao
corrente id? 2 2
em
é (r,—r2)/rm
=
da
de
‘
forga gravltaclonal
a
com
elemento
e
reaggOI
elementosd e
~
.
como
rm
Iongo
ao
o
a
satrsfazer
aponta
longo de
ao
forte,
forma
que
de
alem
forga sempre
esta
seja, esta
ou
corrente,
5.
de
elemento
o
aponta de izdfz para I',d./5,. que salientar E importante 2“
Snstema
-
exercida
Am P ere
A
entre
d
de
forga
a
e
sobre
7 /3 atuando
.
locahzado
.
14'
3
d
expressao
"°
‘d./2| 'd?2)—3(’;I2 ’i17["Tiri2 ::_:%[2(d7/I’;I2'd‘fl—2)]:_d2F
:
Nesta
e
_
(IZFJ5: ~
Iinguagem vetoria| ASSIS, 1998, p. 12);
em
&
Bueno
p. 70;
1995,
Unidades( Assis,
de
aqui
apresentada
'
-
pnncnpno de a
~
3
9230 e
forga eletrostét-m
cargas.
DE FARADAY EXPLICACAO
Embora
considerava
os
que
aparatos
das
eles funcionavam
Figuras devido
1
e
aos
3
sejam
mesmos
conceitualmente
principios fisicos.
diferentes, FaradaY
de sua Faraday informando—o descoberta, carta esta em 2 de fevereiro de 1822. He atualmente perdida (Blondel, 1982, p. 116). Faraday respondeu de O eletrodinamica modelo Ampére. de Faradayse os nao aceitava principios bésicos da e entre corrente. ou Baseou sua explicagaodo polo giratoria na baseava interagao revolutiva de um fio girava ao redo; de Ampére em sua propria experiéncia na qua! a extremidade motor um de um (ma, como representado no lado direito da Figura 3. Apresentamos esquema
Ampére
escreveu
uma
carta
a
simplificado deste motor de Faraday na Figura 4 (b). Para explicar seu Faraday considerava proprio motor
que
o
polo do ima
gerava
uma
forga
No caso da Figura 4 (b) esta forga tangencial [3 sobre o fio com corrente. i que estava descendo exercida pelo fio a esquerda do im pelo polo Sul sobre a corrente estaria saindo do papel. modelo teorico do motor de para explicar o funcionamento Faraday utilizou o mesmo a supor fluindo Ampére. so que agora passou que o polo magnético agiria sobre correntes ao uma. esta explicagéo em uma carta para Ampére datada de 2 de mternamente r)escreveu fevererro de 1822. Na Figura 10 vem o desenho original de Faraday (Launay, 1943, p. 910):
transversal
ou
65
Fig. 10. llustragao
Explicagaodada
de
Faraday
Faraday,
por
rotagéo do imfi [ao redor do dlferentes particulas das quais da
de
corrente
comunicagéo entre {isto é, em relacéo
0
palavras
nossas
A
passagem
explicar
para
seu
eixo]
ele
é
motor
de Ampere,
entre
colchetes: mim
para
composto
eletricidade
assim
parece
acontecer
[0 estado
p.
em
colocadas
serem
come
(Launay, 1943,
no
em
910).
consequéncia
mesmo
estado
é
colocado] o polo magnético em relagao que
das
pela fin
de
polos voltaicos, e a posigao relativa do a elas a estas partlculas]. Assim as pequenas setas podem representar o progresso Entfio qualquer linha de particulas da eletricidade. paralela a elas exceto aquela Iinha que eixo através um do como polo um (representado por passa estaré na situagfio do fio ponto) todas as linhas agem girante e tentaré girar ao redor do polo. E como na mesma diregao ou (mica ao redor do polo, todo o lma tendem em um sentido glra [ao redor de seu proprio eixo]. (Launay, 1943, p. 913) os
-
—
Na
Figure 11 ilustramos
Hg.
11. As setas
setas
com
indicam
as
que
Na
polo sctas
Flgura 11
temos
uma
Sul do lma. As correntes
lndlcam
as
forges
estas
forcas
estarlam
vista
estao
que
forgas supostas
por
polo Sul estaria
exercendo
o
descendo
superior do descendo
Faraday supunha exercidas pelo polo Sul. Estas forgas gerariam glrasse ao redor dc seu elxo. que
lnternamente
motor
ao
Faraday.
sabre
de
Ampere. pelo lma (entrando estarem um
atuando
torque
as
corrente:
lma.
sobre
0 ponto no
sabre o
papel estas
central nesta
5 lndlca
o
Flcural. As
commas. lml que farla com
seindo
que
66
FARADAY
AMPERE CONTRA
5.
a
‘quea Isto
Ampere viu imediatamente Ampere mencionou Newton. também
em
exphcagao Faraday
de em
Faraday vlolava sua
de
resposta
a
lei :1; 3:50 de iulho
e
10
publicagoes:
suas
e’ 0 de
na
mafia de 1321 e
de
sendo
e a agso que, semme Qua‘ 5 r principio fundamental evidente fisica de Qualquer seja um maneira, rigido corpo po: uma impossivel que 3&0 movldo particulas, jé que esta agao produz sobre as duas P33500535 duas f._-was duas de suas
Um
mm:950.é film mu“?Ge ,
tendem
atravessadas
im5
uma
por
De onde
sentidos
em
corpo
o
mover
a
opostos.
eletnca
corrente
que
as
segue no
que. mesmo
Imfi, nao
outra
quando estado
as
que
0
‘II:
lln
fio
dismfiorihn
parte qualquer pode resukar do 3 |'Ot3¢;5oao redo: (39 seu [--J A Dan" desta 0?“-‘W3930. eixo de come 0 fiz na Meméria insefida no [no mercurio] so pode ser explrcada uma flutuando de Chimie et de Physique, e que te enviei recentemente de maio dos Annales sobre agem movimento
298; Launay,
o
polo
neste
sobre
ou
corpo,
1936,
p.
Wu
(Ampé,e':
586)
do ima ao redor de seu préprio eixo é explicagao de Faraday para a rotagfio revolutivas atuando ou intemamente na 30 am; interagao de forgas giratérias apenas o de todo sistema com uma e aceleragao angular interno relagio 3 um obsewadw um torque uma faz ima do no dentro agfio giratéria sempre o mesmo Isto é, polo externo. semjdo (N é visto de o ima cima anti-hora'rio baixo para quando ao sentido exemplo, no Iongo do seu ao internas elétricas préprio Ema. eixo de simetria) sobre as correntes nao fazia sentido, pois violava a lei de explicagao de Faraday Para Ampere esta 3.50 e a unica o seu possivel Para interpretagao para motor Newton. Ampere de era a reagao que ,5 elétricas as correntes fluindo externamem, em macroscopicas fomecido havia que proprio an microscépicas fluindo intemamente um ao im§_pa, n'm5 exerciam torque sobre as correntes um microscopicas exerceriam torque opostg some as acao e reagao viria que estas correntes A
.
correntes
fluindo
macroscopicas
no
mercurio
externamente
ao
Ema.
Ampere rejeitou a explicagfio de Faraday, Ampere certamente baseada no conceito de campo também rejeitaria a explicagéio modema magnético. Afinal dc efeito o chamado ocorre nesta também bootstrap. Ou seja, o campo explicagéo contas, um torque sobre as correntes eléu-sq; magnético devido ao proprio Ema estaria exercendo o com imfi fazendo sobre ao internamente seu iméi, que radiais fluindo girasse proprio an um de um esta sobre si aceitaria corpo gerando torque mesmo. explicagao Ampere jamais Da
7.
mesma
EXISTE O
forma
que
CONTRA-TORQUE?
pelo imfi sobre as oorremes ima? ao Esta é uma consequéncia necesséria ch macroscépicas fluindo extemamente utiliza o de e agfio reagio. Na sua época Ampere principio explicagfio de Ampere que o movimento do mercuric observado em mencionou experiéncias analogs feitas por H. Davy coma sends uma evidéncia deste contra-torque (Ampere, 1822c). Hoje em dia isto Mas
afinal de contas,
facilmente visuallzado
existe
em
ou
nfio
o
contra—torque exercido
sala de aula utilizando
uma
experiéncia anéloga
ao
de
Ampere com um_fm5 de neodimio. Basta que se deixe a bateria e 0 {mi flxos em laboratorio, enquanto que se permite que o condutor que fecha 0 cirouito give an
’
‘
67 o fio de pode-se visualizar girando ao redor da bateria e & Ucke, 2004b; Featonby, 2006; 2007; Wong, 20093; do ,'m5 (Schlichting lvlunoz, Monteiro; Uma Gaspar, ainda mais Germano; simples e interessante de cilindro fechar circuito. Este cilindro pode ser utmza um simples ‘para
exemplo,
Por
do sistema.
eixo
fobre
Monteiro‘&
2Ci1-0). alternativa allUl:hIl'll(? o feito, por papel de aluminio (Wong, 2009b). Vamos example, utilizado c’oz:nh.a supor que motor de gira sentido hora'rio quando experiénciaoriginal com o vista de Ampere ima fica cima. Quando fixonolaboratorlo Cluando se pelrrnite giro do circuito externo, circuito este é sentido na
o
com
na
0
que
observa
na
médio
ensino
ou
E muito
.
hoje
0
este
dia
em
em
Ele tem
o
Faraday
no
originals.
uma
periodo
historia entre
é sempre
isto
Existe
o
escolas
diversas
funcionamento
uma
e
Ampere
Ele
motor.
i
baixo
de
instrumento
um
existéncia
a
do
aulas
nas
de flsica
Os
custo.
gira
rapidamente,
nivel
de
_
I
de
mas
.
neodimio
surpreendendo
as
~
sao
facilmente
encontréveis
comércio.
no
em
algumas
aqua
_
E
o
o
comprovando
Fts1cA
construir
pessoas.
anti-horario, Ampere.
utilizar motor delas:de
se
vantagenhs Citamos
superior. simples
original de
DE
de
muitas
Existem
ENSINO
NO
ApucAc6es
explicagao
o
no
gira
que
contra—torque previsto 3
no
e
o
se
ma
extremamente
interessante, ligada aos nomes de Ampere e de 1821 e 1822. Tudo isto pode motivar os estudantes a let os textos atividade enriquecedora.
uma
controvérsia
deste
motor.
fascinante dois
Estes
envolvendo
paradigmas
e Ampere Faraday sobre ser e explorados comparados
podem
o
em
sala de aula. para explicagoes diferentes Ampere é baseada na agao e reagao entre externamente macroscépicas fluindo correntes o
Existem
funcionamento
o
deste
motor.
A
interpretagio
de
microscépicas internas ao lmfi e as a explicagfio de Faraday e a no baseadas conceito de campo, outro por explicagao moderna Iado, 550 baseadas no chamado efeito bootstrap. Ou seja, o ima (seu polo ou seu préprio campo magnético) agindo ao ima e gerando um torque sobre o préprio imfi. internas sobre correntes o dia existem muitas Mesmo hoje em o publicacfies discutindo mecanismo de do motor de Ampere (Stewart, 2007; Schlichting & Ucke, funcionamento 2004b; Wong, 2009a). Acreditamos nao apenas que a execugao do experimento por parte do professor, mas auxilia’-los a analisar também pelos alunos, pode o fenémeno observado e a contextualizar o debate
sobre
os
mecanismos
de
seu
as
correntes ao
i’m5. Jé
funcionamento.
0
de
motor
Ampere é ideal
para
isto
n§o apenas a sua simplicidade de operagao, mas também ao seu baixo custo. A existéncia de diferentes explicagées para o fenomeno uma viséo pode fomentar critica sobre a ciéncia, explicitando seus humanos e subjetivos. Ao se aspectos
mais
devido
existem
diferentes
pontos
de vista
de
como
a
interacfies fundamentals), diminui-se cientlfico. E fundamental pensamento
para
de opiniao
ocorreram
e os
debates
saudaveis
que
a
tendéncia um
funciona
natureza
de
ensino ao
tornar
se
crltico
longo
da
explicitar que (divergénciasem relagéo is trivial, ébvio
da fisica mostrar
as
"l6gico“’o dlvergéncias
e
investigagao cientlfica.
68
coNcLusi\o
9.
foi
Ampére
Estes
eixo.
seu
fatos
justificam Vimos
que
se
que
o
(Blondel,
elementos
ele
Para
eixo.
causado
por
o
fluindo
elétrica
no
Por
Para
explicar
acao
na
ele
Bueno
este
que
de
interacao longo 8:
em
reagéo concluiu
e
ao
rotacaocontinua si mesmo.
Para
ima.
ao
a
rotagao
uma
causar
externo
mercuric. Faraday, ao contrério,
sobre
oposto
{mg
ao
redo, de
experimento
intera C50 entre
forga entre
da
0 “
de
que
Assis, 1998), nesta de
um
Este
campo
eie ment
reta
O
de
UPS Os
P:ma,
im;-,130 redor d eseu torque tefia de ser
agente externo era o imfi teria de exercer
a
C
urnotrren °'q“9
o
eragoes ocorrendo fluindo pelo imé). a
podia
e
a
Newton
1996;
Hofmann,
1995;
um
hlSfC')l'lCO motor
de
reacao
e
agao
encontrar
agente mercuric.
de
origem deste de Ampere",
defendendo
~
~
Assis,
algum
continuo
o
usar
epistemolégica
a
para imfi nao
giro
da
resgate
sem
ao
50
conceitos
destes
o
aparelhoconwo somente baseada ama explicacao conceito tinha de linhas uma,
posic lei de
1982;
pelo
busca
explicar
e
tipo de
interna
corrente
a
a
este denomine proprio Faraday
polo do ima e magnético. Ampere tinha uma obedecendo corrente usou
mais
e
observar
prever,
a
primeiro
o
o
entre
int
imfi
podia grandezas
uma
causar
internas
ao
rotagfio sobre si mesmo préprio imé’ (seu polo
devido e
as
3
corrpee
Médio (PCNEM)que a Nacionais para o Ensino Curriculares hist’ona as ciéncias necesséria "compreender para como abordagem constru da ciéncia é uma desenvolveram se elas por como acumulagéo, entendo (sic) humanas, cientifico com o desenvolvimento a relacionando transformacfioa ruptura de paradigmas, contribuir trabalho este nessa com Esperamos diregéo, apesar d sociedade” (Brasil, 2000). histéria da ciéncia da no na existem introducfio ensino de obsta’culos que varios Consta
nos
Parémetros
'
‘
continuidade Eu fisi:
(Hottecke
& Silva,
2011).
AGRADECIMENTOS a
FAPESP
Comité
Organizador
da
Primeira
Conferé and Science International do Philosophy, History, Teaching Latinoamericana Group (19 nesta Conferéncia. a financeiro Agradecem participagfio para também LA) pelo apoio verséio deste assim a relativas como a assessor artigo, primeira pelas sugestfies este trabalho: e referéncias C. Blondel J que enriqueceram por comentérios pessoas Hofmann, J. J. Lunazzi, T. E. Phipps Jr., F. L. d. Silveira, F. Steinle e B. Wolff Os
autores
agradecem
e
ao
‘
,H,';;? diversa :15 '
-
'
'
REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS le 2 oct b présenté a l'Académie royale des Sciences les 18 1820, oi: se trouve compris résumé de ce qui a été lu a la méme Académie septembre 1820, sur les effets des courans électriques. Annales de Chimie et de Physique
AMPERE,André-Marie.
Mémoire
(-32:
15: 59-75, 1820.
Expériences relatives 3 de nouveaux Chimie et de Physique 20: 60-74, 1822 (a). .
phénoménes électro-dynamiques Annales de
69 ’
’
'
relatives
s
aux
nouveaux
‘
'
gaiomen”? 23giro?rr;:?e:n:|:El2r£ .
1821. Pp. #2:. rE1Xopi:n:rem:écembre
E’/ectro—dynar'niques. Phi/omatique la Parisa\llol/.xr9r:Fpe 1+-'2:a1V8 Electra-dynamiques, Uniquement I'l::XPéri€ Méquignon-Marvis,
d’0bservations
Théorie
.._———.
des
‘
Farad
De
de
Phénomenes
relatives
Experiences
Déduite
aux
décembre
de
mois
au
(b)_
de
9'
1826.
Paris: _,_.,
Société
de
Sciences
des
Bulletin
La Rive.
Crochard, 1822 ectro—magnétiques de M.M.
é
expériences
Nouvelles
_..——.
.l. Recueil
e
Paris:
Mémoires re/atifs
a
Vol.
1821.
la
phénoménes
nouveaux
2, pp.
192-204,
Mémoires
Physique:
électro-d
nami
"
JOUBERT, iFt2::.?.u:;i7;:t?
in:
Gauthier-Villa
Paris: l'Electrodynamique.
sur
-
'
1885.
communiqué
Mémoire
,.__._.
novembre 194-202,
suite
faisant
1825,
J.
in: JOUBERT,
l’E/ectrodynamique.Paris: André
Assis,
Koch
Mémoire
au
Ampere
Brasileira
la
relatifs
Weber
Création
Nacionais
—
a
dans
sa
Séance
12 septembre.
la
Teoria,
Physique: Aplicacaes
du
21
3
pp
Vol.
Mémoire; 5“; e
Exercicios
l’Electrodynamique (1820-1827),
de
'
Paris-_
Ill: Ciéncias Médio, Parte da da Educacao do Brasil, 2000. Koch Torres. Calculo de lndutancia e de Forca em Circuitos da UFSC, 1998. Maringa: Editora da UEM, 1998,
Ministério
Brasilia:
Assis, André da primeira
de Histéria
Ensino
o
para
Tecnologias.
comentada
Traducao
da Sociedade
du
1982.
André
Assis,
et
E/étricos. Florianépolisz Editora Castro; CHAIB, Joao Paulo Martins elétricas
de
Sciences
la Séance
lu dans
1995.
Curriculares BRASIL. Parametros e suas Matematica Natureza,
—
des
royale
E/etrodinamica
A.-M. BLONDEL, Christine Bibliothéque Nationale,
BUENO, Marcelo;
|'Academie
de Mémoires (ed.). Collection Gauthier—Villars, 1887.
Torres.
UNICAMP,
Campinas:
a
Koch obra
da Ciéncia
5:
Torres.
de
Sobre
Ampere 85-102, 2007.
sobre
os
efeitos
das
correntes
eletrodinémica.
Revista
The Physics Teacher 42 (9): 553, 2004. CHlAVERlNA, Christopher. The Simplest Motor? new some On and on electro-magnetical the motions, FARADAY, Michael. theory of Journal Science and the The Arts 12: of Literature, Quarterly 1821. 74-96, magnetism. for an of the exhibition of electro-magnetical apparatus Description rotatory motion. and the Arts 12: 283-285, 1822. The Quarterly Journal of Science, Literature, .
motions and on the theory of magnetism. Vol. 45: electro-magnetial in: HUTCHINS, R. M. (ed.). Great Books of the Lavoisier, Fourier, Faraday, pp. 795-807, World. Chicago: Encyclopaedia Britannica, 1952. 45 vols. Western 40 (6): 505-508, magnets. Physics Education FEATONBY, D. Experiments with neodymium On
.
new
some
2005. .
inspiring experiments
292-295, .
of magnets.
attraction
Physics Education
41
(4):
2006.
An even
simpler
HOFMANN, James
version
Dietmar. HOTTECKE,
study.
neodymium motor. Physics Education 42 (3): 236, 2007. Ampere, Enlightenment and Electrodynamics. Cambridge:
of the
R. André-Marie
Cambridge University Press, case
exploit strong
Science
How
and
1996.
what
& Education
can
we
9: 343-362,
learn 2000.
from
replicating historical
experiments?
A
70 '
'
C€|€5t'“°& Silva, Cibelle HOTTECKE, Dietmar an is a challenge: education school science
t’
l
-
.
h"
in Philosophy Whit’ '_mpfembe't‘ o o 5 ac'“l8 ana es. ':tf3"V Ysis cience & .
Education 29;
2011-
293-316,
.
,
_
.
.
.
.
activities braking revisited. Magnetic TWIDLE, John. European Journal ofPhysics 29: 745-751, 2008. _
Gren;
iREsoN,
-
and
Ia boratory
JONES, Bence.
-
Faraday’s Life and
London:
Letters.
Longmans,
for
Green,
and
the
undergraduate .
Co., 2a edigao, 1g7o_ _
1 vol. ,
_
_
1936. (ed.). Correspondance du Grand Amp?’ 9- Pans‘ Ga”th'er’V'”3VS, Paris: 1943. Grand du 3 Gauthier—Villars, vols. Ampere. Correspondance _
LAUNAY Louis de
Aurélio
MONTEIRO, Marco de Castro;
Cristina um
motor
elétrico
Alvaranga;
GASPAR, Alberto. de
facil
2 vols.
Silverio MONTEIRO, Isabel GERMAl\lO. Edmundo; de demonstracao As de atividadnes a'te.oria Vigotski; de baixo custo. Caderno Jose
e
construcao
e
Brasi/eiro
de Ensino de
27(2): 371-384, 2010. MUNOZ, Augustin Martin. Motor homopolar. Revista Eureka sobre Ensenanza y Divulgacién 2007. 4 (2): 352-354, de las Ciencias Der einfachste Elektromotor SCHLICHTING, H. Joachim; UCKE, Christian. der Welt. Physik in Zeit 35: 272-273, 2004 (a). unserer A fast, high—tech,low cost electric motor construction. Trad. de J. Williams para o inglés do artigo Der einfachste Elektromotor der Welt. Physik in unserer Zeit 35: 272-273, 2004 < Disponivel em: http://users.physik.tu—muenchen.de/cucke/ftp/Iectures/U _English.pdf >. Acesso em: 30/08/2013 data. : SILVA, Osmar Henrique Moura de; LABURU,Carlos Eduardo. Motor elétrico de Faraday: uma Fisica
_
N
.
'
montagem
para
museus
e
478-491, 2009. STEWART, Sean M. Some
laboratérios
I
didaticos.
Caderno
Brasileiro
de Ensino
de Fisica 26:
simple demonstration experiments involving homopolar motors. de Fisica 29 (2): 275-281, 2007. WONG, H. K. Motional mechanisms of homopolar motors & rollers. The Physics Teacher 47 7): 463-465, 2009 (a). Levitated homopolar motor. The Physics Teacher 47(2): 124, 2009 (b). Revista
—.
Brasileira
de Ensino
