A Bússola de Senos, também conhecida por Galvanômetro de Senos, foi descrita pela primeira vez em 1837 pelo físico francês Claude-Servais-Mathias Pouillet (1790–1868). Pode ser considerada uma forma modificada da Bússola de Tangentes, pois possui estrutura semelhante à de sua predecessora.
Constituído de uma bússola posicionada no meio uma bobina circular móvel, o galvanômetro possui uma estrutura que possibilita à referida bobina rotacionar ao redor de um eixo vertical. Na figura ao lado, o sistema é representado esquematicamente através de uma vista superior: temos inicialmente a agulha alinhada ao campo magnético terrestre, enquanto a bobina, representada pelo retângulo verde, está posicionada paralelamente à agulha.
Quando corrente elétrica passa pela bobina, é gerado um campo magnético perpendicular a ela, representado, na figura ao lado, por . De modo similar ao Galvanômetro de Tangentes, a agulha se alinha ao campo total
produzido pela soma vetorial de
(campo magnético terrestre) e
. Ela encontra uma posição de equilíbrio ao deslocar-se um ângulo
.
Nesse momento, a bobina é girada em seu eixo vertical de encontro à agulha (figura ao lado), que volta a entrar em movimento devido à ação dos campos e
. O campo magnético terrestre
pode ser dividido em duas componentes: uma paralela à agulha (
), que não exerce torque nesta, e outra perpendicular. Esta última, representada por
, é matematicamente descrita por
.
Numa determinada posição, as componentes vetoriais e
vão se igualar e a agulha entrará em equilíbrio. Dessa forma,
ou
.
Sabe-se que o campo magnético é localmente constante e que
pode ser descrito pela Lei de Biot Savart (
), onde
é o número de voltas da espira,
é uma constante universal,
é a corrente que passa pela espira e
é o seu raio. Dessa forma, isola-se a corrente e chega-se à
ou
. Reunindo as constantes e os valores determinados pela construção do instrumento num fator
, tem-se que
. Assim,
. Vê-se, dessa forma, que a corrente é diretamente proporcional ao seno do ângulo de deflexão da agulha.
Na figura ao lado, temos o Galvanômetro de Senos pertencente ao nosso acervo (AMLEF272). É interessante notar que as variações angulares de posição são medidas por um círculo graduado, localizado na parte inferior do instrumento. O alcance do instrumento é limitado, sendo a corrente máxima detectada quando há uma deflexão de 90 graus.
Uma vantagem desse galvanômetro é que a resolução da medida é sempre a mesma, diferentemente do galvanômetro de tangentes. Além disso, este equipamento é adequado para quando se deseja realizar uma medida comparativa, da razão entre duas correntes, não sendo necessário calibrar o equipamento para isso.
Um problema deste tipo de galvanômetro, no entanto, é que a corrente máxima que pode ser medida é aquela que gera um campo magnético de mesma intensidade do campo da Terra. Para resolver esse problema, o modelo apresentado possibilita inclinar a bobina, para que apenas a componente horizontal do campo gerado seja comparada ao campo terrestre, possibilitando a medida de correntes maiores.
Em termos de aplicação, a Bússola de Senos foi amplamente utilizada em telégrafos e, devido à sua maior sensibilidade, foi utilizada para a medição de correntes intensas provenientes de dínamos de subestações de energia.
Daniel Zorrer / Equipe AMLEF 2020
Referências
- Keithley, Joseph F. The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 BC to the 1940s.
- Galvanometers & Meters
- Sine galvanometer
- Electricity and the Electric telegraph
- Hawkins electrical guide
- The standard electrical dictionary
- Biography of Claude-Servais-Mathias Pouillet
- WALCHER, Thomas. Zweck eines in Augsburg aufgefundenen physikalischen Geräts. Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität. Mainz, Alemanha, 16 de março de 2014.