Feira de Ciencias

PROJETOS PARA FEIRA DE CIÊNCIAS E EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

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Índice:

PROJETO 24 - METRÔNOMO - 1 ............................... 50 PROJETO 25 - PRÉ-AMPLIFICADOR DE ÁUDIO ...... 52

1. PROJETOS E EXPERIMENTOS

PROJETO 26 - METRÔNOMO-2 ................................... 54

COM FIOS ESMALTADOS …....................................... 4

PROJETO 27 - SIRENE DE DOIS

PROJETO 1 - ELETROÍMÃ …........................................ 6

TONS COM LÂMPADA NEON …................................. 56

PROJETO 2 - UM GALVANÔMETRO EXPERIMENTAL …..........................................................8

6 - PROJETOS DE FONTES E DE ALTA TENSÃO ..57

PROJETO 3 - A EXPERIÊNCIA DE OERSTED …........ 10

PROJETO 28 - MINI ELETRIFICADOR ....................... 57

PROJETO 4 - CONSTRUINDO UM SOLENÓIDE ....... 11

PROJETO 29 - BOMBA DE CHOQUE .......................... 59

PROJETO 5 - UM TRANSFORMADOR EXPERIMENTAL …........................................................ 12

PROJETO 30 - ACENDA UMA LÂMPADA FLUORESCENTE COM UMA PILHA .......................... 61

PROJETO 6 - UM ZUMBIDOR ..................................... 14

PROJETO 31 - FONTE DE 0-9 V ................................... 62

PROJETO 7 - BALANÇA DE AMPÈRE ........................ 15

PROJETO 32 - CARGA E DESCARGA

PROJETO 8 - INDUÇÃO ................................................ 17

DE UM CAPACITOR ….................................................. 63 PROJETO 33 - FONTE MÚLTIPLA DE SUCATA ......... 65

2. PROJETOS DE SUCATA ….................................... 19 PROJETO 9 - PROVADOR DE CONTINUIDADE ....... 21

7. PROJETOS DIVERSOS …....................................... 68

PROJETO 10 - OSCILADOR HARTLEY DE PROVA .. 22

PROJETO 34 - DETETOR DE

PROJETO 11 - RADIO EXPERIMENTAL AM ............. 24

CABOS DE ENERGIA …................................................ 68 PROJETO 35 - CHAVE DE TOQUE ............................... 69

3. PROJETOS DE TELECOMUNICAÇÕES …........ 27

PROJETO 36 - DETETOR DE UMIDADE .................... 71

PROJETO 12 - TELEGRAFO SONORO

PROJETO 37 - QUEM É O MAIS RÁPIDO .................. 74

DE UMA E DUAS VIAS …............................................. 27

PROJETO 38 - METRALHADORA COM RELÉ ........ 75

PROJETO 13 - TELÉGRAFO DE

PROJETO 39 - PISCA-PISCA COM LEDS ................... 77

LONGO ALCANCE COM LÂMPADA NEON ….......... 29

PROJETO 40 - LUZ DE FREIO PARA ROBÔS ............ 78

PROJETO 14 - TELÉGRAFO COM

PROJETO 41 - VU-METER SIMPLES .......................... 79

OSCILADOR DE ÁUDIO ............................................... 30

PROJETO 42 - LUZ RÍTMICA DE 12 V ........................ 80

PROJETO 15 - MINI COMUNICADOR ........................ 32

PROJETO 43 - ELETROSCÓPIO DE FOLHAS ........... 82

PROJETO 16 - TRANSMISSOR

PROJETO 44 - COMPUTADOR ELEMENTAR

EXPERIMENTAL SEM BOBINAS …............................ 33

OU CIRCUITO "INTELIGENTE" ….............................. 83

PROJETO 17 - SINALIZADOR DE FM ......................... 36

PROJETO 45 - EXPERIÊNCIA DE ELETROQUÍMICA ......................................................... 84

PROJETO 18 - OSCILADOR DE 10,7 MHZ ................. 39

PROJETO 46 - GATO NEON .......................................... 86

PROJETO 19 - OSCILADOR DE 30 A 60 MHZ ............ 40

PROJETO 47 - CIRCUITO SIMPLES COM INTERRUPTOR .............................................................. 87

PROJETO 20 - TRANSMISSOR ELEMENTAR ….........42

PROJETO 48 - PROVADOR DE

4. PROJETOS COM SENSORES DE LUZ ............... 44

CONTINUIDADE COM LÂMPADA NEON …............ 87

PROJETO 21 - FOTO TRANSISTOR E LDR ............... 44

PROJETO 49 - CONTROLE DE DUAS LÂMPADAS .................................................................... 89

PROJETO 21 - CHAVE ACIONADA POR LUZ ............ 45 PROJETO 22 - CONTROLE REMOTO

PROJETO 50 - INVERSÃO DA

POR RAIO DE LUZ ........................................................ 46

CIRCULAÇÃO DA CORRENTE …............................... 90 PROJETO 51 - INTERMITENTE ................................... 91

5. PROJETOS DE SOM ................................................ 48

PROJETO 52 - PROVADOR DE

PROJETO 23 - MINI BOOSTER DE ÁUDIO ................ 48

TRANSISTORES PNP …................................................ 93

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APRESENTAÇÃO Os novos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) indicam a necessidade de se incluir o ensino de tecnologia nas escolas, tanto do nível médio como do fundamental. Muitas escolas, imediatamente após as recomendações terem sido divulgados, imediatamente associaram tecnologia ao computador e rapidamente colocaram estas máquinas em suas salas de aula, dedicando algumas horas de atividades com seus alunos. No entanto, ao nosso ver, ensinar tecnologia, não é ensinar informática ou “mexer no computador” e “acessar a internet”. A tecnologia de nossos dias vai muito além do computador e mexer com tecnologia significa muito mais do que ter acesso à internet. As escolas já estão começando a perceber que ensinar tecnologia é trabalhar com eletrônica, mecânica e a moderna ciência derivada das duas, a mecatrônica.

Newton C. Braga é autor de mais de 100 livros sobre projetos de eletrônica e mecatrônica, muitos dos quais utilizados em escolas dos Estados Unidos, Rússia e China.

Assim, já começamos a ver em muitas escolas a difusão do ensino de robótica. Mas, numa escala mais ampla, podemos dizer que a eletrônica e a eletricidade aplicada a projetos simples e experimentos, oferece uma gama enorme de possibilidades aos professores do ensino fundamental e médio que desejam trabalhar com feiras de ciências e tecnologia. Existem muitos projetos e experimentos acessíveis que até utilizam componentes de sucata, que podem ser realizados por professores e alunos que tenham um preparo mínimo. Este livro é justamente dirigido a este público. Selecionamos mais de 50 projetos e experimentos simples, ideais para se ensinar tecnologia e acessíveis a professores e alunos tanto do ensino fundamental como do médio. Neles, além do detalhamento de todo o processo de construção, obtenção do material, também damos sugestões sobre o modo como eles podem ser utilizados como temas transversais para as matérias das séries correspondentes. Nossa experiência como educador, tendo implantado e servido de consultor em diversas escolas nos permite dizer que os projetos são bastante eficientes e interessantes. Newton C. Braga

Livro de projetos mecatrônicos, publicado nos Estados Unidos

Livro de Mecatrônica em versão publicada na China

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Quem pode montar Não é preciso ser técnico ou engenheiro para se realizar montagens eletrônicas simples. Assim, professores que se disponham a aprender o fundamental e passar isso aos seus alunos podem fazer montagens muito interessantes, como as que descrevemos neste livro. Basta saber soldar e isso pode-se aprender com facilidade. Para os que desejam saber mais recomendamos o livro Curso Básico de Eletrônica que pode ser adquirido na Saber Marketing (http://www.novasaber.com.br) de nossa autoria. Nele, ensinamos as principais funções de componentes e circuitos básicos numa linguagem bastante acessível. Também sugerimos acompanhar os projetos publicados nas revistas Mecatrônica Fácil e Mecatrônica Atual (www.editorasaber.com.br).

1. PROJETOS E EXPERIMENTOS COM FIOS ESMALTADOS Os fios de cobre esmaltados encontrados em motores, transformadores e muitos outros dispositivos elétricos e eletrônicos podem ser usados numa boa quantidade de experimentos didáticos, trabalhos escolares e no ensino de tecnologia tanto nas escolas de nível fundamental como médio. Em especial as escolas que já possuam educação tecnológica, podem utilizar as sugestões de experimentos que damos a seguir, para complementar seus cursos ou para a realização de trabalhos para feiras de ciências. Muitos dispositivos eletrônicos e elétricos tais como transformadores, bobinas, campainhas, motores, solenóides e relés utilizam um tipo de fio de cobre que é recoberto de uma fina capa de esmalte que serve de isolante. Com estes fios são enroladas bobinas que, ao serem percorridas por uma corrente elétrica, criam um campo magnético. Este campo magnético é o responsável pelos efeitos que fazem o dispositivo funcionar. Os fios esmaltados encontrados nestes dispositivos podem ter espessuras que variam desde os mais finos que um fio de cabelo até os mais grossos, que podem ter alguns milímetros de diâmetro.Tecnicamente pode-se indicar o fio por sua espessura em milímetros ou ainda através de um número "AWG" e este número será tanto mais alto quanto mais fino for o fio. Nas experiências que descrevemos e na maioria dos dispositivos que encontramos em eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos os fios têm números tipicamente entre 18 e 34. Para saber qual é o número do fio usamos uma tabela que dá o diâmetro correspondente. No entanto no caso dos mais finos, fica muito difícil medir este diâmetro diretamente. Assim, o que se faz é enrolar 10 ou 20 voltas num lápis, conforme mostra a figura 1 e depois dividir o valor medidor por este número de voltas.

Figura 1:Medindo a espessura de um fio esmaltado.

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Por exemplo, se enrolarmos 20 voltas de fio e medirmos 3 mm saberemos que cada volta corresponde a aproximadamente 0,15 mm e que portanto esta é a espessura do fio. Basta então consultar o valor mais próximo da tabela para o correspondente AWG. Apesar de não parecer, os fios esmaltados são isolados, isto é, recobertos por uma fina camada de esmalte que serve de isolante. Isto significa que se quisermos soldar ou ligar um desses fios a qualquer outro componente ou a uma placa de circuito impresso ou ponte precisamos remover a camada de esmalte isolante. Isto pode ser feito raspando-se com uma lâmina para o caso dos mais grossos e mesmo mais finos (com muito cuidado) ou ainda com uma lixa, conforme mostra a figura 2.

Figura 2: Tirando o esmalte para poder soldar ou ligar um fio esmaltado.

Se tentarmos soldar um fio esmaltado ou ligá-lo a uma pilha por exemplo, sem raspar o local de contacto removendo o esmalte a corrente elétrica não pode passar. Quando aproveitamos os fios esmaltados de algum aparelho ou dispositivo fora de uso precisamos ter cuidado em verificar se ele ainda está bom. O que ocorre ‚ que muitas vezes o dispositivo é abandonado porque queima, ou seja, sua temperatura eleva-se muito antes dele sofrer um dano que o impede de continuar funcionando. Quando isso ocorre, o fio tem sua capa de esmalte enegrecida e danificada passando a "descascar" em diversos pontos. Este fio não serve para mais as nossas experiências ou montagens pois não mais tem isolamento. O fio bom, conforme mostra a figura 3, deve ser marrom claro e não apresentar sinais de queima. O aparelho de onde ele foi retirado não deve estar "cheirando queimado" o que indica que esta foi a causa de sua queima.

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Figura 3: Identificando um fio esmaltado bom.

Diversos são os dispositivos de onde o leitor pode retirar fios esmaltados. Na figura 4 mostramos alguns deles.

Figura 4: Dispositivos de onde podem ser retirados fios esmaltados.

Os transformadores, por exemplo, podem ter dois enrolamentos com fios de espessuras diferentes. Desmontando com cuidado suas lâminas acessamos o carretel de onde podemos tirar muito fio esmaltado para nossas experiências e montagens. Campainhas de casa, relés e mesmo motores de eletrodomésticos (que não tenham queimado mas sim abandonados por outra causa emperramento ou quebra de partes, por exemplo) fornecem fios esmaltados para as experiências e montagens.. Projeto 1 - Eletroímã

Nível: Experimento simples para o ensino fundamental – a partir de quarta série.

Um simples eletro-imã pode ser construído com um pedaço de fio esmaltado e um preguinho. Material: 2 metros de fio esmaltado entre 28 e 32 1 prego pequeno (2 a 3 cm) 1 pilha média ou grande Enrole de 50 a 200 voltas de fio esmaltado no prego, conforme mostra a figura 5 e raspe as pontas dos fios no local que deve fazer contacto com a pilha.

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Figura 5: Um eletroímã construído com um prego e fio esmaltado.

Segurando os fios em contacto com a pilha a corrente que circula pela bobina de fio esmaltado cria um forte campo magnético que se concentra no prego. O prego passa então a atrair pequenos objetos de metal como alfinetes, clipes, preguinhos, lâminas de barbear, etc. O que explicar: Explique como uma corrente elétrica cria campos magnéticos e eles podem ser concentrados por materiais ferrosos. Mostre na experiência que tipos de materiais podem ser atraídos. Use diferentes materiais como: clipes, preguinhos, objetos de plástico, madeira e papel, alumínio, etc, separando os que podem e não podem ser atraídos pelo eletroímã. Peça aos alunos que expliquem porque. Não mantenha o eletroímã por muito tempo ligado, mas apenas alguns segundos (até 10) de cada vez. A corrente intensa tende a esgotar a pilha rapidamente e a aquecer a bobina de fio esmaltado. Questionário: - O que é o efeito magnético da corrente elétrica? - Explique como funciona o eletroímã. - Cite aplicações práticas para os eletroímãs. Experimentos adicionais:



Monte um pequeno guindaste controlado por um interruptor para atrair pequenos pedaços de metal, conforme mostra a figura 6.

Figura 6: Guindaste com eletroímã capaz de levantar pequenos objetos de metal.

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

Experimente aproximar o eletroímã de pequenos imãs permanentes verificando em que caso obtém-se atração e repulsão. Explique o que ocorre com base no sentido de circulação da corrente pela bobina do eletroímã.

Competição: Uma das maneiras de se tornar atraente um projeto é propor algum tipo de desafio ou competição para os alunos. Neste caso, podemos:  Monte uma varinha de pescar com o eletro-imã e proponha uma competição em que quem ganha é o que consegue “pescar” mais peixinhos magnéticos de uma bacia. Os peixinhos são de papelão com clipes presos e a bacia contém areia.  Proponha uma competição para ver quem consegue levantar mais peso. Utilize pesos progressivos de materiais metálicos ou ainda uma cestinha com um clipe, colocando gradativamente mais areia.

Projeto 2 - Um galvanômetro experimental

Nível: Experimentos simples, a partir da quarta série do fundamental.

Um galvanômetro é um instrumento que indica a passagem de corrente elétricas por um circuito. Um galvanômetro simples pode ser montado com base no efeito magnético da corrente elétrica. Para esta experiência precisaremos do seguinte material: - 2 a 4 metros de fio esmaltado fino (28 ou mais fino) - 1 pilha média ou grande - 1 potenciômetro de 47 k ohms - 1 resistor de 100 ohms - 1 clipe de prender papel - 1 pedaço de fio rígido 18 a 22 - 1 pedaço de linha comum - 1 pedal de papelão ou cartolina - Multímetro (opcional) Na figura 7 mostramos como o galvanômetro pode ser montado com seu circuito.

Figura 7: Montagem de um galvanômetro.

Seu funcionamento pode ser explicado da seguinte maneira: O fio esmaltado é enrolado de modo a formar uma bobina numa forma de papelão ou cartolina. Quando uma corrente elétrica (que deve ser detectada) circula pela bobina, um campo magnético é criado. Este campo atua sobre o clipe pendurado na linha mudando sua posição. Pelo movimento do clipe podemos avaliar a intensidade da corrente circulante: uma corrente forte causa uma movimentação maior do clipe. A experiência: No circuito mostrado na figura 8 usamos um potenciômetro para poder ajustar a intensidade da corrente e assim determinar a sensibilidade do galvanômetro. 8


Figura 8: Determinando a sensibilidade do galvanômetro.

Inicialmente colocamos o potenciômetro na sua posição de mínima resistência (todo para a esquerda ou no sentido anti-horário). Com isso a corrente no galvanômetro é maior. Tocando com os fios nos terminais da pilha a movimentação do clipe deve ser maior. Depois aumentamos um pouco a resistência do potenciômetro, girando um pouco o cursor do potenciômetro. A corrente diminui e a movimentação do clipe, ao se tocar com os fios na pilha, é menor. Vamos aumentando a resistência gradualmente até o ponto em que ao tocar com os fios na pilha o clipe não se movimente mais. Podemos determinar a sensibilidade do galvanômetro, ou seja a menor corrente que ele pode detectar de duas formas: 1. Pelo ângulo do giro do eixo em relação ao máximo. Por exemplo, se a detecção terminar com 50% do giro isso significa 22 500 ohms (47 k ohms = 47 000 ohms). Isso nos dá uma corrente que é calculada dividindo a tensão da pilha (1,5 V) pelos 22,500 ohms, ou seja, 0,0000666 A. Convertendo para milionésimos de ampere (microamperes) temos: 66,6 uA. 2. Medindo a resistência com o multímetro, conforme mostra a figura 9.

Figura 9: Utilizando o multímetro para determinar a sensibilidade do galvanômetro.

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Basta também dividir a tensão da pilha (1,5 V) pela resistência encontrada. Sugestões: Veja qual dos alunos consegue montar o galvanômetro mais sensível. Procure mostrar de que modo o número de voltas da bobina influi na sensibilidade.

clipe?



Questionário: Explique o funcionamento do galvanômetro. De que modo o sentido de circulação da corrente influi no movimento do clipe. É possível aumentar a sensibilidade do aparelho usando uma agulha imantada em lugar do Competição: Faça uma competição em que ganha quem conseguir montar o galvanômetro mais sensível.

Projeto 3 - A experiência de Oersted Nível: Dificuldade média. A partir da oitava série até o ensino médio, dependendo da abordagem.

Hans Christian Oersted, professor secundário na Dinamarca, numa experiência simples descobriu o efeito magnético da corrente elétrica. Usando poucos materiais estudantes e professores podem repetir esta experiência. Material: 1 pilha grande 1 pedaço de fio esmaltado 1 clipe ou agulha imantada 1 pedaço de fio rígido 18 a 22 1 pedaço de linha 2 pregos 1 tábua pequena Na figura 10 mostramos o experimento pronto para ser usado.

Figura 10: O experimento de Oersted.

O que explicar: Quando uma corrente elétrica circula por um meio condutor, por exemplo um fio, um campo magnético é criado. Este campo tem linhas de forças tais que tendem a envolver o fio. Isso significa que uma agulha imantada ou um material ferroso em forma de agulha colocado nas proximidades do fio tende a se orientar segundo as linhas de força do campo produzido. Esta orientação faz com que o clipe ou agulha imantada fique perpendicular ao fio. 10


A experiência: Basta encostar os fios nos terminais da pilha para que a corrente circule por um momento (a pilha não deve ficar permanentemente ligada ao fio pois sendo a corrente intensa, ela se esgotaria rapidamente). Com a circulação da corrente o campo magnético criado atua sobre a agulha ou clipe movimentando-o. A agulha tende a ficar perpendicular ao fio por onde passa a corrente. Sugestões: Pode ser utilizada uma bússola comum em lugar da agulha imantada ou clipe. A utilização de uma bobina como no experimento (b) aumenta a intensidade do campo e o sistema pode ser usado para detectar correntes, ou seja, como galvanômetro. Questionário: De que modo o sentido da corrente influi no campo magnético criado? Qual é a diferença entre o campo criado pela corrente e o campo criado por um imã permanente. Competição:

Desafie seus alunos para ver quem mede com mais precisão uma intensidade conhecida de corrente, utilizando a balança de ampère.

Projeto 4 - Construindo um solenóide Nível: A partir do fundamental (com a ajuda do professor) até o médio.

Um solenóide é uma bobina cilíndrica sem núcleo no seu interior. Quando uma corrente elétrica circula por um solenóide cria-se um campo magnético que é mais intenso no seu interior. Podemos construir facilmente um solenóide e mostrar que objetos de metais ferrosos colocados nas suas extremidades são atraídos para seu interior quando a corrente é estabelecida. Material: 4 pilhas pequenas, médias ou grandes 1 tubinho de papelão de 1 cm de diâmetro e de 5 a 6 cm de comprimento. 20 ou mais metros de fio esmaltado fino (28 ou mais fino) Pequenos objetos de metal como clipes, preguinhos, alfinetes, etc. Na figura 11 mostramos como o solenóide é construído e utilizado num pequeno canhão.

Figura 11: Construção do canhão com solenóide

O que explicar: Mostre através de desenhos como é o campo magnético criado por um solenóide. Parta da experiência de Oersted para mostrar porque o campo se concentra no seu interior.

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PROJETOS PARA FEIRA DE CIÊNCIAS E EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA A experiência:

Coloque preguinhos, alfinetes ou outros pequenos objetos nas extremidades do solenóide e depois encoste os fios do solenóide por um momento nos terminais das pilhas. O campo criado vai "puxar" para dentro do solenóide os pequenos objetos de metal. Mostre que somente objetos de metais ferrosos são atraídos para o seu interior. Não mantenha o solenóide ligado por mais do que alguns segundos de cada vez. A corrente intensa tende a aquecê-lo e a esgotar rapidamente as pilhas. Sugestões: Monte o canhão eletromagnético conforme mostra a figura 11. Um toque nos terminais do suporte de pilhas vai fazer com que o êmbolo seja puxado fortemente para o interior do solenóide atirando longe a "bala" que nada mais é do que um grão de feijão ou uma pelotinha de papel. Faça uma competição entre seus alunos para ver quem monta o canhão que atira mais longe. Mostre que o campo criado é da mesma natureza que o de imãs permanentes podendo atrair ou repelir conforme o pólo do imã próximo. Competição: Faça uma competição para ver quem monta o solenóide com mais força. Monte o canhão e faça uma competição para ver qual atira o projétil mais longe. Questionário:

As linhas de força do campo de um solenóide são abertas ou fechadas? Do que depende da intensidade do campo magnético criado? Por que os objetos de metal ferroso são puxados para o interior do solenóide?

Projeto 5 - Um transformador experimental

Nível: A partir da sétima série do médio, mas recomendado para o médio pelos princípios utilizados.

Os transformadores são dispositivos que podem converter energia elétrica mudando a tensão e a corrente. Podemos mostrar como este tipo de dispositivo funciona montando uma versão experimental. Para esta finalidade precisaremos do seguinte material: 1 pilha pequena ou média 1 argola de metal ferroso ou ferrite 40 metros de fio esmaltado fino (30 a 34) 1 multímetro 1 lima Como funciona:

Um transformador tem duas bobinas enroladas com fios esmaltados num núcleo comum. Quando aplicamos uma tensão numa das bobinas (denominada enrolamento primário) um campo magnético é produzido, criando linhas de força que se expandem. Ao expandir, estas linhas cortam as espiras da segunda bobina (denominada enrolamento secundário). O resultado será a indução no segundo enrolamento de uma tensão. Quando a corrente se estabiliza na primeira bobina, as linhas não mais cortam a segunda e com isso a indução para. Se a corrente na primeira bobina for interrompida, as linhas de força do campo magnético se contraem e com isso cortam novamente as espiras da segunda bobina. O resultado disso é a indução de uma tensão mas agora com polaridade invertida. Veja então que se uma corrente for estabelecida e desligada rapidamente no enrolamento primário, vai haver a presença de picos ou pulsos de tensão no secundário com polaridade que se inverte constantemente, conforme mostra a figura 12.

Figura 12: A indução de tensão no enrolamento secundário de um transformador. 12


Este fato da corrente precisar estar variando constantemente num dos enrolamentos para haver indução no outro, faz com que o transformador seja um dispositivo que funciona somente em circuitos de corrente alternada ou ainda corrente que varie de outra forma. A experiência:

Na figura 13 temos o modo de se enrolar o transformador experimental.

Figura 13: Enrolando o transformador experimental.

Os enrolamentos são formados por aproximadamente 50 a 100 voltas de fio fino na argola. Assim o campo magnético criado por uma bobina tem suas linhas percorrendo a argola que a concentra na segunda bobina. O circuito completo para a experiência é mostrado na figura 14.

Figura 14: Circuito completo para a experiência.

O que fazemos é esfregar a ponta do fio ligado à pilha na lima de modo que a corrente que circula pela bobina sofra variações bruscas, fato fundamental para que ocorra a indução, conforme vimos. O resultado disso é que ao fazer esta operação a tensão induzida será acusada pela agulha do multímetro (ou por um galvanômetro, como o que montamos em experimento anterior, veja sugestões). Observe que o multímetro deve ser colocado numa escala de tensões alternadas. Mostre que se deixarmos o fio encostado na lima sem esfregá-lo, de modo que a corrente se estabilize na bobina, não haverá indução. Para que o transformador funcione é preciso haver variações da corrente. Nesta última fase da experiência não deixe o fio encostado por muito tempo, pois a corrente intensa pode esgotar rapidamente a pilha além de aquecer a bobina. Sugestões: Um LED em série com um resistor de 470 ohms pode ser usado para acusar a corrente induzida no secundário. Um galvanômetro também pode ser usado para esta finalidade desde que em série tenhamos colocado um diodo como o 1N4148. A mesma experiência pode ser realizada com um transformador comum conforme mostra a figura 15.

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Figura 15: utilizando um transformador comum no mesmo experimento.

Competição: Utilize um LED em série com um resistor de 1 k para ver quem consegue fazer um transformador que o acende com mais força. Pode ser utilizado o multímetro para medir o pico de corrente gerado. Questionário:

Explique o funcionamento do transformador. Por que não há indução com corrente contínua pura aplicada ao enrolamento primário? Dê exemplos de uso prático de transformadores. Explique a diferença entre corrente contínua e corrente alternada.

Projeto 6 - Um zumbidor

Nível: Fundamental e médio (a partir de sétima série). Deve contar com a ajuda do professor.

Uma aplicação importante dos eletroímãs e que pode ser realizada com base num simples pedaço de fio esmaltado é o zumbidor. O mesmo princípio é encontrado nas buzinas de carro e em outros dispositivos. Para construir um simples zumbidor precisaremos do seguinte material: 5 1 1 2 4 1

a 10 metros de fio esmaltado fino 30 a 34. preguinho ou parafuso de 3 a 4 cm de comprimento base de madeira de 1,5 x 5 x 12 cm pedaços de lata cortados conforme mostra a figura 16 preguinhos pequenos pilha comum pequena, média ou grande

A montagem do zumbidor e de seu circuito ‚ mostrada na figura 16.

Figura 16: Montagem do zumbidor.

Observe o ponto em que as latinhas encostam uma na outra. É muito importante raspar a tinta das latinhas neste ponto para que o contacto elétrico seja perfeito.

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PROJETOS PARA FEIRA DE CIÊNCIAS E EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Explicação:

Quando as latinhas se mantém em contacto a corrente pode circular pela bobina enrolada no prego produzindo assim um forte campo magnético que atrai uma das latinhas. Ao atrair esta latinha a corrente é interrompida. Com isso cessa a força de atração e a latinha tende a voltar à sua posição normal encostando na outra. O resultado é o restabelecimento da corrente e uma nova atração. A corrente fica então sendo estabelecida e interrompida rapidamente levando a latinha a uma vibração. O resultado dessa vibração é a produção de um som semelhante ao de um zumbido. As campainhas e buzinas de carro funcionam desta forma. A rigidez e o tamanho das latinhas determinam o som produzido. A experiência: Na montagem ajuste as latinhas para que encostem uma na outra. Ligue a pilha ao circuito (raspe as pontas do fio esmaltado para haver contacto). Deve haver a vibração da latinha maior produzindo som. Tente usar duas ou mais pilhas se o som produzido for muito fraco. Não deixe o zumbidor muito tempo ligado pois a corrente intensa tende a aquecer a sua bobina. Sugestões:

Ligue um alto-falante comum em série com o circuito para obter a reprodução do som amplificado, conforme mostra a figura 17.

Figura 17: Usando um alto-falante para obter som amplificado.

Ligando um manipulador em série com a pilha podemos ter um telégrafo experimental para demonstrações. Competição: Faça uma competição para ver qual zumbidor toca mais alto. Questionário:

Por que ligando a pilha diretamente à bobina não são produzidas as vibrações? Explique como funciona uma campainha de corrente alternada.

Projeto 7 - Balança de Ampère

Nível: Indicada para o ensino médio por tratar de tema estudado em eletromagnetismo.

Os campos magnéticos produzidos pela corrente que circula por dois condutores elétricos paralelos são responsáveis por forças de repulsão que tende a afastá-los, se tiverem o mesmo sentido, conforme mostra a figura 18.

Figura 18: Princípio da Balança de Ampère. 15


Usando esta força podemos fazer uma "balança" que pela intensidade da força exercida entre condutores possibilita a medição da intensidade de uma corrente elétrica. Esta balança, denominada "balança de ampère" pode ser construída facilmente utilizando-se fio esmaltado comum e mais alguns componentes de fácil obtenção. O seguinte material ‚ necessário para a construção dessa balança: 20 metros de fio esmaltado de espessura 22 a 28. 1 base de madeira 2 metros de fio rígido 16 ou 18 1 pedaço de linha 1 pilha comum 1 potenciômetro de 100 ohms Na figura 19 temos a montagem dessa balança.

Figura 19: Montagem da Balança de Ampére.

Na montagem duas bobinas. de umas 10 espiras de fio cada uma são colocadas na posição indicada. O ponto em que os fios esmaltados são emendados deve ser descascado (raspado) para que haja bom contacto elétrico. Para maior confiabilidade será interessante soldar todas as ligações ou usar terminais de parafusos. Explicação: São enroladas duas bobinas que ficam lado a lado. Quando uma corrente elétrica circula pelas duas bobinas são criados campos magnéticos com tal orientação, que entre as bobinas surge uma força de repulsão. O resultado ‚ que, sendo uma das bobinas móvel, ela tende a se afastar da bobina fixa. O ângulo de afastamento será tanto maior quanto maior for a intensidade do campo magnético e portanto a intensidade da corrente circulante. Podemos então avaliar a intensidade da corrente pelo afastamento das bobinas. No experimento podemos variar a intensidade da corrente através do potenciômetro, mostrando os diversos ângulos obtidos.

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A experiência: Encoste os fios no terminal da pilha inicialmente com o potenciômetro na posição de menor resistência. A bobina móvel deve afastar-se de um certo ângulo (se a bobina tender a aproximar-se basta inverter sua ligação). Depois abra o potenciômetro gradualmente repetindo a experiência. A corrente vai sendo reduzida, e o afastamento da bobina vai ocorrer com ângulos cada vez menores. Não mantenha a pilha ligada ao circuito por muito tempo pois a corrente é intensa podendo descarregá-la. Sugestões: Ligue um amperímetro em série com o circuito para medir a corrente no circuito nas diversas fases da experiência. Faça um gráfico associando os ângulos de abertura das bobinas com a intensidade da corrente. Competição:

Premiar a balança mais sensível ou a que proporcionar a indicação mais precisa de uma corrente conhecida. Questionário: Explique porque as bobinas se repelem? Explique porque ocorre atração de uma das bobinas tiver sua ligação invertida.

Projeto 8 - Indução Nível: A partir do fundamental

Linhas de força de um campo magnético cortando as espiras de uma bobina induzem uma tensão nesta bobina. Se esta bobina for ligada a um circuito externo ocorre a circulação de uma corrente. A indução é um fenômeno dinâmico que pode ser demonstrado através da experiência descrita a seguir. Para ela precisaremos do seguinte material: 20 metros de fio esmaltado fino 28 a 32 1 pequeno imã permanente 1 agulha imantada ou clipe para papel 1 pedaço de madeira ou cartão de 15 x 15 cm 1 tubinho de papelão de 1 cm de diâmetro ou pouco mais (que caiba o imã no seu interior) e de 3 a 5 cm de comprimento 1 pedaço de linha comum 30 cm de fio rígido 16 a 20 Na figura 20 temos o modo como devemos fazer a ligação dos diversos elementos para esta experiência e detalhes da construção de cada um.

Figura 20: Demonstrando o fenômeno da indução.

A bobina enrolada no tubinho de papelão tem de 30 a 100 voltas de fio. A agulha é pendurada junto à segunda bobina de modo a ficar sujeita a seu campo. Esta bobina tem de 10 a 20 espiras do mesmo fio. 17


Explicação: Quando movimentamos rapidamente o imã de modo que ele entre e saia do tubinho com a bobina, uma tensão é induzida nesta bobina e com isso uma corrente que circula pela segunda bobina. O resultado é que a corrente na segunda bobina atua sobre a agulha imantada que se movimenta. Veja que se o imã permanecer parado as linhas de for‡a não cortam as espiras de forma dinâmica e com isso não há indução. A indução só ocorre quando o imã se movimenta. A bobina com o tubinho deve ficar bem afastada da bobina que atua sobre a agulha para que a influência na movimentação da agulha seja apenas do campo desta segunda bobina. A experiência: Prenda o imã num pauzinho ou num lápis de modo a haver maior facilidade de movimentação. Rapidamente introduza e retire o imã do tubinho. A agulha indicadora deve movimentar-se mostrando que corrente elétrica foi produzida. Mostre que se o imã ficar parado no interior do tubinho ou fora não haverá indução de corrente. Sugestões: Use um multímetro para mostrar a corrente induzida em lugar da segunda bobina. Mostre que se a bobina se movimentar em relação ao imã haverá também a indução de corrente. Competição:

Premiar quem faz um LED acender com maior brilho ou gera maior pulso de tensão indicada por um multímetro. Questionário:

Explique o fenômeno da indução eletromagnética. Explique como energia elétrica pode ser produzida por dínamos e alternadores. Explique porque o fenômeno da indução é dinâmico.

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2. PROJETOS DE SUCATA Recebemos uma boa quantidade de cartas de leitores que, desmontando aparelhos antigos fora de uso acabam por fazer um estoque de componentes que gostariam de aproveitar em algum projeto. Outros leitores, por outro lado, se queixam da dificuldade cada vez maior de encontrar peças em seus fornecedores e finalmente existem aqueles que moram em localidades em que não existem vendedores de componentes. É claro que aproveitando componentes tirados de aparelhos antigos, não os temos indicado em nossos projetos "normais". Por este motivo, para atender a estes leitores, preparamos esta série que pode ajudar muito professores e alunos que desejam projetos e experimentos. Estes projetos "de sucata" que fazem uso de componentes que podem ser obtidos de aparelhos desmontados ou em "desmanches" eletrônicos. Os leitores iniciantes com poucos recursos ou ainda os que tem dificuldades de compra podem ter algumas idéias interessantes com os projetos que descrevemos a seguir. Observações:

Antes de passarmos diretamente aos projetos será importante darmos algumas "dicas" sobre o aproveitamento de componentes de sucata pois sempre existe o perigo de não estarem bons ou de haver alguma dificuldade com sua identificação. Transistores e circuitos integrados são os componentes que basicamente podem ser encontrados em aparelhos antigos e que, por não mais serem fabricados, não são encontrados em lojas, e por isso também não são indicados em novos projetos de publicações técnicas. Existem, entretanto, muitos destes componentes que podem ser aproveitados em projetos interessantes, desde que o leitor os consiga. Um outro caso importante que deve ser levado em conta ‚ que em lojas de grandes centros como as da Rua Santa Ifigênia em São Paulo existem ofertas de sucatas e placas que podem ser fonte de muitos componentes "aproveitáveis" os quais podem ser conseguidos a um custo muito baixo. Não recomendamos que o leitor escolha um projeto dos que descrevemos neste artigo para depois sair atrás do componente recomendado, pois certamente terá dificuldades. Para este caso, em que o projeto é interessante mas o leitor não tem o componente, existirão projetos semelhantes usando componentes mais modernos e que portanto podem ser adquiridos nas lojas, abordados em artigos normais desta e de outras revistas. TRANSISTORES JAPONESES A maioria dos rádios transistorizados e gravadores antigos consistem numa fonte de transistores de tipos muito comuns que podem ser aproveitados para projetos simples. Certamente o leitor que desmontou alguns destes aparelhos deve ter uma pequena coleção de transistores cujos tipos começam com a sigla 2SA ou 2SB. Os números que vem depois podem resultar em tipos como 2SB54, 2SB75, etc, conforme mostra a figura 21.

Figura 21: Transistores japoneses começam com 2SA, 2SB ou 2SD.

Estes são transistores de uso geral e de RF para baixa potência e em muitos casos têm características que se aproximam dos conhecidos BC558 já que na maioria dos casos são PNP, e que por isso podem ser usados projetos semelhantes. Dizemos que apenas "lembram" porque estes transistores são de germânio com características de ganho e polarização um pouco diferente dos BCs que são de silício. No entanto, existem diversas aplicações em que sua utilização pode ser equivalente como por exemplo: • Acionamento de LEDs em circuitos de corrente contínua • Como amplificadores de áudio em circuitos de baixa potência • Em alguns tipos de osciladores e multivibradores de baixa freqüência É claro que também existem projetos imediatos que o leitor pode fazer com estes transistores, desde que saiba identificar os seus terminais de emissor (E), coletor (C) e base (B). A maioria dos transistores deste tipo possui uma marca junto ao terminal de coletor, conforme mostra a figura 22. 19


Figura 22: A marca, pinta ou triângulo no transistor indica a posição do terminal de coletor.

A melhor maneira de se identificar os terminais de um transistor desconhecido, quando isso não é possível por esquemas ou manuais ‚ com a utilização do circuito da figura 23.

Figura 23: Circuito para identificar os terminais de um transistor.

Trata-se de um "identificador de transistores" de sucata válido para os tipos PNP com siglas 2SA, 2SB, OC e AC que o leitor poder ter no seu estoque e deseja saber o estado. Na figura 24 temos o aspecto da montagem feita com base numa ponte de terminais.

Figura 24: Circuito identificador de transistores montado em ponte de terminais.

LISTA DE MATERIAL B1 - 2 pilhas - 3 V R1 - 330 ohms x 1/4 W - resistor (laranja, laranja, marrom) R2 - 10 k ohms x 1/4 W - resistor (marrom, preto, laranja) LED1 - LED vermelho comum S1 - Interruptor de pressão Diversos: fios, garras jacaré de cores diferentes (preta, vermelha e verde), suporte de pilhas, etc. O procedimento para o uso deste provador é muito simples: basta ligar as garras jacaré‚ nos terminais do transistor em combinações diferentes (que são 6) e a cada ligação apertar o interruptor observando o LED conforme mostra a figura 25.

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Figura 25: Utilizando o identificador de terminais de transistores;

Existem combinações em que o LED não acende de modo algum e existem combinações em que ao se conectar as garras o LED já acende. No entanto, existe uma única combinação, que o leitor deve descobrir, em que o LED acende somente quando pressionamos o interruptor S1. Nesta combinação temos a resposta para a disposição dos terminais do transistor misterioso: a garra vermelha estará no emissor (E), a garra preta estará no coletor(C) e a garra verde na base (B). È só anotar isso em pedacinhos de fita crepe (ou fita adesiva das cores das garras) e fixá-las nos terminais do seu transistor para futuro aproveitamento, conforme mostra a figura 26.

Figura 26: Um transistor com os terminais devidamente identificados.

Se o LED permanecer aceso ou apagado na maioria das provas e não responder ao comando de S1 em nenhuma delas isso é sinal de que o transistor está ruim (curto ou aberto) e não pode ser utilizado. Obs: Digitando-se o tipo de transistor em mecanismos de busca da internet como o Google, podemos encontrar a folha de dados (data sheet) do transistor, normalmente no formato PDF. Abrindo esta folha teremos não só suas características como também a identificação de seus terminais. PROJETOS Usando um transistor aproveitado conforme os testes descritos podemos dar alguns projetos simples: Projeto 9 - Provador de continuidade Nível: A partir da oitava série do fundamental. Eventualmente o professor deve fazer as soldagens preparando um “pré-kit” de montagem. O circuito da figura 27 utiliza um transistor PNP da série 2SB, 2SA, OC ou ainda AC e serve para acusar o estado do enrolamento de transformadores, bobinas, verificar capacitores e resistores além de muitas outras provas importantes.

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Figura 27:Provador de continuidade sensível com transistor de sucata.

Sua montagem pode ser feita com base numa ponte de terminais conforme mostra a figura 28.

Figura 28: Montagem do provador de continuidade.

As pontas de prova podem ser do tipo comercial ou improvisadas com pregos isolados com fita isolante comum. LISTA DE MATERIAL LED - LED vermelho comum B1 - 3 V - 2 pilhas pequenas R1 - 220 ohms x 1/4 W - resistor (vermelho, vermelho, marrom) 2 - 4,7 k ohms x 1/4 W - resistor (amarelo, violeta, vermelho) PP1, PP2 - pontas de prova - ver texto Diversos: suporte de pilhas, ponte de terminais, caixa para montagem, fios, solda, etc.

Projeto 10 - Oscilador Hartley de Prova Na figura 29 temos um simples gerador de áudio que aproveita basicamente dois componentes de sucata comuns: o transistor e o transformador.

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Figura 29: oscilador de áudio construído com transistor de sucata.

Este oscilador pode ser usado para a prova de alto-falantes e fones de ouvidos, como alarme sonoro, injetor de sinais ou ainda provador auditivo de continuidade. Na figura 30 temos a disposição dos componentes para a montagem numa ponte de terminais.

Figura 30: Montagem do oscilador de prova.

O transistor pode ser qualquer um da série 2SA, 2SB, OC ou AC e o capacitor C1 assim como C2 devem ser alterados na faixa de valores indicada no diagrama de modo a adaptar as características do transistor ao transformador para que as oscilações ocorram do modo desejado. O transformador é aproveitado de um rádio transistorizado, de preferência do tipo que usa duas ou quatro pilhas pequenas. Este transformador é identificado facilmente pois terá dois de seus terminais ligados ao alto-falante do rádio (que também pode ser aproveitado no projeto). O outro transformador, existente perto deste na mesma placa não serve pois é o driver. A freqüência do oscilador será ajustada no potenciômetro. Se o transistor usado não oscilar o leitor pode tentar alterar os valores dos capacitores, mas se nada conseguir devido ao não casamento de suas características com as do transformador deve experimentar outro. Uma possibilidade é utilizar o próprio transistor que está ligado ao transformador na placa do rádio que foi desmontado. Obtivemos bons resultados com este circuito usando transistores 2SB75, 2SB175, 2SB54, OC74, OC71, etc. Para o provador auditivo de continuidade as pontas de prova serão ligadas conforme mostra a figura 31.

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Figura 31: Ligação das pontas de prova para o provador de continuidade

O que explicar: Peça para o alunos fazerem um trabalho sobre condutores e isolantes, explicando o porque de se comportarem desta maneira. Fale das utilidades dos condutores e isolantes. Dê o conceito de resistência elétrica. Lista de Material - Oscilador Hartley Q1 - Qualquer transistor PNP (2SA, 2SB, AC ou OC) B1 - 2 pilhas pequenas T1 - Transformador de saída para transistores - ver texto P1 - 47 k ohms - potenciômetro R1 - 1 k ohms x 1/4 W - resistor (marrom, preto, vermelho) FTE - 8 ohms - alto-falante pequeno C1 - 2,2 nF a 10 nF - capacitor cerâmico ou poliéster C2 - 10 nF a 220 nF - capacitor cerâmico ou poliéster Diversos: ponte de terminais ou matriz de contatos, suporte de pilhas, base ou caixa para montagem, fios, solda, botão para o potenciômetro, etc. Competição: Coloque caixas pretas ou objetos conhecidos, condutores e isolante. Quem separar os condutores dos isolantes no menor tempo ganha a competição. Entre um grupo de caixas pretas ou objetos o que apresenta maior resistência. Ganha quem fizer isso em primeiro lugar.

Projeto 11 - Radio Experimental AM Nível: Indicado para o ensino médio ou para matérias eletivas (eletrônica) Podemos aproveitar muitos componentes montando um rádio AM transistorizado a partir de um rádio AM comum fora de uso. O trabalho será muito interessante como iniciação para os leitores menos experientes que poderão ter um projeto didático simples com este receptor. O rádio precisa de uma boa antena externa que pode ser um fio esticado e isolado nas pontas com pelo menos 10 metros de comprimento pois a sensibilidade do circuito não é grande. Na figura 32 temos o diagrama completo do rádio experimental de AM com componentes de sucata.

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Figura 32: Diagrama do rádio experimental.

A disposição dos componentes numa ponte de terminais é mostrada na figura 33.

Figura 33: Aspecto da montagem.

A bobina é formada por 80 a 100 voltas de fio comum ou esmaltado 28 ou próximo disso, num bastão de ferrite de 0,8 a 1 cm de diâmetro e de 10 cm a 25 cm de comprimento. Este bastão de ferrite pode ser aproveitado de qualquer velho rádio AM e a tomada é feita entre a vigésima e a trigésima espira a partir do lado de ligação à terra. O capacitor variável usado para a sintonia também pode ser aproveitado de qualquer velhor rádio AM. Outro componente que pode ser aproveitado de alguns rádios ou mesmo de televisores antigos é o diodo. Qualquer diodo serve dando-se preferência aos tipos 1N ou OA de germânio. Como pelo tipo é difícil para o leitor saber qual é qual, o melhor é fazer experiências. Assim, se o leitor tiver vários tipos disponíveis deve experimentar qual deles dá mais sensibilidade ao seu rádio. Para a escuta temos diversas possibilidades: O ideal é utilizar um fone de alta impedância ou cristal. No entanto, estes fones nem sempre são fáceis de encontrar. Podemos então empregar uma cápsula cerâmica de alta impedância, um buzzer ou mesmo um tweeter piezoelétrico depois de retirar o pequeno transformador que existe no seu interior fazendo uma "ligação direta" ao pequeno cristal, conforme mostra a figura 34.

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Figura 34: Usando o tweeter piezoelétrico como fone.

Outra possibilidade consiste em se usar um alto-falante comum com um transformador de saída (aproveitado de um velho rádio). Em todos os casos, entretanto, como a amplificação é pequena deveremos usar fone ou alto-falante perto do ouvido. Para usar o rádio é só ligar sua alimentação (pilhas) e ajustar o capacitor variável para sintonizar a estação desejada. A ligação à terra é importante e deve ser feita em algum objeto de metal de grande porte, em contacto com o solo como uma geladeira, esquadria de porta ou janela, etc. LISTA DE MATERIAL - Radio AM Q1 - Qualquer transistor PNP (2SA, 2SB, BC, OA, etc desde que PNP) D1 - Qualquer diodo de germânio L1 - Bobina - ver texto CV - capacitor variável de rádio AM C1 - 100 nF - capacitor de qualquer tipo R1 - 47 k a 220 k ohms x 1/8 W - resistor R2 - 1 k ohms x 1/8 W - resistor (marrom, preto, vermelho) F1 - Fone de ouvido - ver texto B1 - 3 V - 2 pilhas pequenas Diversos: bastão de ferrite, ponte de terminais, suporte de pilhas, antena, fios, solda, etc. Competição: Premiar o melhor rádio, o mais seletivo, o mais sensível ou o que conseguir pegar mais estações.

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3. PROJETOS DE TELECOMUNICAÇÕES As telecomunicações, com fio ou sem fio, oferecem uma gama muito grande de possibilidades para a elaboração de projetos simples para aprender tecnologia, para demonstrações ou ainda feira ciências. Numa primeira seleção, escolhemos o tema telégrafo, o primeiro meio de comunicações eletrônicas que é o precursor do modem moderno, usado para transmitir bits. De fato, o código Morse utilizado, que se baseia em pontos e traços pode facilmente ser considerado analógico ao binário em que se utilizam zeros e uns. Os telégrafos que descrevemos são de montagem muito simples, consistindo em projetos ideais tanto para o ensino fundamental como médio. TRÊS TELÉGRAFOS EXPERIMENTAIS Se bem que os telégrafos já estejam superados, pois existem sistemas de comunicações muito mais eficientes, a montagem de um telégrafo tem uma importância didática muito grande. Ela nos leva à história das telecomunicações e pode ensinar muito sobre eletricidade. Utilizando componentes simples, os três projetos que apresentamos são ideais para estudantes, principalmente como introdução à eletrônica e mesmo eletricidade no ensino fundamental e médio.

Projeto 12 - Telegrafo Sonoro de Uma e Duas Vias Nível: A partir da quarta série do fundamental (com ajuda do professor) A base deste projeto é um receptor que consiste num dispositivo eletromagnético experimental capaz de converter pulsos de corrente codificados pelo manipulador em batidas audíveis que podem ser interpretadas como pontos e traço, exatamente como nos telégrafos antigos. O princípio de funcionamento deste receptor é bastante simples: um pequeno eletro-imã é colocado nas proximidades de uma lâmina de metal flexível. Quando o eletro-imã é percorrido por uma corrente, o campo criado faz a lâmina bater no seu núcleo produzindo um estalido audível. Quando a corrente é interrompida, a lâmina volta a sua posição normal, esperando então um novo pulso. Com um receptor bem feito podemos estender fios de até mais de 50 metros entre a estação transmissora e a receptora. O receptor tem sua construção detalhada na figura 35, observando-se que uma pequena base de madeira é utilizada para essa finalidade.

Figura 35: Construção do receptor.

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Material Para o Receptor: 1 base de madeira ou acrílico de 10 x 5 cm 1 lâmina de metal (lata) de 10 x 1,5 cm 1 ponte de 2 terminais com parafusos 1 parafuso de 1”x 1/” para o eletro-imã 2 arruelas e porcas para o parafuso 20 a 50 metros de fio esmaltado 30 a 34 AWG 6 parafusos de ¼ x 1/8” para fixação da lâmina e ;és 4 pés de plástico ou borracha Na figura 36 temos o circuito completo do sistema, observando-se que o manipulador pode também ser feito com uma chapinha de metal, ou ainda ser usado um interruptor de pressão.

Figura 36: Circuito do telegrafo completo.

Material para o Telégrafo Completo B1 – 6 V – bateria ou 4 pilhas pequenas M1 – Manipulador R1 – Receptor telegráfico 20 cm de cabinho 30 metros de fio flexível ou 15 metros de fio duplo Na mesma figura temos a construção de um sistema de uma via, ou seja, com a possibilidade de se ter uma transmissão unilateral. Para uma transmissão em duas vias temos o circuito mostrado na figura 37.

Figura 37: Versão de duas vias.

Nessa configuração é muito importante observar a polaridade das baterias e dos diodos. Para montar enrole de 200 a 1000 espiras de fio esmaltado fino para fazer o eletro-ima. Dobre a lâmina da forma indicada deixando uma pequena separação de 1 a 2 mm entre ela e o núcleo do imã, depois que ele for fixado. Raspe bem as pontas do fio esmaltado nos pontos de ligação para garantir um bom contacto elétrico. 28


Observamos que o circuito também pode operar com tensões menores do que 6 V, no entanto, isso deve ser verificado experimentalmente em função da força obtida para o acionamento do eletro-imã. Competição: Fazer um concurso para ver quem transmite uma mensagem no menor tempo possível.

Figura 38: Fixação das barras de metais.

Projeto 13 - Telégrafo de Longo Alcance com Lâmpada Neon Nível: Por ser mais complexo que o anterior é indicado a partir da sétima série do ensino fundamental. Esse circuito tem dois diferenciais em relação ao anterior. Usamos um receptor visual, ou seja uma lâmpada, e para a conexão entre as estações usamos apenas um fio de ligação sendo o retorno feito pela terra, conforme mostra a figura 39.

Figura 39: Circuito do telégrafo de longo alcance.

Como a lâmpada neon precisa de pelo menos 80 V para acender e queremos o máximo de segurança na operação, vamos trabalhar com dois transformadores. Um deles reduz a tensão da rede para um valor seguro, de modo que possamos usar um manipulador com o máximo de segurança enquanto que outro aumenta a tensão para a transmissão. O aumento da tensão para a transmissão tem uma grande vantagem: possibilita maior alcance. De fato, o fio ao receptor, se bem isolado pode ter mais de 200 metros de comprimento. A idéia básica na comunicação telegráfica é a 29


mesma do projeto anterior. Uma piscada curta da lâmpada representa um ponto e uma piscada mais longa um traço. Na figura 40 mostramos como utilizar uma barra para retorno via terra, empregando apenas um fio.

Figura 40: Utilizando uma barra de retorno.

Lista de Material: T1, T2 – transformador de alimentação com primário para a rede local e secundário de 6,3 V x 300 mA ou 500 mA M1 – Manipulador NE-1 – Lâmpada neon comum, NE-2H ou equivalente R1 – Resistor de 100 k ohms x ½ W 1 base de 10 x 5 cm para a lâmpada neon 3 cabinhos de 20 cm 200 metros de fio (máximo) 2 barras de metal de 40 cm Veja que na montagem, usamos um soquete para a lâmpada neon, caso seja usado um tipo de rosca. Para a lâmpada comum, usa uma barra de terminais. Escolha um local de bom grau de umidade. Se o solo for muito seco,jogue um pouco de água com sal para melhorar sua condutividade elétrica. Para a montagem de um sistema de comunicações em duas vias, use o circuito da figura 41.

Figura 41: Sistema de duas vias.

Para esse sistema será preciso usar uma chave de câmbio. Essa chave deve ser posicionada conforme a estação esteja recebendo ou transmitindo. Assim, quando uma estação terminar de transmitir, ela deve avisar a outra estação para que a posição da chave seja mudada. O código Morse prevê um sinal de “fim de transmissão” para essa finalidade. Competição: * A mesma do projeto anterior: ver quem consegue transmitir uma mensagem no menor tempo.

Projeto 14 - Telégrafo com Oscilador de Áudio Nível: Como já existe a necessidade de soldagem e componentes num circuito elétrico, este projeto é indicado para o ensino médio ou disciplinas eletivas. O projeto de longo alcance mostrado na figura 42 utiliza como transmissor um oscilador de áudio com um transformador elevador de tensão e como receptor um fone piezoelétrico de alta impedância.

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Figura 42: Circuito de telégrafo com oscilador de áudio.

Em condições favoráveis os fios de interligação entre as estações podem alcançar vários quilômetros. Nesta versão de uma via, o fio pode ser tanto desencapado, mas com isoladores nos locais em que os prendem a postes, ou ainda encapado, do tipo utilizado com telefones. O receptor é uma cápsula piezoelétrica ou um fone piezoelétrico. O ajuste do tom transmitido é feito no potenciômetro de 100 k ohms. A alimentação pode ser feita com tensões de 6 a 12 V. Observamos que a tensão obtida no secundário do transformador é elevada, podendo causar choques desagradáveis em caso de toque acidental. Na figura 43 temos a montagem do circuito com base numa ponte de terminais, já que se trata de montagem com finalidade experimental ou didática.

Figura 43: Montagem do circuito numa ponte de terminais.

A alimentação pode se feita com pilhas comuns médias ou grandes ou ainda fonte de pelo menos 500 mA. O transformador tem primário de 110 V ou 220 V e secundário de 6 a 12 V com 300 mA ou mais de corrente. O manipulador é comum, como descrito nos demais projetos de telégrafo deste livro. Lista de Material Q1 – BC548 – transistor NPN de uso geral Q2 – BD136 – Transistor PNP de uso geral T1 – Transformador – ver texto BZ – Cápsula piezoelétrica B1 – 6 a 12 V – pilhas médias, grandes ou fonte M1 – manipulador comum P1 – 100 k ohms – potenciômetro (lin ou log) R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja R2 – 1 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, vermelho C1 – 47 nF – capacitor cerâmico ou poliéster Diversos: Suporte de pilhas, ponte de terminais, fios, solda, etc.

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Competição: Ver quem transmite uma mensagem no menor tempo possível. Projeto 15 - MINI COMUNICADOR Nível: Com um pré-kit pode ser utilizado a partir do fundamental e de uma forma mais completa no nível médio ou em eletivas. Eis um circuito experimental com apenas 5 componentes que tem por finalidade possibilitar a comunicação em uma via de duas pessoas separadas por grandes distâncias, usando fios comuns. Você pode estender os fios de ligação ao tweeter (TW) ou transdutor piezoelétrico a uma distância superior a 100 metros sem perda apreciável da intensidade do sinal. Como não temos etapas de amplificação e se trata de circuito experimental não podemos esperar alto-rendimento. Isso significa que na operação o tweeter ser usado como telefone, junto ao ouvido. O circuito é alimentado por pilhas comuns ou bateria e seu consumo de energia é extremamente baixo. Na figura 44 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 44: Circuito do comunicador experimental para um canal.

TW1 é um tweeter do tipo piezoelétrico do qual tenha sido retirado o pequeno transformador interno, fazendo a conexão dos fios diretamente à cápsula cerâmica de seu interior que é de alta impedância. Se for usado um transdutor ele será ligado diretamente, pois não possui transformador interno. Na figura 45 temos o aspecto da montagem, onde os poucos componentes usados são soldados numa ponte de terminais exceto o tweeter remoto.

Figura 45: Aspecto final da montagem para um canal.

Tanto a polaridade das pilhas como do microfone de eletreto precisam ser observadas. O resistor R1 é de 1/8W ou maior e na verdade seu valor deve ser obtido experimentalmente em função da tensão de alimentação, ficando tipicamente entre 1k e 10 k ohms. Uma aplicação interessante para este circuito é em um sistema secreto de comunicações com seus amigos, bastando montar duas unidades iguais de modo a se poder estabelecer a comunicação bilateral como num telefone.

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LISTA DE MATERIAL MIC - microfone de eletreto de dois terminais B1 - 3V a 9V - 2 pilhas pequenas ou bateria R1 - 4,7 k ohms x 1/8W - resistor - amarelo, violeta, vermelho C1 - 220 nF a 470 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster Diversos: Ponte de terminais, suporte de pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda, etc. Competição: Premiar a melhor montagem. Fazer um concurso para o melhor relatório técnico. Desafiar a encontrar uma aplicação diferente para o circuito.

Projeto 16 - TRANSMISSOR EXPERIMENTAL SEM BOBINAS Nível: Médio ou eletiva Este circuito experimental de curto alcance se caracteriza pela não utilização de bobinas. Se bem que ele tenha o mesmo princípio dos antigos transmissores telegráficos, sem sintonia, e que portanto não deve ser usado com antenas externas, ele serve como meio de demonstração para comunicações de curto alcance ou mesmo como um interessante gerador de interferências para receptores próximos. Para gerar sinais de rádio não precisamos ter obrigatoriamente um circuito ressonante formado por bobinas e capacitores. Na verdade, os primeiros transmissores de rádio que existiram não usavam estes elementos. É evidente que a presença de um circuito ressonante formado por bobinas e capacitores é importante para se garantir a produção de um sinal de freqüência única. Caso contrário, em lugar de uma só freqüência teremos muitas freqüências se espalhando pelo espectro, o que não é conveniente em nossos dias. Além da perda de energia, pois ela se espalharia por freqüências indesejáveis, teríamos a produção de interferências em toda a faixa. O circuito que descrevemos neste artigo, por operar sem freqüência fixa e não usa bobinas, se enquadra na categoria de transmissores experimentais. Como seu sinal não tem uma freqüência fixa, não devemos usar este transmissor com antenas externas. Trata-se portanto de uma montagem experimental de curto alcance. Poderemos "pegar" o sinal deste transmissor praticamente em qualquer tipo de rádio, desde um simples radinho AM de ondas médias ou curtas até um receptor de FM. Como o circuito não tem um padrão fixo de freqüências, não é possível fazer sua modulação, ou seja, ligar um microfone para transmitir a voz. Isso significa que este transmissor só serve para emitir sinais em código Morse, ou seja, é um transmissor de ondas contínuas (CW) de tipo muito semelhante ao usado nas primeiras experiências de Marconi. COMO FUNCIONA Um circuito integrado 4093B (CMOS) possui 4 portas que podem ser ligadas como osciladores. Usamos então uma destas portas para gerar um sinal que depende do valor de C1 e do ajuste de P1. Se bem que este circuito gere uma freqüência fixa entre 100 kHz e 2 MHz, não podemos dizer que o transmissor vai operar nesta freqüência. O que ocorre é que o sinal gerado é retangular e por isso contém uma grande quantidade de sinais espúrios ou harmônicas que se estendem por todo o espectro das rádio freqüências, conforme mostra a figura 46.

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Figura 46: Espectro dos sinais transmitidos.

Isso significa que, se sintonizarmos este transmissor em 100 kHz, teremos a produção de sinais em todas as freqüências possíveis acima desta, em intervalos de 100 em 100 kHz. O sinal gerado pelo oscilador é aplicado às entradas das outras quatro portas do mesmo circuito integrado que funcionam como amplificadoras. Temos então na saída do circuito um sinal de boa intensidade que aplicado a uma antena já teria algumas dezenas de centímetros de alcance. Para aumentar um pouco este alcance levando-o a mais de 2 ou 3 metros ou mesmo mais, aplicamos este sinal a um transistor amplificador de média potência. A saída deste transistor é então aplicada a uma antena telescópica ou um pedaço de fio de 1 a 2 metros de comprimento. A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 6 a 12 volts a partir de pilhas ou uma pequena fonte. O manipulador ligado em série do circuito interrompe o sinal e o estabelece de modo a podermos transmitir em código. Será interessante que o leitor procure memorizar o Código Morse. Na verdade, trata-se de um circuito bastante interessante para a prática de Código Morse. MONTAGEM Na figura 47 temos o diagrama completo do transmissor.

Figura 47: Diagrama completo do transmissor.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 48.

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Figura 48: Montagem numa placa de circuito impresso.

O circuito integrado deve ser montado num soquete DIL ou DIP de 14 pinos para maior segurança. Também pode ser feita a montagem numa matriz de contatos, conforme mostra a figura 49.

Figura 49: Montagem numa matriz de contatos.

Os resistores são todos de 1/8W ou maiores e os capacitores devem ser cerâmicos de boa qualidade. C1 não é crítico podendo ter valores entre 120 pF e 330 pF. O mesmo ocorre em relação a C2 que pode ter valores entre 100 nF e 470 nF, sem problemas para o desempenho do transmissor. Para as pilhas deve ser usado um suporte apropriado, ou se for usada fonte, deve ter pelo menos 300 mA de corrente. O manipulador pode ser improvisado com duas chapinhas que se tocam, fechando o circuito, quando forem pressionadas. Na figura 50 mostramos como agregar um filtro sintonizado de saída para se obter um desempenho melhor do circuito.

Figura 50: Filtro para melhorar o desempenho.

PROVA E USO Para provar, ligue nas proximidades um rádio de AM ou FM sintonizado fora de estação. Aperte o manipulador e ajuste P1 para obter o sinal mais forte no receptor. Afaste-se com o receptor de modo a verificar o alcance. Comprovado o funcionamento você pode fazer suas transmissões em 35


código. Uma maneira de tornar mais interessantes estas transmissões é posicionando o transmissor e o receptor de modo que fiquem em dependências diferentes, conforme mostra a figura 51.

Figura 51: Transmissão entre duas salas.

Para memorizar melhor o Código Morse comece inicialmente só transmitindo letras e números. Somente depois que adquirir prática é que você deve passar à transmissão de palavras e mensagens. Competição Fazer uma competição para ver qual tem maior alcance. Desafiar o aluno a colocar um microfone para modular o sinal. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS Q1 - BD135 - transistor NPN de média potência Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 4,7 k ohms - amarelo, violeta, vermelho R2 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R3 - 100 ohms - marrom, preto, marrom P1 - 47k ohms – potenciômetro Capacitores: C1 - 120 pF - cerâmico C2 - 100 nF - cerâmico Diversos: M - manipulador - ver texto A - antena - ver texto Placa de circuito impresso, suporte de pilhas ou fonte, soquete para o circuito integrado, caixa para a montagem, fios, solda, etc.

Projeto 17 - SINALIZADOR DE FM Nível: Ensino ou eletiva pois exige o conhecimento de solda e também do funcionamento dos componentes. Este pequeno transmissor emite bips que podem ser captados por qualquer radinho de FM numa freqüência livre. Se escondermos o transmissor num objeto que deva ser vigiado, podemos localizá–lo depois pelo sinal emitido. Uma possibilidade interessante de uso é numa brincadeira em que o sinalizador é escondido e os participantes, cada qual munido de um rádio, deve localizá-lo pelos seus sinais. Também podemos usá-lo em robótica para indicar a posição de um robô, facilitando sua localização. Descrevemos a montagem de um transmissor de FM com uns 100 a 200 metros de alcance capaz de transmitir sinais na forma de bips numa freqüência livre da faixa escolhida. O circuito é alimentado por pilhas comuns que o mantém em funcionamento durante algumas horas. Desta forma, ele pode ser escondido em objetos que devam ser vigiados, ou ainda ser usado numa 36


brincadeira de localização. Também podemos usar o circuito como um alarme remoto substituindo o interruptor geral S1 por um sensor que o dispara fazendo-o emitir então o sinal de alerta para um receptor de FM. Os componentes usados na montagem são comuns e não temos elementos críticos que possam dificultar sua realização pelos menos experientes. Tudo que o leitor precisa saber é fazer placas de circuito impresso segundo o padrão que damos neste projeto. Características Tensão de alimentação: 6 ou 9 Volts Alcance: 100 a 200 metros Freqüência de emissão: 88 a 108 MHz COMO FUNCIONA Para gerar os bips em intervalos regulares usamos dois osciladores com base em duas portas NAND do circuito integrado disparador 4093. A primeira porta gera o tom de áudio cuja freqüência é determinada basicamente por R1 e C1. O leitor poderá alterar estes componentes numa ampla faixa de valores de modo a escolher o tom que seja mais agradável. A segunda porta gera os intervalos entre os bips que são determinados pelo resistor R2 e pelo capacitor C2. Estes componentes também podem ter seus valores alterados conforme o desejo do leitor, e isso numa ampla faixa de valores. Os sinais dos dois osciladores são combinados nas outras duas portas do circuito integrado que funcionam como amplificadoras. Obtemos na saída pulsos ou bips que servem para modular a etapa transmissora. A etapa transmissora consiste basicamente num transistor que gera um sinal cuja freqüência depende de L1 e CV. Ajustamos CV para que o circuito opere numa freqüência livre da faixa de FM. A realimentação que mantém o circuito em oscilação é obtida pelo capacitor de 4,7 pF. Os sinais gerados pela etapa transmissora são irradiados pela antena e do comprimento desta antena depende do alcance do transmissor. Podemos usar pedaços de fio de 10 cm a 40 cm ou então uma antena telescópica. Não será conveniente usar antena maior para não instabilizar o circuito. MONTAGEM Na figura 52 damos o diagrama completo do transmissor sinalizador.

Figura 52: Circuito completo do transmissor sinalizador.


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Figura 53: Montagem do transmissor numa placa de circuito impresso.

Os resistores são todos de 1/8W e os capacitores devem ser cerâmicos salvo indicações que permitam também o uso de tipos de poliéster. A bobina é formada por 4 espiras de fio 22 ou mesmo mais grosso com diâmetro de 1 cm sem núcleo. Para a alimentação podem ser usadas pilhas médias ou grandes em suporte apropriado. Não será conveniente usar bateria de 9V pois o consumo do aparelho faria com que ela se esgotasse rapidamente. O transistor BF494 pode ser substituído por equivalentes como o 2N2222 e até de maior potência como o BD135, caso em que o circuito pode ser alimentado com tensão de até 12 V. AJUSTE E USO Para ajustar o aparelho basta ligar nas proximidades um receptor de FM sintonizado numa freqüência livre. Depois, cuidadosamente, ajustamos CV para que o sinal mais forte do transmissor seja captado. Devemos ter cuidado nesta operação para não confundir sinais espúrios ou harmônicas, que são mais fracos, com o sinal fundamental que é mais forte. O sinal espúrio some logo quando nos afastamos com o receptor. Se o leitor não gostar da tonalidade dos bips produzidos pode alterar os componentes associados conforme explicamos. Uma vez comprovado o funcionamento o aparelho pode ser fechado numa caixa de plástico ou madeira para uso. Competição: Caça à Raposa - Esta é uma brincadeira que pode ser implementada com este transmissor, principalmente em escolas, nos cursos que possuam atividades em Educação Tecnológica. Depois de explicar como funcionam os transmissores e de que modo pode-se ter uma diretividade na recepção conforme a posição da antena, o professor combina com os alunos para que cada um traga um radinho de FM de pilhas (não digital). Depois, escondendo o transmissor em algum lugar na escola (no pátio, por exemplo), os alunos devem procurar seu sinal e uma vez sintonizado, devem localizar o transmissor escondido. Uma prenda pode ser colocada junto ao transmissor como, por exemplo, uma caixa de doces! Premiar o que tiver maior alcance.

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LISTA DE MATERIAL Semicondutores: CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS Q1 - BF494 ou equivalente - transistor de RF Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 39k ohms - laranja, branco laranja R2 - 2,2 M ohms - vermelho, vermelho, verde R3 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R4 - 6,8 k ohms - azul, cinza, laranja R5 - 47 ohms - amarelo, violeta, preto Capacitores: C1 - 47 nF - cerâmico C2 - 2,2 uF/16V - eletrolítico C3 - 10 nF - cerâmico C4 - 2,2 nF - cerâmico C5 - 4,7 pF - cerâmico C6 - 100 nF - cerâmico CV - trimmer - ver texto Diversos: L1 - Bobina - ver texto S1 - Interruptor simples B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas ou médias A - antena - ver texto Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, suporte para pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.

Projeto 18 - OSCILADOR DE 10,7 MHz Nível: Ensino médio ou eletiva, pois exige o conhecimento de soldagem. Este circuito utiliza como padrão de freqüência um filtro cerâmico do tipo encontrado em rádios de FM, nas etapas de freqüência intermediária (FI). Podemos utilizar este oscilador para a calibração de rádios de FM, como clock para circuitos digitais, ou ainda como base para um transmissor experimental de ondas curtas. Lembramos que, por se tratar de circuito TTL, sua alimentação deve ser feita com uma tensão exata de 5 volts. O único ajuste que o circuito necessita é no trim pot para se obter o ponto de oscilação. Na figura 54 temos o diagrama completo do oscilador.

Figura 54: Diagrama completo do oscilador.


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São usados 3 dos 6 inversores disponíveis nos circuitos integrados 7404 ou 74LS04. Os outros três inversores podem ser usados em outras aplicações já que eles têm funcionamento independente. O consumo do aparelho é baixo, exigindo uma corrente de algumas dezenas de miliamperes e a saída consiste num sinal retangular com aproximadamente 5 volts de amplitude. Se ligarmos à saída deste circuito uma pequena antena teremos um pequeno transmissor com alguns metros de alcance. Este transmissor poder ser usado na prática de telegrafia. A modulação do sinal pode ser feita com a aplicação de um sinal de áudio via capacitor de isolamento no pino 3 ou 4 do circuito integrado. O resistor usado é de 1/8W e qualquer filtro cerâmico para 10,7 MHz de 3 terminais pode ser experimentado neste circuito. Para prová-lo, basta injetar o sinal num receptor de FM ou tentar sintonizar este sinal num receptor de ondas curtas colocado nas proximidades na freqüência correspondente. Competição: Usar como telégrafo e ver quem transmite mais rápido uma mensagem. Verificar qual tem maior alcance. Premiar o melhor. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: CI-1 - 7404 ou 74LS04 - circuito integrado TTL Resistores: R1 - 470 ohms x 1/8W - amarelo, violeta, marrom P1 - 1 k ohms - trimpot Diversos: X1 - Filtro cerâmico de 10,7 MHz Placa de circuito impresso, fios, solda, fonte de 5 volts, etc.

Projeto 19 - OSCILADOR DE 30 A 60 MHz Nível: médio ou eletiva, pois exige o conhecimento de soldagem. Este circuito gera um sinal na faixa superior de ondas curtas chegando a faixa inferior de VHF, conforme a bobina escolhida. Uma aplicação possível para o circuito é como injetor de sinais que alcança o canal 2 de TV ou mesmo um transmissor de controle remoto de onda contínua de um canal. Com um modulador em tom ele pode ter sua aplicação estendida para um controle remoto multi-canal. A alimentação poderá ser feita com 2 ou 4 pilhas pequenas ou ainda uma bateria de 9 V. Usando uma pequena antena (15 a 30 cm) o alcance como transmissor pode chegar aos 50 metros. Com 9 V o alcance será ainda maior. O transistor admite equivalentes como o BF495 ou qualquer um de RF de uso geral NPN. Para modulação o sinal de baixa freqüência pode ser aplicado através de um capacitor cerâmico de 10 a 470 nF na base ou no emissor do transistor, conforme sua intensidade e freqüência. Na figura 56 temos o diagrama completo do oscilador.

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Figura 56: Diagrama completo do oscilador.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 57. Uma alternativa econômica para montagem seria uma placa universal ou mesmo uma ponte de parafusos lembrando que para maior estabilidade as ligações e terminais dos componentes devem ser os mais curtos possíveis.

Figura 57: Montagem do oscilador.

A bobina tem espiras de acordo com a faixa de freqüências e é enrolada com fio de 18 a 22 numa forma de 1 cm de diâmetro sem núcleo. Enrole num lápis como referência. O número de espiras conforme a freqüência é dado pela seguinte tabela: 30 a 45 MHz - 9 espiras 45 a 60 MHz - 6 espiras O trimmer (capacitor ajustável) pode ter qualquer capacitância máxima entre 20 e 50 pF e o capacitor C2 terá 22 pF para a faixa de 45 a 60 MHz e 33 pF ou 47 pF para a faixa de 30 a 45 MHz. Podemos experimentar o circuito ligando-o nas proximidades de um rádio de ondas curtas ou mesmo de um televisor sintonizado no canal 2. No rádio o sinal aparece na forma de um "sopro" sonoro e no televisor na forma de interferência na imagem. A freqüência de operação é ajustada em CV. Competição: Caça à raposa com rádio de onda curta – ver projeto anterior Usar como telégrafo e fazer desafio para o envio de mensagem. Premiar o de maior alcance. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BF494 ou equivalente - transistor NPN de RF Resistores: (1/8 W, 5%) R1 - 12 k ohms - marrom, vermelho, laranja R2 - 8,2 k ohms - cinza, vermelho, vermelho R3 - 100 ohms - marrom, preto, marrom Capacitores: C1 - 10 nF - cerâmico 41


C2 - 22 pF a 47 pF - cerâmico - ver texto C3 - 100 nF - cerâmico CV - trimmer - ver texto Diversos: L1 - Bobina - ver texto S1 - Interruptor simples B1 - 3 a 9 V - pilhas ou bateria Ponte de terminais, suporte de pilhas ou conector de bateria, fios, caixa para montagem, solda, etc. Projeto 20 - TRANSMISSOR ELEMENTAR Nível: Fundamental a partir da quarta série. A produção de sinais de rádio ou ondas eletromagnéticas, que podem se propagar pelo espaço e levar informações, é‚ tão simples que poucos sabem que pode ser conseguida com apenas três componentes improvisados. Essa possibilidade pode ser explorada em demonstrações, como trabalho escolar, aulas ciências e em feiras de ciências. Os sinais, que podem atravessar obstáculos como tábuas, divisórias de madeira e paredes, podem ser captados num rádio portátil comum transistorizado. Experimentalmente o montador pode demonstrar os efeitos citados, mas como montagem de uso prático ela serve para transmitir sinais em código para um amigo que está num apartamento ou sala adjacente, através da parede. O transmissor é extremamente simples, como dissemos, e como receptor pode ser usado qualquer radio portátil. Funcionamento: Interrupções de corrente muito rápidas podem gerar oscilações de cargas elétricas que produzem ondas de rádio, ou seja, ondas eletromagnéticas de altas freqüências, que se propagam pelo espaço com a velocidade da luz. Podemos produzir tais "vibrações" de uma maneira muito simples esfregando um fio ligado a uma pilha, numa lima comum. Como "carga" indutiva para reforçar as oscilações, ou seja, produzir os sinais desejados temos uma bobina enrolada num bastão de ferrite. Na realidade, este circuito não gera um sinal de freqüência fixa. Seus sinais se espalham numa ampla faixa de freqüências, produzindo assim um "ruído radioelétrico" ou EMI (Electromagmnetic Interference – Interferência eletromagnética). Sua operação como transmissor realmente para longos alcance é proibida pois ele interfere em muitos tipos de aparelhos de comunicação. No entanto, foram iguais a este os primeiros aparelhos usados por Marconi, Landel de Moura e outros pesquisadores que acabaram por inventar o rádio. No nosso sistema, usaremos como antena um simples pedaço de fio de uns 50 cm de comprimento, e para demonstrações com alcances pequenos, nem mesmo isso será necessário, pois os sinais não irão além de alguns metros. Com este procedimento evitamos que ocorram interferências em rádios e televisores ligados nas proximidades. Trata-se, evidentemente, de um aparelho indicado apenas para demonstrações e experiências a curta distância. Na figura 58 temos o diagrama completo de nosso transmissor elementar.

Figura 58: Diagrama do transmissor elementar.

Na figura 59 temos o aspecto geral da montagem.

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Figura 59: O transmissor elementar montado.

A bobina é enrolada num bastão de ferrite (que pode ser aproveitado de qualquer rádio transistorizado velho fora de uso) e tanto pode ser cilíndrica como chata. Esta bobina tem um enrolamento formado por aproximadamente 40 voltas de fio comum ou esmaltado de qualquer espessura e outro enrolamento com 5 voltas do mesmo fio. Os fios de conexão à pilha são soldados nos seus terminais. Se forem usados fios esmaltados eles devem ser raspados no ponto de soldagem. Para operar o transmissor é simples. Ligue nas proximidade (1 a 2 metros) um rádio AM fora de estação sintonizado em qualquer ponto da escala. Raspe o fio na lima. Deve ser transmitido um ruído ao rádio. O leitor verá que estes sinais podem atravessar obstáculos, pois se o rádio estiver do outro lado de uma parede eles ainda serão captados. A codificação dos sinais, para eu mensagens possam ser transmitidas, pode ser feita em Morse. Nesta codificação uma "raspada" de curta duração significa um ponto e uma raspada mais longa um traço. Pontos e traços são combinados de formar letras, números e sinais gráficos. Para uma operação com um alcance um pouco maior, a antena é um pedaço de fio comum de aproximadamente 50 cm a 1 metro. A ligação à terra pode ser feita em qualquer objeto de metal de maior porte. Conforme explicamos, este transmissor não emite sinais de freqüência fixa mas sim um ruído. Desta forma, não o ligue à antenas externas ou longas. Os sinais também poderão ser sintonizados na faixa de ondas curtas de 3 MHz a 10 MHz, se o leitor possui um receptor que tenha essas faixas. Fora de uso, não deixe o fio encostado na lima, pois além de não haver emissão, a pilha gasta-se rapidamente pelo excesso de corrente. Competição: Ver qual tem maior alcance. Desafiar para transmitir uma mensagem por sinais telegráficos de uma sala para outra. LISTA DE MATERIAL B1 - 1 pilha grande X1 - 1 lima L1 - Bobina - ver texto Diversos: Terminal antena/terra, fio esmaltado, fios, solda, etc.

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4. PROJETOS COM SENSORES DE LUZ Projeto 21 - FOTO TRANSISTOR E LDR Nível: Ensino médio e eletivas ligadas à tecnologia. No ensino fundamental o experimento pode ser realizado pelo professor. Em muitas aplicações em que se necessita de um sensor de luz o LDR é o escolhido pela sua sensibilidade e baixo custo. No entanto, na falta de um LDR podemos usar um foto-transistor, mas para isso precisamos modificar seu modo de operação com um aumento de sensibilidade. O circuito que apresentamos tem por finalidade permitir que um foto transistor comum seja usado em lugar de um LDR nas aplicações em que a alimentação seja feita por tensão contínua e não supere os 12 volts. Usando um transistor Darlington de alto ganho (30 000) aumentamos a sensibilidade de um foto-transistor de modo que ele se comporte de maneira bem próxima a de um LDR, nas aplicações comuns. Na figura 60 temos o circuito usado para esta finalidade.

Figura 60: Circuito do foto-sensor.

Na figura 61 temos a disposição dos componentes usados numa ponte de terminais.

Figura 61: Montagem do circuito numa ponte de terminais.

Observe que o foto-transistor usado tem sua base desligada, o que é comum neste tipo de aplicação.Muitos foto-transistores, na realidade, são vendidos com apenas dois terminais (a base é cortada) prevendo que não vão ser usados com conexão à base. Para experimentar o circuito procure uma aplicação em que seja usado um LDR comum e faça a subsituição. Observe a polaridade já que o ponto A deve funcionar com uma tensão positiva em relação a B. Em lugar do transistor Darlington BC517 o leitor pode usar dois BC548 na ligação equivalente. Competição: Desafiar os alunos a encontrarem o maior número de aplicações em que os foto-transistores podem ser utilizados. Elaborar pesquisa sobre o efeito foto-elétrico e premiar a melhor. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - qualquer foto-transistor Q2 - BC517 - transistor Darlington NPN de pequena potência Diversos: Ponte de terminais, fios, solda, etc. 44


Projeto 21 - CHAVE ACIONADA POR LUZ Nível: Ensino médio Descrevemos a montagem de um projeto didático que serve para ilustrar a montagem de um circuito que aciona um rele quando a luz que incide num sensor é interrompida ou quando escurece. O circuito é alimentado por pilhas e especialmente indicado para montagem em matriz de contacto ou placa de circuito impresso. O circuito foto-elétrico apresentado também é ideal para trabalhos escolares ou feiras de ciências. O relé indicado no projeto original é para corrente de até 2 A, mas esse componente pode ser trocado por outros de maior capacidade de corrente. A alimentação do circui9to é feita com 6 V e o sensor é um LDR comum de grande sensibilidade. Essa sensibilidade poderá ser ajustada conforme a aplicação, através de um potenciômetro. Na condição em que o relé se encontra desnergizado, o consumo é muito baixo. Com o relé ativado, a corrente drenada da fonte é da ordem de 100 mA. É claro que o consumo será menor se relés com menores correntes de acionamento forem usados. Para maior diretividade e sensibilidade, o LDR poderá ser instalado num tubinho com uma lente convergente na frente. Na figura 62 temos o diagrama completo desse aparelho.

Figura 62: Diagrama completo da chave acionada por luz



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Os transistores admitem equivalentes e o LDR pode ser ligado ao circuito através de fios isolados longos, até 10 metros de comprimento. O interruptor S1 é opcional se o aparelho for usado em demonstrações, já que para desligar podemos simplesmente retirar as pilhas do suporte. Para provar o aparelho ligue a alimentação e ajuste P1 para que o relé permaneça desativado usando houver luz incidente no LDR. Quando a luz diminuir ou for cortada, o relé deve ser acionado. Ligue os contatos do relé ao equipamento que deseja controlar. Esses contatos funcionam como um interruptor. Competição Premiar quem criar o melhor sistema de alarme utilizando o circuito descrito. Lista de Material Q1, Q2 – BC548 – transistores NPN de uso geral D1 – 1N4148 – diodo de silício R1, R2 – 1 k ohms x 1/8 W – resistores – marrom, preto, vermelho P1 – 1 M ohms – potenciômetro, lin ou log LDR – LDR comum C1 – 100 uF – capacitor eletrolítico K1 – Relé de 6 V (MCH2RC1 ou equivalente – Metaltex) S1 – Interruptor simples B1 – 6 V – 4 pilhas ou fonte Diversos: Placa de circuito impresso, suporte de pilhas, fios, solda, caixa para montagem, etc.

Projeto 22 - CONTROLE REMOTO POR RAIO DE LUZ Nível: fundamental quando elaborado pelo professor para demonstrações e médio ou eletiva para montagem direta. Uma lanterna, farolete, um espelho ou mesmo um fósforo são os transmissores que acionam este sistema de controle remoto ou alarme de luz. Com ele ‚ possível ligar ou desligar algum tipo de aparelho ou ainda acionar um alarme ou uma fechadura elétrica. Numa feira de ciências ele pode ser usado para mostrar como funcionam os foto-sensores como os usados em alarmes, portas automáticas e mesmo nos controles remotos. Em robótica e mecatrônica ele pode ser usado para acionar dispositivos simples à distância sem a necessidade de se ter um controle remoto complexo ou sujeito a interferências. Uma aplicação prática interessante para este circuito é como alarme que acionará alguma campainha quando alguém iluminar o sensor ou acender uma luz. Outra aplicação é como despertador solar, acionando um rádio ou outro dispositivo de aviso quando amanhecer. Enfim, trata-se de um circuito que ativa um relé quando o sensor é iluminado. COMO FUNCIONA O mais interessante deste projeto é que o sensor é improvisado com um transistor 2N3055 do qual tenhamos tirado o invólucro. Este fato permite ao leitor mostrar que as junções eletrônicas dos transistores são sensíveis à luz. Assim, quando as junções do transistor recebem luz elas liberam, portadores de carga que resultam numa pequena corrente. Esta corrente é amplificada por dois outros transistores de tal maneira que sua intensidade é aumentada a ponto de poder acionar o relé. O relé nada mais é do que um interruptor eletro-magnético. Quando percorrida por uma corrente a bobina do relé cria um forte campo magnético que atrai lâminas de metal. Estas lâminas encostam umas nas outras de modo a deixar passar a corrente. O relé usado no projeto pode controlar cargas que dependem de seus contatos, mas equivalentes podem ser experimentados. Pode-se até substituir este relé por uma lâmpada pequena que vai acender sempre que o sensor foi iluminado. Esta substituição pode ser interessante se o aparelho for usado apenas em demonstrações. O circuito ‚ alimentado por pilhas comuns. MONTAGEM Na figura 64 temos o diagrama completo do aparelho usado.

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Figura 64: Diagrama completo do aparelho.

A disposição dos componentes principais numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 65.


O relé pode ser qualquer tipo econômico e sensível para 6 Volts com bobina de no máximo 100 mA (menor corrente de bobina implicará em maior sensibilidade para o circuito. A finalidade do potenciômetro ou trim pot P1 é fazer o ajuste de sensibilidade. Os transistores Q1 e Q2 admitem equivalentes e o foto-transistor FT tanto pode ser um 2N3055 com a junção exposta como um fototransistor "de verdade" de qualquer tipo. O 2N3055 pode ser obtido principalmente em televisores antigos. Retire o transistor com cuidado e depois remova sua capa protetora, nunca tocando na pastilha de silício. Se o transistor aproveitado estiver bom o aparelho funcionará. Nos pontos A, B e C são ligados os aparelhos controlados. Temos com o relé indicado a possibilidade de ligar ou desligar os aparelhos conforme sejam usados os contatos C e NF ou C e NA. LDR Na falta do foto-transistor o circuito também funcionará com um LDR ou foto-resistor comum. Dependendo do tipo de LDR a sensibilidade pode até ser maior.

PROVA E USO Para provar o aparelho basta ajustar P1 para que o relé fique prestes a disparar. Depois, iluminando FT devemos ter o acionamento do relé com a produção de um pequeno estalo. Ligue na saída do relé aparelhos como lâmpadas, motores ou outros para mostrar como eles podem ser ligados e desligados. Para obter maior sensibilidade e diretividade monte FT num tubinho opaco com uma lente. A posição da lente deve ser experimentada até se obter o melhor desempenho. 47


Obs: este circuito é do tipo sem trava, ou seja, o relé só se mantém acionado durante o tempo em que a luz estiver incidindo sobre o sensor. O QUE EXPLICAR Se o aparelho for usado em demonstrações ou com finalidade didática o leitor precisará saber exatamente como fazer as explicações técnicas, analisando seu princípio de funcionamento. Explique o princípio de funcionamento dos foto-sensores de silício e mostre como a corrente que passa por um sensor aumenta quando ele é iluminado. Explique que este tipo de sensor pode ser usado em alarmes, sistemas de abertura de portas e controles remotos. Em robótica e mecatrônica este tipo de circuito pode ser usado para detectar a posição de partes mecânicas ou ainda funcionar como um verdadeiro “olho eletrônico”. Se você usar um LED infravermelho pode mostrar que este tipo de sensor, além de mais sensível que o olho humano, pode "ver" luz de comprimentos de onda que nós não podemos. Assim, os foto-sensores deste tipo podem ser usados com radiação infravermelha. SUGESTÕES DE TRABALHOS Monte um estande em que o foto-sensor fique apontado para o local em que passam os visitantes e para onde também seja apontado o foco de uma lâmpada comum tipo spot. Quando passar alguma pessoa com roupa clara que reflita mais luz, o sensor vai captar esta luz e disparar o circuito tocando um alarme. Competição: Criar um sistema que seja capaz de reconhecer cores. Quem conseguir ganha o prêmio. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: FT - 2N3055 sem invólucro - transistor de potência - ver texto Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral D1 - 1N4148 - diodo de uso geral Diversos: P1 - 1 M ohms - trim pot ou potenciômetro K1 - Relê de 6 V x 100 mA S1 - Interruptor simples B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas, médias ou grandes Ponte de terminais, suporte de pilhas, terminais tipo parafuso, caixa para montagem, fios, solda, etc.

5. PROJETOS DE SOM Projeto 23 - MINI BOOSTER DE ÁUDIO Nível: Montagem indicada para alunos do nível médio, eletiva eletrônica ou mesmo de cursos técnicos. Este é um excelente circuito reforçador de som para walkmans, pequenos gravadores, CD players e rádios que tenham apenas saída para fones. Podemos usar a saída dos fones para obter reprodução em um alto-falante de pelo menos 15 cm. Instalado numa pequena caixa acústica, o alto-falante com o booster e eventualmente sua fonte de alimentação proporcionarão um som muito melhor para seu equipamento portátil que tenha alimentação de 2 ou 4 pilhas comuns ou apenas saída de fone de ouvido. A fonte de alimentação deve fornecer uma tensão de 6 a 9 V com pelo menos 500 mA. O circuito tem apenas um transistor como base e um único ajuste para se obter melhor som sem distorção. Na figura 66 temos o diagrama completo do booster (reforçador).

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Figura 66: Diagrama completa do reforçador de som.

Se seu equipamento for estéreo e você desejar reforçar os dois canais deve montar duas unidades iguais que serão alimentadas por uma fonte de alimentação única. Na figura 67 temos a disposição dos componentes numa pequena ponte de terminais isolados, já que se trata de circuito pouco crítico.

Figura 67: montagem do reforçador numa ponte de terminais.

O transistor Q2 é um Darlington de potência admitindo equivalentes. Na verdade qualquer Darlington NPN com pelo menos 4 ampères de corrente de coletor pode ser usado. Este transistor deve ser dotado de um pequeno radiador de calor. Os resistores são todos de 1/8W ou maiores e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 12 V. O transformador pode ser do tipo usado como saída de rádios transistorizados fora de uso (o enrolamento que vai ao alto-falante passa a ser o enrolamento de entrada) como também pode ser usado um pequeno transformador de fonte de alimentação com primário de 110/220 V e secundário de 5 a 12 volts com corrente entre 50 e 250 mA. O enrolamento de baixa tensão será o usado na entrada dos sinais. Para melhor qualidade de som o alto-falante deve ser pesado com pelo menos 15 cm de diâmetro, instalado numa pequena caixa acústica de acordo com suas dimensões. Feita a montagem, ligue a unidade na fonte de alimentação e coloque P1 na posição média. Ligue na entrada a fonte de sinal que pode ser um radinho ou walkman. O sinal será retirado da saída de fone (mono ou estéreo) com plugue apropriado. Ajuste o volume até obter o máximo de sinal no alto-falante e ao mesmo tempo sobre P1 para que o som saia puro, sem distorções. Uma vez feito o ajuste de P1 para a melhor reprodução você não precisará mais tocar neste componente. Para regular a intensidade do som atue sobre o controle de volume do aparelho que serve de fonte de sinal. 49


LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - TIP120 - transistor NPN Darlington de potência Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 47 k ohms - amarelo, violeta, laranja R2 - 22 ohms - vermelho, vermelho, preto P1 - 10 k ohms - trim pot ou potenciômetro Capacitores: C1 - 10 uF/12V - eletrolítico C2 - 100 uF/12V - eletrolítico C3 - 1000 uF/12V - eletrolítico Diversos: T1 - transformador - ver texto FTE - 4 ou 8 ohms x 15 cm ou maior - alto-falante Ponte de terminais, caixa acústica, radiador de calor para o transistor, fonte de alimentação, fios, solda, cabo com plugue para entrada de sinal.

Projeto 24 - METRÔNOMO - 1 Nível: Para alunos do nível médio, eletivas e cursos técnicos. A finalidade deste circuito é produzir estalos ritmados que servem para dar o compasso ao se tocar algum instrumento musical ou ainda controlar o modo como um exercício de ginástica é feito ou ainda o ritmo de operações numa experiência no laboratório de física. Numa feira de ciências ou ainda como trabalho escolar este circuito pode ser usado para demonstrar o princípio de funcionamento deste aparelho que é usado no ensino de música e em atividades Outra aplicação interessante para este aparelho é na a determinação da velocidade de caminhadas ou marchas. O metrônomo descrito é alimentado por pilhas, bateria ou ainda uma fonte de 6 a 12 volts. A tensão escolhida vai determinar a intensidade dos estalos produzidos. A única alteração no projeto original ocorre se desejarmos alimentar o circuito com 12 volts, caso em que devemos usar um TIP32 em lugar do transistor BC558. O montador, entretanto deve observar que este componente tem uma disposição de terminais diferente do original. O ajuste da freqüência ou velocidade das batidas é feito em P1 que abrange uma enorme gama de valores e que ainda pode ter alterações se trocarmos C1. COMO FUNCIONA O circuito consiste basicamente num oscilador com dois transistores complementares onde o capacitor C1 juntamente com R2 formam o elo de realimentação. Este elo aplica de volta à entrada do circuito o sinal obtido na saída de modo que ele oscila. Estes componentes, juntamente com P1 e R1 determinam a freqüência das oscilações. Como P1 é variável podemos ajustar neste componente a freqüência das oscilações. A carga usada no transistor Q2 de saída é um alto-falante que reproduz as oscilações na forma de pulsos gerando estalos audíveis de boa intensidade. MONTAGEM Na figura 68 temos o diagrama completo do metrônomo.

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Figura 68: Diagrama completo do metrônomo.

A disposição dos componentes numa ponte de terminais e placa de circuito impresso é mostrada na figura 69.

Figura 69: Disposição dos componentes numa ponte de terminais.

Os resistores são de 1/8W ou maiores com qualquer tolerância e os transistores admitem equivalentes. Os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho iguais ou maiores que as indicadas na lista de material. O potenciômetro pode ser de qualquer tipo e na realidade seu valor não é crítico podendo ficar entre 470 k ohms e 2,2 M ohms. O alto-falante influenciará no volume obtido. Podem ser usados pequenos alto-falantes de 5 cm para uma montagem portátil, mas para maior intensidade de som é interessante usar um alto-falante maior montado numa caixa acústica. Para a versão de 12 V em que Q2 deve ser um TIP32, este componente deve ser dotado de um radiador de calor que consiste numa chapinha de metal dobrada em "U". Na versão de 9 V não recomendamos o usado de bateria mas sim de 6 pilhas ou fonte já que o consumo é algo elevado. PROVA E USO Para testar o aparelho basta colocar as pilhas no suporte ou ligar a alimentação externa observando a polaridade e ajustar P1 para que os estalos ocorram na freqüência desejada. Se não alcançar a freqüência desejada altere o valor de C1. Se o leitor quiser pode calibrar a escala do potenciômetro com base num cronômetro comum ou ainda um metrônomo de verdade. A escala será feita em número de estalos por segundo. Para usar basta ajustar o aparelho para produzir os estalos na freqüência desejada. Se desejar uma montagem portátil, para usar em caminhadas por exemplo, o alto-falante pode ser trocado por um fone de baixa impedância (8 a 32 ohms) e a alimentação feita por duas pilhas pequenas. O QUE EXPLICAR O aluno deve pesquisar antes a finalidade dos metrônomos no ensino de música e se possível até conseguir um tipo antigo de vareta (uma vareta que vibra acionada por um mecanismo de mola). Depois, deve explicar o princípio de funcionamento dos circuitos osciladores eletrônicos e comparar com os metrônomos antigos. Faça uma analogia entre o comprimento da vareta que determina a freqüência nos tipos antigos mecânicos e o valor do capacitor C1 que determina a freqüência no tipo eletrônico. Num trabalho de eletrônica tenha em mãos diversos valores de 51


capacitores para usar em lugar de C1 mostrando então como esse componente influi na freqüência do aparelho. OUTRAS APLICAÇÕES Coloque algumas bolinhas de isopor dentro do cone do alto-falante virado para cima. As bolinhas saltarão ritmadamente a cada estalo. Use este experimento para explicar como funcionam os alto-falantes. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral Q2 - BC558 ou TIP32 - transistor PNP - ver texto Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R2 - 1 k ohms - marrom, preto, vermelho P1 - 1 M ohms – potenciômetro Capacitores: C1 - 10 uF/12V - eletrolítico C2 - 100 uF/12 V - eletrolítico Diversos: FTE - 4/8 ohms - alto-falante de 5 a 10 cm S1 - Interruptor simples B1 - 6, 9 V - bateria ou fonte - 12 V - fonte - ver texto Ponte de terminais ou placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de pilhas ou fonte de alimentação, botão para o potenciômetro, etc.

Projeto 25 - PRÉ-AMPLIFICADOR DE ÁUDIO Nível: Para alunos do nível médio, eletivas e cursos técnicos. Este circuito simples pode ser usado para reforçar o sinal de fontes que não sejam capazes de excitar seu amplificador, a entrada de seu PC, tais como microfones de baixa e média impedância, fonocaptores, captadores de violão e guitarra, etc. O circuito é muito simples e compacto podendo até ser instalado dentro da fonte de sinais, devendo ser intercalado entre a fonte de sinal e o próprio amplificador. A alimentação poderá ser feita com tensões de 6 a 9 V obtida de pilhas comuns ou de uma bateria. Como a corrente exigida é muito baixa, a durabilidade de pilhas e baterias será bastante grande. O nível de sinal de saída depende do nível do sinal de entrada e da amplificação. No caso, esta amplificação é da ordem de 50 vezes, mas pode ser alterada com a troca do resistor R1 e também o ajuste de P1. Este potenciômetro (ou trimpot) P1 justamente permite que se ajuste o ganho do circuito com a fonte de sinal de modo a se obter uma saída sem distorção capaz de excitar o amplificador externo. Na figura 70 temos o diagrama completo deste simples pré-amplificador de áudio.

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Figura 70: Diagrama do pré-amplificador de áudio.

Na figura 71 temos uma sugestão para a disposição dos componentes numa ponte de terminais já que se trata de montagem extremamente simples.

Figura 71: Montagem feita com base numa ponte de terminais.

É claro que os leitores mais habilidosos que desejam uma montagem mais compacta podem usar uma placa de circuito impresso, lembrando que para fontes de sinais estéreo e amplificadores estéreo precisaremos de um pré-amplificador deste para cada canal. As ligações devem ser curtas para que não ocorra a captação de zumbidos e, de preferência, deve ser usada uma caixinha de metal ligada ao negativo da fonte, para servir de blindagem. O transistor BC549 proporciona maior ganho e menor nível de ruído, mas nas aplicações comuns podem ser usados os BC548 e mesmo BC547 sem problemas. Os resistores são todos de 1/8 W ou mais e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho mínimas indicadas na lista de material. Para provar a unidade basta ligá-la à entrada auxiliar (AUX) de qualquer amplificador e injetar um sinal em sua entrada, ajustando P1 para obter o melhor nível de saída sem distorção. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BC549 ou equivalente - transistor NPN de baixo ruído Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 1 M ohms - marrom, preto, verde R2 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R3 - 22 k ohms - vermelho, vermelho, laranja R4 - 1 k ohms - marrom, preto, vermelho P1 - 100 k ohms - trimpot ou potenciômetro

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Capacitores: C1 - 10 uF/6 V - eletrolítico C2 - 22 uF/12 V - eletrolítico C3 - 100 uF/12 V - eletrolítico Diversos: S1 - Interruptor simples B1 - 6 ou 9V - 4 pilhas ou bateria J1, J2 - jaques de entrada e saída ou plugues Ponte de terminais, caixa para montagem, fios blindados, botão de para o potenciômetro, conector de bateria ou suporte de pilhas, fios, solda, etc.

Projeto 26 - METRÔNOMO-2 Nível: Para alunos do ensino médio, eletivas e cursos técnicos. Para o fundamental podem ser criadas aplicações no laboratório, orientadas pelo professor. Para acompanhar o rítmo de uma música, para determinar o compasso dos movimentos numa dança ou em ginástica, ou ainda simplesmente para cronometrar operações rápidas, utiliza-se um aparelho chamado metrônomo. Descrevemos neste projeto a montagem de um simples metrônomo que serve para estudantes de música, ginastas e mesmo corredores. O circuito proposto produz estalidos de bom volume num alto-falante num ritmo constante que pode ser ajustado desde uma batida a cada 3 ou 4 segundos até mais de 10 batidas por segundo. A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 6 a 9 V (conforme o volume desejado) e todos os componentes são comuns. Existem inclusive alguns componentes que podem ser aproveitados de aparelhos fora de uso como o alto-falante, potenciômetro, etc. Como funciona: um multivibrador astável baseado no circuito integrado 555 tem sua freqüência determinada pelo ajuste de P1 e pelos resistores r1 e R2 além de C1. Os pulsos retangulares produzidos pelo circuito integrado são amplificados pelo transistor de potência Q1. Para alimentação de 9 V, este componente deve ser dotado de um pequeno radiador de calor. Na figura 72 temos o diagrama completo do oscilador de baixa freqüência que forma o metrônomo.

Figura 72: Diagrama completo do metrônomo.

A montagem pode ser feita numa ponte de terminais conforme mostra a figura 73.

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Figura 73: Montagem feita com base numa ponte de terminais.

Para P1 podemos usar tanto um trimpot como um potenciômetro e valores entre 1 e 4,7 M ohms são permitidos. É claro que, o uso de um potenciômetro facilita a montagem numa caixa com uma escala.Os resistores são de 1/8 W ou maiores e o alto-falante pode ser de qualquer tamanho tanto com 4 como 8 ohms. Uma escala no potenciômetro, feita com a ajuda de um cronômetro comum ou mesmo um metrônomo "de verdade" como padrão ajudará bastante no uso do aparelho. Para provar o metrônomo, basta colocar as pilhas no suporte e acionar S1. O alto-falante deve emitir pulsos intervalados que serão ajustados em velocidade através de P1. Se desejar mudar a faixa de velocidades é só trocar o capacitor C1. Valores entre 220 nF e 10 uF podem ser experimentados sem problemas. Para maior potência, o circuito alimentado por uma tensão maior, até 12 V, mas a partir de fonte de alimentação.. Competição: Podem ser elaboradas competições de ginástica ou de instrumentos musicais determinadas pelo ritmo do metrônomo. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: CI-1 – 555, circuito integrado Q1 – TIP31 ou equivalente – transistor NPN de potência Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 22 k ohms – vermelho, vermelho, laranja R2 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja P1 - 1 M ohms a 4,7 M ohms - potenciômetro ou trimpot Capacitores: C1 – 2,2 uF - poliéster ou eletrolítico C2 - 100 uF x 12 V - eletrolítico Diversos: FTE - 4 ou 8 ohms - alto-falante de qualquer tamanho S1 – Interruptor simples B1 - 6 V pu 9 V - 4 pilhas pequenas p/ bateria (ou fonte de alimentação para a versão de maior potência) Caixa para montagem, ponte de terminais, suporte de pilhas, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc. 55


Projeto 27 - Sirene de Dois Tons com Lâmpada Neon Nível: Montagem indicada a alunos do nível médio, eletivas e cursos técnicos. Pode ser elaborada para demonstrações pelos professores do fundamental. Na figura 74 mostramos um circuito experimental muito simples baseado em osciladores de relaxação com lâmpadas neon. Trata-se de uma pequena sirene de dois tons alimentada por uma alta tensão contínua entre 100 e 200 V.

Figura 74: Oscilador de dois tons com lâmpada neon.

Nesse circuito temos um oscilador lento que modula um gerador de tons, ambos com lâmpadas neon, de modo que a tonalidade do som produzido varie imitando uma sirene. Os ajustes das variações e do tom são feitos por dois potenciômetros comuns. O transdutor final é um pequeno alto-falante ligado ao circuito através de um transformador de saída. A saída do circuito, entretanto, conforme mostra a figura 75, pode ser ligada a um amplificador externo para se obter maior potência.

Figura 75: Ligando o circuito a um amplificador externo.

Veja que esse circuito é ligado diretamente à rede de energia, assim nenhum dos seus pontos deve ser tocado quando ele estiver sendo alimentado, pois choques perigosos podem ocorrer. O transformador usado pode ser de qualquer tipo que tenha um enrolamento de alta tensão (110 V ou 220 V) e um de baixa (entre 4 e 9 V até 300 mA) para ser ligado ao alto-falante. Os capacitores determinam as freqüências de modulação e do tom produzido, podendo ser alterados numa ampla faixa de valores, conforme os sons desejados. Como se trata de montagem experimental simples, optamos pelo uso de uma ponte de terminais. Veja que o pequeno transformador é montado numa base de madeira com terminais, pois trata-se de componente de laboratório que pode ser usado em outros experimentos e mini-projetos. O capacitor C1 deve ter uma tensão de pelo menos 200 V se a rede for de 110 V e pelo menos 400 V se a rede local for de 220 V. Na montagem observe a polaridade do diodo e do capacitor eletrolítico, pois inversões podem causar a queima desses componentes.

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Competição: Criar o melhor sistema de alarme que use a sirene como indicador. Lista de Material D1 – 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) – diodo de silício NE-1, NE-2 – lâmpadas neon comuns C1 – 8 uF x 200 (400 V) – capacitor eletrolítico C2 – 100 nF x 200 V – capacitor de poliéster C3 – 10 nF x 200 V – capacitor de poliéster C4 – 4,7 nF x 100 V – capacitor de poliéster R1 – 220 k ohms x 1/8 W – resistor – vermelho, vermelho, amarelo P1, P2 – 1 M ohms – potenciômetros lin ou log T1 – Transformador de saída para válvulas ou pequeno de alimentação – ver texto FTE – alto-falante de 4 ou 8 ohms pequeno Diversos: Ponte de terminais, cabo de força, botões para os potenciômetros, fios, solda, etc.

6 - Projetos de Fontes e de Alta Tensão Altas tensões causam choques, assim os projetos descritos a seguir exigem certo cuidado no manuseio. Tomamos cuidados para que nenhum equipamento seja perigoso, mas todo cuidado é pouco. Projeto 28 - MINI ELETRIFICADOR Nível: Fundamental (com supervisão do professor e pré-kit) ou ensino médio e técnico. Este dispositivo gera uma alta tensão a partir de pilhas comuns capaz de provocar um bom choque em quem tocar em sua saída. Se ligarmos esta saída a algum objeto de metal que desejamos proteger ele ficar eletrificado. Numa feira de ciências ou como trabalho escolar este circuito serve para demonstrar o princípio de funcionamento dos transformadores e dos inversores que podem aumentar a tensão de pilhas para acender lâmpadas fluorescentes ou mesmo alimentar outros aparelhos. Veja entretanto que o objeto eletrificado deve estar isolado da terra e que o aparelho, se possível deve ser ativado por curtos intervalos de tempo, pois seu consumo é elevado podendo causar o desgaste das pilhas rapidamente. O projeto consiste basicamente num pequeno inversor alimentado por 4 pilhas pequenas ou médias. O transformador usado tem enrolamento de 110 V ou 220 V mas a tensão obtida pode superar este valor pois a forma de onda do sinal não é senoidal (como a da rede de energia). COMO FUNCIONA Um transformador pode aumentar ou diminuir a tensão conforme o número de voltas de cada um de seus enrolamentos. Assim, se o secundário de um transformador tiver 100 vezes mais voltas de fio que o primário, se aplicarmos 1,5 V no primário teremos 150 volts no secundário. No entanto, os transformadores não funcionam com correntes contínuas como as que podem fornecer pilhas. As correntes devem variar rapidamente para poderem induzir tensões no outro enrolamento de um transformador. Por este motivo os transformadores são usados em circuitos de corrente alternada. Para usar um transformador com pilhas devemos acrescentar um circuito que modifique a corrente da pilha, e no nosso caso este circuito é um oscilador com um transistor. Este oscilador gera as variações da corrente que permitem a indução de alta tensão num transformador comum. MONTAGEM Na figura 76 temos o diagrama completo do aparelho.

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Figura 76: Diagrama completo do eletrificador.

A disposição dos componentes numa ponte de terminais ou placa de circuito impresso é mostrada na figura 77.

Figura 77: Montagem do eletrificador numa ponte de terminais.

O transistor precisa de um pequeno radiador de calor e admite equivalentes com o BD137 ou BD139. O resistor é de 1/8 watt e o capacitor C1 é um do tipo eletrolítico para 12 volts ou mais. Os demais capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster. O transformador tem enrolamento primário de 110/220 V e secundário de 6+6 V com corrente de 50 a 300 mA. PROVA E USO Para testar o aparelho basta pressionar C1 e segurar as garras jacaré. Deve ocorrer um forte choque. Para usar ligue a garra G1 no objeto que deseja eletrificar e a garra G2 a uma terra que pode ser outro objeto de metal em contacto com o solo. Ao apertar S1 a eletrificação ocorre. Se notar baixo rendimento, altere o valor de R1 na faixa de 4,7 kohms a 47 kohms, no sentido de obter o maior rendimento. O QUE EXPLICAR Explique de que modo funciona um transformador. Mostre de que modo a tensão aparece no enrolamento secundário e que este componente precisa de variações da corrente. Mostre que os inversores não podem criar energia e que se a tensão pode ser aumentada a corrente diminui mantendo constante a potência. OUTROS USOS Acoplado a um alarme ou chave de toque este circuito pode eletrificar o objeto a ser protegido quando alguém o tocar ou quando alguém entrar em algum lugar. Ligando uma pequena lâmpada fluorescente (até 15 watts) na saída deste circuito ela deve acender.

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LISTA DE MATERIAIS Semicondutores: Q1 - BD135 ou equivalente - transistor NPN de média potência Resistores: (1/8 watt, 5%) R1 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja Capacitores: C1 - 100 uF/12V - eletrolítico C2 - 22 nF (223 ou 0,022) - cerâmico ou poliéster C3 - 100 nF (104 ou 0,1) - cerâmico ou poliéster Diversos: B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas S1 - Interruptor de pressão NA T1 - Transformador com primário de 110/220 V e secundário de 6+6 V e corrente de 50 a 300 mA G1, G2 - garras jacaré Ponte de terminais ou placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de pilhas, radiador de calor para o transistor, fios, solda, etc.

Projeto 29 - BOMBA DE CHOQUE Nível: fundamental até o médio. Eis uma brincadeira para você fazer com seus amigos ou os visitantes de seu estande numa feira de ciências. É claro que, mesmo que as pessoas sejam muito atentas, elas certamente terão uma surpresa com os resultados do seu experimento, principalmente as que têm medo de choques. A brincadeira e demonstração consiste no seguinte: carregue um capacitor e jogue-o para a pessoa desprevenida, tendo o cuidado de alertá-la com a frase: - segure! Quando a pessoa segurar o capacitor, numa reação natural, o pequeno componente (aparentemente inofensivo) vai ocorrer uma boa descarga elétrica com um "belo" choque aplicado ao visitante. É claro que o leitor vai explicar tudo ao visitante, mostrando-lhe o princípio de funcionamento de um dos mais importante componentes eletrônicos: o capacitor. E depois, para dar um novo choque num outro visitante, será preciso carregar o capacitor novamente. O nosso projeto consiste basicamente numa fonte de energia de alta tensão cuja finalidade é justamente carregar o capacitor depois de cada descarga (ou choque!). O capacitor, para não dar um choque muito forte, tem valores baixos, entre 100 nF e 470 nF dando-se preferência aos tipos de poliéster tubular, papel ou óleo com tensões de trabalho de pelo menos 220 V se a rede de energia for de 110V e pelo menos 400 V se a rede for de 220 V.

COMO FUNCIONA Ligando as armaduras de um capacitor a uma fonte de tensão contínua, o capacitor se carrega com esta tensão. A carga se mantém enquanto não houver um percurso para as cargas das armaduras. Quando elas são interligadas, as cargas fluem e se neutralizam descarregando o capacitor. Mantendo os fios terminais do capacitor separado, ele conserva sua carga. No entanto quando jogamos o capacitor para alguém segurar (tendo o cuidado de não tocar nos terminais) ao tocar ao mesmo tempo nos dois terminais (que são dobrados para facilitar isso), o circuito de descarga ‚ fechado pela própria mão da pessoa por onde circula a corrente de descarga. O resultado ‚ um choque na mão da pessoa. Para obter a tensão contínua que carrega o capacitor descrevemos a montagem de um circuito retificador, pois na rede de energia temos tensão alternada que não serve para esta experiência. MONTAGEM Na figura 78 temos o diagrama completo do carregador de capacitores. 59


Figura 78: Diagrama do carregador de capacitores.

Na figura 79 temos a disposição dos componentes numa ponte de terminais e o modo de se dobrar os terminais do capacitor para se fazer a brincadeira ou demonstração.

Figura 79: Montagem do carregador numa ponte de terminais.

O diodo deve ser o 1N4004 ou 1N4007 se a rede for de 110 V e o 1N4007 se a rede for de 220V. O resistor R1 é de 1 k ohms ou próximo desse valor com dissipação a partir de 1/8 W. O leitor deve ter o máximo cuidado com a montagem e o manuseio deste carregador pois ele estará ligado diretamente na rede de energia havendo assim o perigo de choques perigosos a qualquer toque acidental. COMO USAR Observamos inicialmente que o choque provocado pelo capacitor é muito rápido e por isso não é perigoso. Para haver este choque, entretanto, os dois terminais devem encostar na pessoa que segurar o componente ao mesmo tempo, daí a necessidade de serem dobrados da maneira indicada. Se a pessoa segurar um terminal só nada acontece e se os terminais encostarem um no outro quando o capacitor for atirado ocorre um estalo e ele descarrega antes de dar choque. Para fazer a brincadeira (ou demonstração), carregue o capacitor ligando-o à saída do circuito por alguns segundos. Quando o visitante se aproximar distraído, atire o capacitor carregado com um alerta de "Segure!". Para segurar o componente antes de atirá-lo, não toque nos seus terminais. A carga dos capacitores comuns tende a escapar em alguns minutos, caso em que eles devem ser carregados novamente. O QUE EXPLICAR Procure nos livros o princípio de funcionamento dos capacitores ou "condensadores" tomando como exemplo a Garrafa de Leyden.Lembre os visitantes que, quando a Garrafa de Leyden foi descoberta a mais de 200 anos, os seus descobridores justamente se divirtiam dando choques uns nos outros! (A brincadeira ‚ portanto bem antiga!) Explique como um capacitor se carrega e de que modo as cargas ficam armazenadas. Mostre que a capacidade de armazenamento de um capacitor depende do material usado como dielétrico ou isolante. Mostre então de que modo você carrega o capacitor e encostando um terminal no outro mostre a descarga que ocorre nestas condições. SUGESTÕES Você pode demonstrar a descarga do capacitor também ligando uma lâmpada néon no capacitor carregado. O capacitor se descarrega fazendo a lâmpada dar uma forte piscada. Outro local em que a descarga pode ser demonstrada ‚ ligando os terminais do capacitor nos terminais de um alto-falante. A descarga é acompanhada de um estalo produzido pelo alto-falante. Observação: Não use capacitores maiores para dar choques nos outros pois a descarga pode ser realmente forte e portanto perigosa!Nunca faça a brincadeira com pessoas que usem marca-passos ou tenham problemas de coração! 60


LISTA DE MATERIAL D1 - 1N4004 ou 1N4007 - diodo de silício - ver texto R1 - 1 k ohms - resistor - marrom, preto, vermelho C1 - 100 nF a 470 nF - 200 ou 400V - capacitor de poliéster, óleo ou papel (ver texto) Diversos: Cabo de alimentação, caixa para montagem, ponte de terminais, capacitores diversos, fios, solda, etc.

Projeto 30 - ACENDA UMA LÂMPADA FLUORESCENTE COM UMA PILHA Nível: A partir do fundamental. Na verdade, esta é uma experiência que permite demonstrar o princípio de funcionamento dos transformadores, elevando a tensão de uma ou duas pilhas (1,5 a 3 V) o suficiente para ionizar o gás no interior de uma lâmpada fluorescente (200 V ou mais). Como o circuito só se mantém ativado enquanto estivermos esfregando o fio na lima X1, não é muito cômodo manter permanentemente uma lâmpada acesa utilizando esse experimento. Assim o aparelho só serve para demonstrações, para produzir flashes de curta duração em cada esfregadela. O circuito consta simplesmente de um transformador, uma lâmpada fluorescente e uma ou duas pilhas comuns. No transformador aplicamos uma baixa tensão no enrolamento primário a partir de uma ou duas pilhas. Essa tensão se eleva, e no secundário obtemos centenas de volts, o suficiente para produzir piscadas de uma lâmpada fluorescente comum. Veja que este processo de transformação de energia é dinâmico, ou seja, a corrente precisa ter variações bruscas, que são conseguidas esfregando-se o fio numa lima. De outra forma, ligando diretamente o fio no transformador, por exemplo, como não ocorrem variações da corrente, nada acontece. Na figura 80 temos o diagrama completo do circuito que usamos na experiência.

Figura 80: Circuito utilizado no experimento.

Na figura 81 temos a disposição real dos componentes usados.

Figura 81: Disposição dos componentes para o experimento.

A pilha deve ser grande, pois como precisamos de uma corrente algo intensa, uma pilha pequena esgotaria rapidamente. Podem também ser usadas duas ou quatro pilhas em série, com maior "potência" para o circuito. O transformador pode ser de qualquer tipo que tenha um 61


enrolamento de alta tensão (110 V ou 220 V ou duplo) e secundário de tensões entre 4 e 12 volts com tomada central ou não, e correntes a partir de 100 mA. A lâmpada fluorescente pode ser de qualquer tipo, inclusive as que já estejam muito fracas para acender na instalação elétrica normal. Lâmpadas acima de 20 watts, entretanto, podem acender com mais dificuldade. X1 é uma lima comum chata na qual esfregamos a ponta do fio que está soldado no pólo positivo da pilha. Para fazer a experiência é só esfregar o fio na lima. A lâmpada deve piscar a cada esfregadela, indicando a indução de alta tensão no transformador. Cuidado para não tocar nos fios da fluorescente, pois mesmo alimentado por pilhas, o transformador gera a alta tensão e o choque não é fraco! Não deixe o fio permanentemente encostado na lima, pois isso além de não induzir corrente na lâmpada fluorescente, causa o rápido esgotamento da pilha. Você pode usar este aparelho como um telégrafo ou sinalizador óptico, instalando a lâmpada em local que possa ser vista à distância. LISTA DE MATERIAL B1 - 1,5 a 3 V - 1 ou 2 pilhas grandes X1 - Lima chata (interruptor intermitente - ver texto) T1 - Transformador com primário de 110 ou 220-V e secundário de 6+6V x 300 mA - ver texto (esse transformador vai trabalhar invertido, pois o primário fará as vezes de secundário) X2 - Lâmpada fluorescente de 4 a 20 watts - ver texto Fios, solda, etc.

Projeto 31 - Fonte de 0-9 V Nível: Pode ser montado pelo professor para alimentar experimentos. A fonte de alimentação que apresentamos na figura 82 pode alimentar pequenos aparelhos, cujo consumo não supere uns 50 mA, e que necessitem de tensões entre 0 e 9 V para funcionar.

Figura 82: Diagrama da fonte de alimentação simples.

O circuito não tem regulagem e a tensão de saída é ajustada com a ajuda de um simples potenciômetro e o multímetro que o leitor possua. Uma possibilidade de controle da tensão de saída é através de um indicador de baixo custo do tipo ferro-móvel que, no entanto, por não ser fácil de obter pode ser aproveitado de algum aparelho fora de uso. Na verdade, os multímetros de baixo custo podem até ser usados de forma definitiva para controlar a tensão dessa simples fonte. Para usá-la ligue o aparelho alimentado em sua saída e somente então, partindo do zero, ajuste a tensão desejada na saída. Não podemos ajustar antes, pois o circuito não é regulado. Ao ligar o aparelho, a tensão tende a cair. Por esse motivo, circuitos 62


sensíveis que não tenham uma boa faixa de tolerância para as tensões de alimentação nunca devem ser alimentados por esta fonte. Aplicações para ela incluem a alimentação de dispositivos simples como pequenas lâmpadas, motores, solenóides além de experimentos de eletroquímica. Lista de Material D1, D2 – 1N4002 – diodos de silício T1 – Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 6 + 6 V x 300 mA

C1 – 1 000 uF x 12 V – capacitor eletrolítico R1 – 10 ohms x 2 W – resistor P1 – 50 ohms – potenciômetro de fio M1 – Indicador de 0-12 V ou 0-9 V – opcional S1 – Interruptor simples J1, J2 – Jaques de saída, vermelho e preto

Diversos: Ponte de terminais, caixa para montagem, cabo de força, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.

Projeto 32 - Carga e Descarga de um Capacitor Nível: A partir do fundamental. A finalidade deste experimento é mostrar como os capacitores podem armazenar cargas elétricas. Para isso submeteremos um capacitor e uma tensão elevada da ordem de 150 V se a rede local for de 110 V e 300 V se a rede for de 220 V, carregando-o. Como a tensão da rede de energia é alternada, para a realização do experimento precisaremos de uma fonte retificadora, o que será feito com componentes comuns. A fonte é bastante simples, pois usa apenas dois componentes básicos, uma lâmpada comum e um diodo retificador. Na figura 83 temos então o diagrama completo da fonte retificadora que usa uma lâmpada comum, um diodo todos montados numa base de material isolante (madeira ou plástico).

Figura 83: Circuito de carga de um capacitor.

Detalhes da montagem são mostrados na figura 84.

Figura 84: Montagem do circuito de carga. Usamos um soquete de lâmpada incandescente comum de uso doméstico e para as pontas de prova, usamos uma ponte de terminais. O diodo pode ser 1N4004 se a rede for de 110 V e 1N4007 se a rede for de 220 V, Usamos uma lâmpada incandescente de 15 a 40 W. Observe que esse circuito é ligado diretamente à rede de energia e que existem partes expostas que podem causar choques. Mesmo as pontas de prova

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podem ser perigosas se tocadas acidentalmente. Assim, este dispositivo se deve ser usado por pessoas que tenham experiência com o trato de circuitos elétricos e eletrônicos de alta tensão. Para fazer a experiência temos duas possibilidades. Uma delas consiste em se carregar um capacitor comum de 400 nF a 10 uF encostando as pontas de prova nos seus terminais. Para o caso de capacitores eletrolíticos, a polaridade das pontas de prova deve ser observada. A figura 85 mostra como isso é feito.

Figura 85: Carga de capacitores eletrolíticos. Os capacitores usados devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 200 V se a rede se a rede local for de 110 V e 350 V se a rede for de 220 V. Nunca toque nos terminais do capacitor, pois você pode tomar um forte choque. Depois, encostando um fio nos terminais do capacitor você vai observar um forte estalo indicando a descarga do capacitor. Essa descarga é acompanhada de uma faísca visível, conforme mostra a figura 86.

Figura 86: Descarregando o capacitor.

Uma outra possibilidade é mostrada na figura 87. Trata-se de um circuito de descarga visual através de uma lâmpada neon.

Figura 87: Descarga do capacitor numa lâmpada neon.

Encostamos então as pontas desse circuito X e Y nas pontas de prova para que o capacitor se carregue. Quando isso ocorre, o que é instantâneo, a lâmpada neon acenderá. Depois, desligando as pontas de prova, observaremos que a lâmpada neon permanecerá acesa por um certo tempo, que depende justamente do valor do capacitor. Uma brincadeira interessante para quem gosta de pregar peças nos outros consiste em se fazer uma “bomba de choque” com um capacitor de poliéster tubular de 470 nF a 1 uF x 400 V. Descrevemos isso no projeto anterior.

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Competição: Ver quem mantém a lâmpada neon acesa por mais tempo no processo de descarga. Lista de Material: a) Carregador X1 – Lâmpada incandescente de 25 W a 40 W conforme a rede local D1 – 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) – diodo de silício – retificador PP1, PP2 – Pontas de prova C1 – Capacitor de 470 nF ou 1 uF de poliéster para 400 V ou mais Diversos: Soquete para lâmpada, cabo de força, base de montagem, ponte de terminais, fios, solda, etc. b) Circuito com lâmpada neon NE-1- Lâmpada neon comum R1 – 1 M ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, verde C1 – 470 nF x 450 V – capacitor de poliéster Diversos Ponte de terminais, fios, solda, etc. Projeto 33 - Fonte Múltipla de Sucata Nível: Montagem pelo professor para alimentar experimentos. Aparelhos valvulados antigos como rádios ou amplificadores e até mesmo televisores, usam um transformador de força que pode ser bastante útil, se estiver em bom estado. O leitor poderá aproveitá-lo numa interessante fonte múltipla para sua bancada, com saídas de baixa e de alta tensão. A saída de alta depende do transformador podendo chegar a mais de 300 V e a saída de baixa pode ser de 6 ou 12 V dependendo do transformador utilizado. Os transformadores de força de aparelhos valvulados antigos possuem pelo menos dois enrolamentos secundários: um de alta tensão que varia entre 125 e 350 V com correntes de 10 mA a 300 mA e um enrolamento de baixa tensão com 6 V ou 12 V, para os filamentos da válvulas, com correntes que podem chegar a alguns ampères. Podemos aproveitar um transformador desse tipo para montar uma útil fonte para a bancada. A fonte tem as seguintes características: Saída de alta tensão fixa entre 100 V e 400 V, dependendo do transformador e com corrente de acordo com esse componente. Saída de alta tensão ajustável entre 0 e o máximo anterior. Saída de baixa tensão fixa até 8 ou 15 V aproximadamente, dependendo do transformador. Saída de baixa tensão ajustável entre 0 e o máximo anterior. Também observamos que, além do transformador, outros componentes do velho aparelho desmontado podem ser aproveitados como o cabo de força, etc. O Circuito O que fazemos é simplesmente aproveitar a tensão alternada dos enrolamentos secundários de um transformador, como o da figura 88, retificando-a, filtrando-a e regulando-a.

Figura 88: utilizando um transformador de aparelho valvulado.

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A alta tensão é retificada através de dois diodos que devem suportar pelo menos o dobro da tensão especificada no enrolamento do transformador, entre 125 e 350 V tipicamente. Em caso de dúvida, meça a tensão com o multímetro. A filtragem é feita através de capacitor eletrolítico que pode até ser aproveitado do velho aparelho, é claro depois de testado, pois esses componentes costumam estragar com o tempo. O capacitor vai se carregar com a tensão de pico retificada que é pelo menos 41% maior do que a tensão do transformador. Assim, um transformador de 350 V poderá carregar o capacitor com até 490 V. Temos depois um resistor de fio e um mais um eletrolítico para a filtragem,. Nesse ponto temos a primeira saída de tensão fixa AT-1 que corresponde a um máximo de 1,4 vezes a tensão do transformador. Para a saída variável de alta tensão usamos um potenciômetro de fio de 10 k ohms que deve ser linear. Podem ser usados potenciômetros de valores maiores como 22 k ohms e mesmo 47 k ohms, desde que sejam de fio. O secundário de baixa tensão, que normalmente é do tipo de enrolamento unido tem a retificação feita por uma ponte de 4 diodos. Após a retificação temos a filtragem feita por um eletrolítico de 1 000 uF, no mínimo. A primeira saída B1, é feita logo depois da filtragem e a tensão máxima depende do transformador assim como a corrente. A saída de tensão variável é obtida através de um transistor que atua como um reostato com a polarização controlada pelo potenciômetro P1. Com esse potenciômetro podemos ajustar a tensão de saída entre 0 e o máximo dado pelo transformador. No enrolamento primário temos a alimentação, com uma chave que possibilita a seleção de rede, se o transformador tiver esse recurso. Na figura 89 temos então o diagrama do aparelho.

Figura 89: Diagrama completo da fonte.

Sua montagem deve ser feita numa caixa onde fixaremos uma ponte de terminais com a disposição de componentes mostrada na figura 90.

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Figura 90: Montagem do aparelho com base em ponte de terminais.

O transformador, que é pesado, deve ser fixado com parafusos e o transistor de potência, deve ser dotado de radiador de calor. Para os demais componentes siga as especificações da lista de material. Para a saída, recomendamos o uso de bornes isolados ou ainda uma ponte de terminais de parafusos. Prova e Uso: Basta ligar a alimentação da unidade e com a ajuda de um multímetro, verificar as tensões de saída fixas e para as variáveis, atuando sobre os potenciômetros correspondentes. Na utilização devemos sempre observar as limitações de corrente e lembrar que as saídas são todas de tensões contínuas, sem proteção contra curto-circuitos. Assim, não tente ligar as saídas de alta tensão em aparelhos projetados para funcionar na rede de energia, pois isso causará a sobrecarga da fonte. Lista de Material Q1 – TIP41 – Transistor NPN de potência D1 a D4 – 1N4004 – diodos de silício D5 e D6 – 1N4007 – diodos de silício T1 – Transformador de força - ver texto F1 – 1 A – fusível S1 – Interruptor simples S2 – Chave 110/220 V C1, C2 – 8 uF ou mais – capacitores eletrolíticos de alta tensão – ver texto C3 – 1 000 uF x 25 V ou mais – capacitor eletrolítico C4 – 100 nF – capacitor cerâmico P1 – 10 k ohms – potenciômetro de fio P2 – 1 k ohms – potenciômetro comum C5 – 1 00 uF x 12 V – capacitor eletrolítico R1 - 1 k ohms x 10 W – resistor de fio R2 – 330 ohms x ½ W – resistor – laranja, laranja, marrom 67


Diversos: Ponte de terminais, caixa para montagem, suporte de fusível, cabo de força, bornes de saída, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc,

7. PROJETOS DIVERSOS Projeto 34 - DETETOR DE CABOS DE ENERGIA Nível: Médio e técnico Em torno dos cabos de energia embutidos nas paredes e por onde circulam correntes elétricas intensas é criado um campo magnético que pode ser detectado por aparelhos sensíveis. Pela presença do campo magnético podemos facilmente localizar fios embutidos em canalizações plásticas ou outras passagens ocultas. O detetor descrito tem por base um circuito integrado CMOS extremamente sensível que, ao detectar os sinais, produz um som de aviso num transdutor. O circuito é muito simples pois além do circuito integrado e da bateria temos apenas três componentes passivos adicionais de baixo custo. A sensibilidade do circuito se deve a elevadíssima impedância de entrada do circuito integrado CMOS. Na figura 91 temos o diagrama completo do detetor.

Figura 91: Diagrama completo do detetor;

A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 92.

Figura 92: Placa de circuito impresso para a montagem. 68


Juntamente com a fonte de alimentação, que consiste em pilhas ou bateria de 9 V, o circuito cabe facilmente numa caixa plástica de pequenas dimensões. O sensor consiste numa chapinha de metal fixada na parte inferior da caixa. O transdutor piezoelétrico pode ser de qualquer tipo, até mesmo uma cápsula de microfone ou tweeter piezoelétrico comum (sem o transformador interno). Também pode ser usada, como indicado na figura, uma ponta de prova como sensor, operando como uma espécie de antena que deve ser aproximada do local em que se deseja verificar se existe ou não um campo elétrico. Para usar o aparelho é só passar o sensor junto à parede, evitando o contacto direto e observar quando há emissão de som pelo transdutor BZ. Movimentando com cuidado o sensor pela parede podemos levantar a trajetória dos cabos embutidos de acordo com o padrão de emissão dos sons. O capacitor C1 deve ter uma tensão de trabalho de 6V ou mais e S1 é opcional já que, quando o aparelho estiver fora de uso basta retirar as pilhas ou bateria. Competição: Quem descobre primeiro um cabo oculto em algum lugar da sala ou do pátio. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS Capacitor: C1 - 10 uF/6V - eletrolítico Diversos: PP - sensor - ver texto BZ - transdutor piezoelétrico - ver texto S1 - Interruptor simples B1 - 3, 6 ou 9V - pilhas ou bateria Placa de circuito impresso, suporte de pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda, etc. Projeto 35 - CHAVE DE TOQUE Nível: Ensino fundamental (para demonstração pelo professor) e médio para a montagem pelos alunos. Este simples circuito faz uma lâmpada acender quando alguém encosta no sensor. Este sensor pode ser uma placa de metal, um objeto ou simplesmente a ponta de um fio desencapado. O circuito funciona ligado à rede de energia mas é totalmente seguro não havendo perigo de choques. Importante

Qualquer circuito ligado à rede de energia representa um perigo em potencial. Este circuito é seguro se for montado e usado exatamente segundo as nossas recomendações. Assim, a montagem e manuseio deste projeto só deve ser feita com supervisão do professor que deve verificar se a montagem está devidamente protegida e dentro das especificações dadas no projeto. O leitor pode usar este circuito em feiras de ciências, demonstrações ou ainda para disparar um alarme pelo toque, protegendo algum objeto valioso. Como a corrente que circula pelo corpo de quem atua ‚ fraquíssima, você pode acionar uma potente lâmpada incandescente ligada na rede de energia sem perigo. O SCR usado suporta cargas de até 300 watts na rede de 110 V mas não recomendamos que o leitor use lâmpadas de mais de 60 watts, para maior segurança e economia de energia. O aparelho possui um controle de sensibilidade que permite ajustar o ponto de funcionamento ao tipo de sensor usado, evitando assim o disparo errático. Observação importante: se bem que o disparo seja totalmente seguro pela corrente muito fraca que circula pelo sensor, isso não significa que o aparelho deva ser montado sem cuidados especiais. Trata-se de montagem ligada a rede de energia e os perigos sempre existem. Se não tiver prática neste tipo de montagem novamente recomendamos: peça a ajuda de alguém mais experiente.

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COMO FUNCIONA O elemento básico do circuito é um SCR (Diodo Controlado de Silício) que consiste num semicondutor que liga quando uma fraca corrente é aplicada a sua comporta. Uma corrente de milionésimos de ampere é capaz de dispará-lo e com isso a corrente conduzida pode acender uma lâmpada ou fazer soar uma forte campainha. No caso do TIC106 podemos controlar correntes intensas com uma corrente tão fraca que pode circular pelo nosso corpo sem ser percebida, ou causar qualquer tipo de choque. É o que fazemos neste caso: ligando um sensor à comporta, podemos disparar o SCR pelo simples toque dos dedos, pois a corrente que circula pelo nosso corpo é suficiente para isso. O resistor tem por finalidade bloquear qualquer excesso de corrente, tornando assim a operação do aparelho totalmente segura. MONTAGEM Na figura 93 temos o diagrama completo da Chave de Toque.

Figura 93: Diagrama completo da chave de toque.

Sua montagem numa ponte de terminais é mostrada na figura 94.

Figura 94: Montagem com base numa ponte de terminais

Se sua rede de energia for de 110V você precisar de um SCR com sufixo B ou para 200 V ou mais. Se for de 220V o sufixo do SCR será o D para 400 V ou mais. Se a lâmpada ou carga controlada for de 40 watts ou maior será conveniente dotar o SCR de um radiador de calor, uma chapinha de metal parafusada no componente. O diodo D1 pode ser de qualquer tipo de uso geral e o resistor R1, na verdade pode ter valores entre 470 k ohms e 1 M ohms. Em lugar do trimpot também pode ser usado um potenciômetro comum, caso o aparelho seja fechado numa caixa plástica. PROVA E USO Para provar, basta ligar a unidade à rede de energia e tocar no sensor, ajustando-se ao mesmo tempo o trimpot de ajuste. O fio ao sensor não deve ter mais de 2 metros de comprimento. Vá ajustando P1 até que a lâmpada acenda com o toque. O sensor pode ser uma chapinha de metal de 4 x 4 cm fixada numa base de plástico ou madeira. Se a lâmpada não acender inverta a posição da tomada, ou seja, gire-a de meia volta. Isso é necessário para se obter a fase certa da rede para 70


polarizar o diodo D1 no sentido de haver condução da corrente no sentido do disparo. Observamos que objetos grandes de metal não podem ser ligados ao sensor, como por exemplo portas, carros ou moto, pois seu tamanho faz com que haja uma corrente de fuga suficiente para disparar o circuito antes mesmo do toque de alguém. Também observamos que os objetos que funcionam como sensor devem estar isolados da terra. Se houver tendência a ocorrer um pequeno choque ao se tocar no sensor, aumente o valor de R1. O QUE EXPLICAR O corpo humano é condutor de eletricidade e estamos em contacto com a terra. Assim, ao tocarmos no sensor circula uma corrente entre o nosso corpo e o sensor o que é suficiente para disparar o sensível circuito. Explique então como funciona o circuito e que ele é usado em muitos tipos de alarmes e mesmo aparelhos domésticos. TRABALHOS ADICIONAIS Substituindo a lâmpada por uma cigarra ou campainha o circuito pode ser usado como um alarme protegendo objetos. Se a sua porta de entrada for de madeira e a fechadura de metal você pode usar a fechadura como sensor. Sempre que alguém mexer na fechadura a campainha vai tocar. Competição: Ligue o alarme em um de diversos objetos colocados numa pesa. Cada aluno em sua vez deve escolher e retirar um objeto. Aquele que retirar o objeto que fizer o alarme tocar sai fora do grupo, até que entre os dois últimos permaneça o vencedor. LISTA DE MATERIAL SCR - TIC106-B (110V) ou TIC106-D (220V) - diodo controlado de silício P1 - 100 k ohms - trimpot R1 - 470 k ohms - resistor - amarelo, violeta, amarelo D1 - 1N4002 ou equivalente - diodo de silício L1 - 5 a 60 watts - lâmpada comum conforme a rede de energia Diversos: Ponte de terminais isolados ou placa de circuito impresso, cabo de força, soquete para a lâmpada, sensor, fios, solda.

Projeto 36 - DETETOR DE UMIDADE Nível: Projeto para ser utilizado como parte de experimentos de botânica ou montado pelos alunos do ensino médio e técnico. Eis um simples aparelho que possibilita a detecção de pontos de umidade em paredes e pisos, servindo de excelente instrumento na descoberta de vazamentos e infiltrações. Para trabalhos em feiras de ciências este aparelho pode detectar o momento em que começa a pingar água em algum experimento ou ainda quando a umidade alcança um determinado valor. Ele também pode servir para mostrar que o corpo humano conduz a eletricidade e que o grau de condução depende da umidade da pele. O indicador é sonoro e pela intensidade do som podemos ter uma idéia da gravidade do vazamento ou do grau de umidade no local do sensor. O sensor consiste em duas pequenas almofadas condutoras que, em contato com a parede, conduzem a corrente para o acionamento do circuito em caso de vazamentos, infiltrações ou simples presença de umidade do próprio ambiente (condensação). O aparelho funciona com pilhas comuns e possui indicação em alto-falante com grande sensibilidade. Nenhum ajuste é necessário e a operação do aparelho é muito simples: basta encostar o sensor no ponto em que se suspeita haver umidade. A montagem poderá ser feita numa caixinha plástica conforme sugere a figura 95, o que facilita bastante sua utilização.

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Figura 95: Montagem do detetor de umidade.

COMO FUNCIONA O que temos é um oscilador de áudio que só entra em funcionamento quando houver polarização na base do transistor Q2. A polarização vem justamente do transistor Q1 que conduz a corrente no caso de haver circulação de corrente pelo sensor. O sensor justamente só conduz em presença de umidade e ele consiste em duas pequenas almofadas condutoras do tipo usado para proteger contra descargas estáticas os circuitos integrados CMOS, como os usados nos computadores. Essas duas pequenas almofadas são coladas numa placa de circuito impresso em que soldamos os fios para ligação ao restante do circuito. Se houver umidade na parede ou local testado, a resistência cai e o contato com as almofadas condutoras permite a circulação de uma corrente que polariza Q1 no sentido de haver condução. A freqüência do oscilador é determinada tanto por R1 como C1 e a própria resistência apresentada entre o coletor e o emissor de Q1. Como esta resistência depende da umidade temos diversas possibilidades: num extremo um som bem grave que representa uma resistência muito alta e pouca umidade e no outro extremo um som mais agudo que representa uma resistência baixa e portanto muita umidade, como ocorre no caso de vazamento. A alimentação do circuito é feita com pilhas comuns e a chave S1 é opcional pois na condição de fora de uso, com a almofada dos sensores secas o consumo de corrente é praticamente nulo. MONTAGEM Na figura 96 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 96: Diagrama completo do detetor.

Na figura 97 temos a disposição dos componentes numa ponte de terminais e numa placa de circuito impresso.

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Os resistores podem ser de 1/8W ou maiores e o capacitor pode ser tanto de poliéster como cerâmico. O alto-falante é pequeno, aproveitado de um velho rádio, gravador ou aparelho de som portátil fora de uso de modo a caber numa pequena caixa de plástico. Para as pilhas usamos um suporte pequeno e o sensor ‚ fixado na própria caixa para maior facilidade de uso ou ligado por meio de dois fios se a aplicação for diferente da original. PROVA E USO Coloque as pilhas no suporte e acione S1. Depois é só encostar o sensor em qualquer local em que haja umidade (parede, mesa molhada, papel úmido, etc). Deve haver a emissão imediata de som, conforme explicado anteriormente: agudo para grande umidade e mais grave para umidade mais leve. O QUE EXPLICAR Explique que a água pura é isolante, mas em nosso meio ambiente existem muitas impurezas que, dissolvidas a tornam condutora. Assim, os locais úmidos têm uma resistência elétrica muito menor e portanto fazem com que a corrente circule o que leva o aparelho a "apitar".Encostando os dedos no sensor o aparelho também acusa a condução pois a pele é levemente condutora. A pele molhada produz um tom mais agudo do que seca porque ela conduz melhor a corrente. Isso mostra porque é perigoso tomar choques quando estamos molhados. Explique também que o som mais grave corresponde a altas resistências resultantes de pouca umidade e que alta freqüência ou sons mais agudos corresponde a alta umidade resultante de maior umidade. SUGESTÕES Trocando o sensor por duas chapinhas de metal você pode transformar este aparelho num polígrafo. As pequenas variações de tom que ocorrem durante um interrogatório indicam que a resistência da pele da pessoa varia o que deteta um estado emocional que pode estar associado a uma mentira. Na falta das almofadas condutoras, o sensor pode ser "fabricado" com duas chapinhas de metal coladas ou parafusadas numa chapinha de plástico. Ligando um LDR em lugar dos sensores o aparelho torna-se um sensível detetor de luz apitando quando o sensor for iluminado. Diversas experiências interessantes podem ser feitas com esta alteração. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1, Q2 - BC548 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral Q3 - BC558 ou equivalente - transistor PNP de uso geral Resistores: (1/8W. 5%) R1 - 47 k ohms - amarelo, violeta, laranja 73


R2 - 1 k ohms - marrom, preto, vermelho Capacitores: C1 - 100 nF (104 ou 0,1) - cerâmico ou poliéster Diversos: FTE - 4 ou 8 ohms x 5 cm - alto-falante pequeno S1 - Interruptor simples B1 - 3 V - 2 pilhas pequenas X1, X2 - sensores - ver texto Ponte de terminais ou placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte para duas pilhas, fios, solda, etc.

Projeto 37 - QUEM É O MAIS RÁPIDO Nível: para ser montado pelos professores e utilizado no ensino fundamental ou médio, ou montado pelos próprios alunos. Eis uma montagem simples que pode ser elaborada com facilidade pelos iniciantes. Trata-se de um jogo eletro-mecânico para ver quem tem reações mais rápidas. Trata-se de montagem bastante interessante para ser usada em feiras de ciências e mesmo nas etapas iniciais dos cursos de mecatrônica como trabalho prático reunindo um trabalho com eletricidade e mecânica ao mesmo tempo. Este jogo tem uma roleta que deve ser girada rapidamente. Esta roleta é de metal ferroso (que pode ser atraído por imãs) e em sua volta existem 4 pequenos eletroímãs que devem ser acionados quando o "juiz" gritar "já!" ou quando uma lâmpada for acesa para os competidores. A roleta será atraída pelos eletroímãs mas dependendo de sua posição no giro parar apontada para um deles somente. Um fator interessante a ser observado é que a roleta pode parar de tal forma a indicar como vencedor justamente o jogador que está na posição oposta ao que apertou em primeiro lugar. Esta imprevisibilidade permite juntar à rapidez de reação um fator aleatório ao resultado do jogo. O circuito é alimentado por pilhas comuns que terão uma boa durabilidade dado ao fato de que os jogadores não devem manter os botões apertados por mais do que alguns segundos de cada vez. A montagem exige mais habilidade mecânica do que eletrônica. Na figura 98 temos o diagrama do aparelho.


Na figura 99 temos o aspecto do tabuleiro em que é feita a montagem.

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Figura 99: aspecto do tabuleiro para a montagem.

A roleta ‚ feita com um pedaço de lata comum que deve ser dobrado e no ponto de encaixe deve ser feito um pequeno rebaixamento com um prego, isso de modo a encaixe o prego ou alfinete que serve de apoio. Esta roleta deve ser muito bem equilibrada para poder girar rapidamente com um impulso dado pelos dedos do operador. Cada um dos pequenos eletroímãs é feito enrolando-se de 100 a 300 voltas de fio esmaltado bem fino (32 a 36) num prego comum. Para ligar os fios esmaltados nas pilhas (suporte) e nos interruptores de pressão (S1 a S4) ‚ preciso raspar bem as pontas, pois sem isso a solda não "pega". Os fios de ligação aos interruptores devem ser longos para facilitar o manejo pelos jogadores. Para jogar proceda da seguinte forma: Gire com os dedos rapidamente a seta ou roleta. Cada competidor de 1 a 4 deve empunhar seu interruptor sem apertar e prestar atenção ao juiz. Quando o juiz disser "já!" todos devem procurar apertar os botões o mais rápido que puderem. A roleta deve parar abruptamente ficando apontada para o eletroímã correspondente ao vencedor. Antes de jogar experimente o aparelho verificando se todos os eletroímãs conseguem atrair a seta para sua posição quando o interruptor correspondente é apertado. Competição: Organize gincanas de conhecimentos ou outros tipos de provas utilizando o aparelho para detectar quem sabe a resposta de uma pergunta em primeiro lugar. LISTA DE MATERIAL B1 - 4 pilhas pequenas ou médias S1 a S4 - Interruptores de pressão NA - botões de campainha L1 a L4 - eletroímãs - ver texto Diversos: Tabuleiro, seta de lata, suporte de pilhas, fios, solda, etc. Projeto 38 - METRALHADORA COM RELÉ Nível: A partir do fundamental Este simples circuito imita o som de uma metralhadora e com um capacitor maior também produz som de uma pistola de repetição. Simples de montar ele usa poucos componentes, alguns dos quais obtidos de aparelhos fora de uso. Dentre as aplicações podem ser indicados brinquedos, efeitos sonoros em montagens mecatrônicas e robôs. O princípio de funcionamento ‚ o seguinte: quando pressionamos S1 o capacitor carrega-se mas instantaneamente abre seus contactos o relé 75


interrompendo a alimentação pela atração da bobina. Com a interrupção os contatos do relé não voltam imediatamente a sua posição de normal mas demoram uma fração de segundo que é quanto o capacitor precisa para descarregar-se novamente pela bobina. Com a volta dos contatos à condição inicial temos nova carga e o fenômeno se repete. Neste abre e fecha do relé circulam pulsos de corrente pelo alto-falante produzindo um ruído semelhante ao de arma. A velocidade dos tiros depende tanto do valor do capacitor como do tipo do relé usado (resistência de sua bobina) devendo o leitor fazer experiência no sentido de obter o valor que dê melhor efeito. Na figura 100 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 100: Diagrama completo da metralhadora eletrônica.

Na figura 101 temos a disposição dos componentes que podem ser instalados numa caixinha para melhorar a acústica.

Figura 101: Disposição dos componentes na montagem final.

O relé pode ser de qualquer tipo com 6 V de bobina e corrente de no máximo 100 mA. Tipos econômicos de uso geral podem ser usados. O capacitor pode ter valores entre 100 uF e 470 uF. O interruptor S1 é de pressão e a alimentação é feita com 4 pilhas comuns de qualquer tamanho. O alto-falante pode ser de qualquer tipo ou tamanho com potência a partir de 1 W. Para testar o aparelho é só pressionar S1. Se os tiros forem muito lentos diminua o capacitor C1. LISTA DE MATERIAL B1 - 6 V - 4 pilhas comuns S1 - Interruptor de pressão NA K1 - relé de 6 V sensível - ver texto C1 - 100 uF a 470 uF a partir de 6 V - capacitor eletrolítico - ver texto FTE - 4 ou 8 ohms - alto-falante pequeno Diversos: Suporte de pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.

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Projeto 39 - PISCA-PISCA COM LEDs Nível: Para alunos do ensino médio, eletivas e cursos técnicos. Com apenas dois transistores e alguns componentes adicionais podemos fazer dois LEDs piscar alternadamente. O aparelho pode ser usado como um alarme psicológico, em robôs e outros dispositivos de mecatrônica ou ainda em maquetes. Jogos e presépios. Os dois LEDs são acionados alternadamente pela comutação de dois transistores e podem ser de qualquer tipo. O ciclo de acendimento de cada um é determinado tanto pelos valores dos capacitores usados como pelo ajuste de um potenciômetro. O potenciômetro ou trimpot pode ter seus valores na faixa de 22 k ohms a 100 k ohms e os capacitores podem ter valores entre 2,2 uF e 100 uF. Quanto maior for o valor dos capacitores maior será o intervalo entre as piscadas ou mais baixa será a freqüência de operação do circuito. Os transistores podem ser de qualquer tipo NPN de uso geral, inclusive aproveitados de sucata. A alimentação deve ser feita com tensão de 6 a 9 V obtida de pilhas ou bateria. A corrente exigida é baixa o que garante uma boa durabilidade para as pilhas ou bateria. Na figura 102 temos o diagrama completo deste aparelho.

Figura 102: Diagrama completo do pisca-pisca com LEDs.

Na figura 103 mostramos a disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso mas a montagem pode ser feita de maneira menos formal usando uma ponte de terminais comum ou de parafusos.


Com uma montagem bem compacta o aparelho pode ser instalado numa pequena caixa de plástica. Na montagem observe a posição do LED, transistores e capacitores eletrolíticos que são polarizados. Para provar o aparelho e usar basta colocar as pilhas no suporte. Como não há interruptor geral os LEDs devem começar a piscar imediatamente. Se quiser alterar a freqüência troque os capacitores. No potenciômetro ou trimpot podemos alterar a freqüência do circuito ou o tempo de acendimento de cada LED. Para ligação de mais LEDs eles podem ficar em série em cada ramo do circuito. No entanto, o limite é de 3 LEDs pois a tensão de acionamento dos tipos vermelhos é de 1,6 V o que significa que para que o funcionamento seja normal devemos aumentar a tensão de alimentação para 9 V. Se ligarmos os LEDs em paralelo devemos colocar em série com cada um um resistor de 330 ohms e neste caso tambémm não recomendamos uma quantidade maior do que 3 por transistor.

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LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - qualquer transistor NPN de uso geral LED1, LED2 - LEds comuns de qualquer cor Resistores: (1/8 W, 5%) R1, R4 - 330 ohms - laranja, laranja, marrom R2, R3 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja P1 - 100 k ohms - trimpot ou potenciômetro Capacitores: C1, C2 - 10 uF/6 V - eletrolíticos Diversos: B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas Ponte de terminais, suporte de pilhas, fios, solda, etc.

Projeto 40 - LUZ DE FREIO PARA ROBÔS Nível: Para alunos do ensino médio, eletivas e cursos técnicos. Esta montagem, além de luz de freio também pode servir como um mini-alarme de vibração ou balanço ou ainda como um sismógrafo experimental para demonstrações em feiras de ciências. O princípio de funcionamento é simples: instalado numa caixinha e levado na bicicleta com a luz na parte traseira ele tem um sensor de pêndulo (X1). Em condições normais o pêndulo não encosta na argola (ambos devem ser feitos com fio nú). Quando ocorre a freada, o pêndulo balança e encosta na argola, fazendo com que o capacitor C1 se carregue e acione por uns segundos a lâmpada indicadora X2. Evidentemente a argola e o pêndulo deve ser suficientemente rígidos para não provocar o disparo do circuito pelo balanço normal do veículo em que ele está instalado ou quando ele passar num buraco ou ondulação. A sua posição de montagem no sentido de que ocorra o acionamento somente ao frear é importante. O aparelho é alimentado por pilhas comuns e em lugar da lâmpada pode ser usado um LED "jumbo" vermelho em série com um resistor de 100 a 33 ohms. Na figura 104 temos o diagrama completo do aparelho.


Na figura 105 temos a disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso mas existe a possibilidade de se fazer uma montagem “pendurada”em uma ponte de terminais comuns ou mesmo de parafusos.

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Figura 105: Aspecto da montagem numa placa de circuito impresso.

A lâmpada deve ser de 50 mA no máximo tanto para se evitar problemas de desgaste das pilhas como para não forçar o transistor.A temporização é dada pelo capacitor C1 que pode ter valores entre 47 uF a 470 uF. O sensor é feito com fio de cobre grosso sem capa e o peso na ponta pode ser uma bolinha feita de massa epoxi. Para testar o aparelho é simples: basta alimentar o circuito e balançar levemente o sensor de modo que a argola encoste no fio com o peso. A lâmpada deve acender e ficar acesa por uns instantes. Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva no robô ou em outra aplicação. LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BC548 ou BC337 - transistor NPN de uso geral Resistores: (1/8W, 5%) R1 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R2 - 1 k ohms - marrom, preto, vermelho Capacitores: C1 - 47 a 470 uF/6 V – eletrolítico Diversos: X1 - sensor - ver texto X2 - 6 V x 50 mA - lâmpada comum S1 - Interruptor simples B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas Ponte de terminais, suporte para 4 pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.

Projeto 41 - VU-METER SIMPLES Nível: Ensino médio e técnico. Eis um circuito simples que pode ser ligado na saída de qualquer aparelho de som para fazer um instrumento "balançar" no ritmo da música. O instrumento usado é um microamperímetro de 0200 uA ou valor próximo desse, pois o projeto não é crítico. Este instrumento, de baixo custo, pode até ser aproveitado de algum equipamento que o leitor tenha fora de uso. O circuito é ligado em paralelo com a saída dos alto-falantes dos dois canais do aparelho de som (um para cada se o aparelho for estéreo, se o leitor quiser). O único ajuste a ser feito é de um trimpot que tem por finalidade encontrar a sensibilidade do circuito de acordo com a potência do aparelho de som. Na figura 106 temos o diagrama completo do VU-meter simples.

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Figura 106: Diagrama do VU-meter.

A disposição dos componentes numa ponte de terminais é mostrada na figura 107.


O conjunto pode ser colocado no interior de uma caixinha plástica ou mesmo adaptado à caixa do amplificador ou equipamento de som que o leitor possua. No caso, pode ser "embutido no painel" ou ainda de outra forma, conforme o gosto de cada um. O diodo admite equivalentes como o 1N4148 ou 1N4007. O trimpot é comum‚ o resistor é de 1/8 W ou maior. Dependendo da inércia desejada ou velocidade de resposta do instrumento o capacitor C1 pode ser alterado na faixa de valores que vai entre 1 uF até 100 uF. Será interessante o leitor fazer experiências pois cada instrumento tem suas próprias características e o capacitor ajuda a fazer a adaptação do circuito. Os eletrolíticos podem ter qualquer tensão de trabalho a partir de 12 volts. Para ajustar o aparelho, ligue os pontos A e B na saída de seu sistema de som (fios que vão para os alto-falantes). Depois, abra ligeiramente o volume e ajuste P1 até que o ponteiro oscile suavemente ao ritmo da música. Se notar que o ponteiro tende a deflexionar para o lado errado, inverta as ligações do instrumento M1. Qualquer microamperímetro com fundo de escala entre 100 uA e 0,1 mA pode ser experimentado. LISTA DE MATERIAL D1 - 1N4002 ou equivalente - diodo de silício P1 - 47k ohms - trimpot R1 - 1 k ohms, 1/8W - resistor - marrom, preto, vermelho C1 - 1 a 47 uF/12V - capacitor eletrolítico M1 - 0-200 uA -microamperímetro comum - ver texto Diversos: Ponte de terminais, terminal de entrada para ligação (ponte com parafusos), caixa para montagem, fios, solda, etc.

Projeto 42 - LUZ RÍTMICA DE 12 V Nível: Ensino médio e técnico. Pode ser utilizado pelas últimas séries do fundamental com pré-kit (parcialmente montado). Este circuito pode ser usado no carro ou mesmo no lar, em conjunto com uma fonte de 12 V com pelo menos 1 A para se obter efeitos especiais de luz acompanhando o som. Com ele, uma lâmpada de 12 V vai piscar no ritmo da música reproduzida pelo seu equipamento de som. A sensibilidade do aparelho é muito boa e até mesmo o som de um rádio portátil pequeno é suficiente 80


para excitar o circuito. Neste caso, o sinal pode ser retirado do jaque de fones ou ainda do próprio alto-falante. O circuito pode alimentar lâmpadas incandescentes até 1 ampère e possui um controle de sensibilidade. O capacitor C1, com valores entre 10 nF e 220 nF determina a resposta de freqüência do circuito em relação aos sons. Com valores maiores, o circuito tende a responder mais aos sons graves. Montado num pequeno módulo, o aparelho pode ser usado no carro produzindo um efeito muito interessante de luz. Na figura 108 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 108: Diagrama completo da luz rítmica.

Na figura 109 temos a disposição dos componentes numa pequena ponte de terminais isolados, mas nada impede que os leitores mais habilidosos façam a montagem em placa de circuito impresso.


Observe que o transistor Q2 deve ser montado num radiador de calor e que consiste numa lâmina de metal dobrada em forma de "U". Para a entrada dos sinais podem ser usados fios comuns numa montagem definitiva ou se o leitor preferir uma ponte de terminais com parafusos. O transformador pode ser qualquer um usado em fontes de alimentação com enrolamento primário de 110 V ou 220 V (que ser ligado ao potenciômetro) e secundário de qualquer tensão entre 4 e 12 V com corrente entre 100 e 500 mA. O resistor Rx deve ser reduzido se a potência do aparelho de som for menor que 1 W (radinhos, CD-players, ou gravadores). Os demais resistores são de 1/8 W e o capacitor C1 pode ser cerâmico ou de poliéster. O potenciômetro ‚ comum e o aparelho não precisa de interruptor geral pois ao se desligar o som na entrada o consumo cai a zero. O diodo D1 admite equivalentes como os 1N4004, 1N4148, Para experimentar, ligue nas entradas A e B os fios do alto-falante de um aparelho de som, a saída de um rádio portátil ou a saída de fone. Ligue os pontos C e D na alimentação. Coloque o som no volume desejado e ajuste P1 para que a lâmpada pisque ao ritmo da música. Se não conseguir isso, reduza o valor de Rx. Comprovado o funcionamento do aparelho, feche-o numa caixa ou instale-o de modo definitivo.

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LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral Q2 - TIP41 - transistor NPN de potência D1 - 1N4002 ou equivalente - diodo de silício Resistores: (1/8 W, 5%) Rx - 47 ohms/1W - amarelo, violeta, preto R1 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R2 - 22 ohms - vermelho, vermelho, preto P1 - 10 k ohms - potenciômetro Capacitores: C1 - ver texto Diversos: T1 - Transformador de alimentação - ver texto X1 - 12V até1 A - lâmpada comum F1 - 5A - fusível Ponte de terminais, ponte de parafusos, caixa para montagem, radiador de calor para Q2, suporte de fusível, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.

Projeto 43 - ELETROSCÓPIO DE FOLHAS Nível: A partir do fundamental Nos estudos de ciências do primeiro grau e de física do segundo grau descreve-se um aparelho denominado "eletroscópio de folhas", que consiste num instrumento capaz de detectar cargas elétricas acumuladas num um corpo, ou seja, verificar se um corpo está ou não "carregado" de eletricidade estática. O eletroscópio original é feito com folhas de ouro, que é um material caro, mas existe uma alternativa simples e barata que pode ser usada com excelentes efeitos práticos para aplicações didáticas o qual justamente descrevemos neste artigo. Este eletroscópio usa material que pode ser conseguido em casa (não precisa comprar nada!) e detecta cargas elétricas acumuladas em pentes, réguas, pedaços de acrílico, plásticos, roupas, etc. Na figura 110 temos o aspecto deste eletroscópio.

Figura 110: Aspecto do eletroscópio de folhas.

Usando um vidro de boca larga (maionese, por exemplo), preferivelmente com tampa plástica, encaixamos um fio de cobre dobrado de modo a formar um gancho. Neste gancho vamos pendurar um pedaço de papel alumínio bem fino dobrado em V. O alumínio deve ser o mais fino possível para ser obtida maior flexibilidade, pois dela depende a sensibilidade do eletroscópio. Para experimentar o eletroscópio atrite um pente de plástico, uma caneta esferográfica ou mesmo uma régua de plástico na sua roupa, de modo a gerar uma boa carga elétrica. Aproximando ou mesmo tocando na argola de cobre, conforme mostra a figura 111, deve ocorrer a repulsão das folhas de alumínio que então "abrem". 82


Figura 111: Demonstrando o funcionamento do eletroscópio.

Quanto maior for o ângulo de abertura das folhas, mais carregado estará o objeto que tocou na argola. Explique, na demonstração ou aula, que as folhas abrem porque ficam carregadas com cargas elétricas do mesmo sinal (positivas ou negativas) e por isso surge entre elas uma força de repulsão. Faça uma demonstração atritando em seda ou lã diversos tipos de materiais, demonstrando assim quais se eletrizam com mais facilidade. Obs: nos dias úmidos, a experiência pode ser mais difícil, pois os objetos carregados perdem rapidamente as cargas adquiridas. Competição: Fazer um concurso para ver quem descobre o material que se eletriza mais, fazendo com que o eletroscópio tenha a maior indicação.

Projeto 44 - COMPUTADOR ELEMENTAR OU CIRCUITO "INTELIGENTE" Nível: A partir do ensino fundamental Na verdade trata-se de um brinquedo ou circuito didático que indica quando respostas corretas são escolhidas num tabuleiro onde também existem perguntas sobre determinados assuntos. O assunto explorado pode ser escolhido à vontade pelo montador. O princípio, se bem que simples, é o mesmo da lógica digital que encontramos nos computadores "de verdade" daí ele poder ser usado em demonstrações com finalidades didáticas. Para que o leitor tenha uma idéia, este mesmo aparelho é encontrado à venda na forma de brinquedo educacional, o que torna mais interessante que se construa um com as próprias mãos. Num painel existem duas colunas verticais, uma contendo perguntas e outra respostas. As respostas entretanto estão de forma desordenada. A cada pergunta corresponde um preguinho ou um contacto elétrico o mesmo ocorrendo com as respostas. Perguntas e respostas são interligadas por um fio oculto, por baixo do painel. O jogador, com duas pontas de prova, deve encostar uma na pergunta e outra na resposta correspondente. Se a resposta estiver correta um LED indicador acende. Se estiver errada, nada acontece. Na figura 112 temos o circuito que faz o LED acender e o painel para 5 perguntas e suas respostas.

Figura 112: Montagem do computador simples.

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É claro que, o leitor pode montar sua versão com muito mais perguntas e o assunto fica por conta de cada um: países e capitais, personalidades e cargos, invenções e datas, jogadores de futebol e equipes, etc. A disposição dos componentes numa ponte de terminais é mostrada na figura 113.


O LED pode ser de qualquer tipo ou cor e o resistor é de 1/8W ou maior. Para os contatos do painel podem ser usados preguinhos, parafusos de 18 de polegada ou mesmo percevejos de Os preguinhos comuns tem a vantagem de aceitar a solda na ligação dos fios. As pontas de prova PP1 e PP2 podem ser feitas com pregos maiores ou então usadas pontas de multímetros que podem ser adquiridas prontas. O painel pode ser uma chapa de madeira compensada de uns 30 x 40 cm de modo a caberem bastante perguntas e respostas. Na verdade podem ser adaptadas cartolinas que se encaixem de modo a permitir a mudança de assunto, o que torna o uso do painel computador mais interessante. Competição: Organizar concurso de perguntas e respostas. O professor pode montar uma versão “gigante’ e utilizar na sala de aula. LISTA DE MATERIAL LED1 - LED vermelho comum B1 - 3V - 2 pilhas pequenas R1 - 330 ohms x 1/8W - resistor - laranja, laranja, marrom PP1, PP2 - pontas de prova Diversos: Ponte de terminais, suporte para duas pilhas, painel de madeira, preguinhos, fios, solda, etc.

Projeto 45 - EXPERIÊNCIA DE ELETROQUÍMICA Nível: A partir do fundamental Experiências que envolvem eletricidade e química são atraentes, principalmente aquelas em que são observadas mudanças de cores de substâncias. Descreveremos uma, em especial, que é bastante simples, podendo ser realizada sem a necessidade de qualquer material de difícil obtenção ou produto que seja perigo no manuseio. Trata-se de uma experiência inofensiva, que certamente resultará num excelente trabalho para o aluno de escolas cursando o nível fundamental e médio. O que fazemos ‚ provocar uma mudança de cor num líquido existente num copo pela passagem de uma corrente elétrica. O líquido é simplesmente uma mistura de água comum, sal e algumas gotas de tinta usada em canetas. Inicialmente azul, assim que a corrente elétrica começar a circular pelo líquido, e com isso provocar uma reação química, conhecida por "eletrólise", vão ser produzidas novas substâncias que, reagindo 84


com a tinta provocam a descoloração. Temos então uma mudança visível da cor do líquido, que acaba por perder a cor azul da tinta que estava dissolvida. Demonstramos então, de que modo uma corrente elétrica provoca reações químicas e como, nas reações, os pigmentos da tinta podem ser modificados de modo a não ter nenhum efeito na coloração. Na figura 114 temos o diagrama do aparelho elétrico usado na experiência.

Figura 114: Diagrama do aparelho utilizado no experimento.

O aspecto real da montagem é mostrado na figura 115.

Figura 115: Aspecto da montagem.

Em lugar da pilha ou pilhas, podemos usar uma fonte de alimentação com corrente até 1 A. Essa fonte pode ter tensões entre 1,5 e 9 Volts. Uma sugestão de fonte simples, que evita o uso de pilhas caras, é mostrada na figura 121.

Figura 116: Sugestão de fonte para substituir as pilhas.

Uma pilha grande também serve, fornecendo uma corrente por um bom tempo, para a realização da experiência algumas vezes. No copo, colocamos água comum e dissolvemos também uma pitada de sal, para tornar a solução condutora. Depois, pingamos uma ou duas gotas de tinta azul de caneta. As pontas do fio que fazem contacto com a solução devem ser descascadas em 1 ou 2 cm. Para realizar a experiência: No momento em que os fios forem posicionados no copo, começando a circular a corrente, já começarão a ocorrer as alterações que levam à descoloração do líquido. A experiência estará completa quando a solução perder totalmente a cor azul da tinta. Para repetir a experiência, temos de lavar o copo e preparar nova solução. As borbulhas que sobem nas pontas dos fios durante à experiência são devidas aos gases que são produzidos durante a reação química. Estes cases podem ser o hidrogênio, o oxigênio e outros que podem ser liberados das substâncias envolvidas na reação. A oxidação dos fios também é resultado das reações que ocorrem no processo. Com o tempo, os 85


fios podem se desgastar completamente sendo necessária a sua substituição. Professores de química podem encontrar combinações interessantes de substâncias que mudam de cor quando submetidas ao mesmo processo de eletrólise. LISTA DE MATERIAL B1 - 1,5 a 6V - pilhas ou fonte X1 - Copo com água e sal, mais gotas de tinta e eletrodos Fios, solda, etc.

Projeto 46 - Gato Neon Nível: A partir do fundamental (com supervisão do professor, pois é ligado à rede de energia). Uma alegoria muito interessante pode ser elaborada com base na sensibilidade das lâmpadas neon que acendem com correntes extremamente baixas. Apresentamos na figura 117 um gato que será pendurado ou colocado em locais acessíveis e que tem bigodes sensíveis.

Figura 117: aspecto da montagem.

Quando tocamos nos seus bigodes (pedaços de fio), as lâmpada neon que correspondem aos seus olhos acendem. A montagem é simples, mas o máximo cuidado deve ser tomado tanto com a proteção das partes vivas do circuito que funciona ligado à rede de energia como aos valores dos resistores. Os resistores devem ser obrigatoriamente de 470 k ohms! Outros valores podem causar choques perigosos em quem tocar nos bigodes do gato, principalmente se forem menores. O circuito funciona baseado no fato de que a corrente que pode circular entre o pólo vivo da rede de energia e o corpo de uma pessoa pode acender uma lâmpada neon sem causar choques. Esse princípio é usado nas ferramentas chamadas “busca pólo” que são instaladas dentro de pequenas chaves de fendas vendidas nas casas especializadas. A lâmpada neon é do tipo NE-2H ou equivalente e como precisamos apenas da conexão do pólo vivo, o fio de alimentação do circuito é simples. Não precisamos de cabo com tomada. Ao usar o aparelho, deve-se ter apenas o cuidado de selecionar o 86


furo da tomada que corresponde ao pólo vivo para que, tocando nos bigodes de metal as lâmpadas neon acendam. Os bigodes são feitos com pedaços de fio nú, que devem ser tocados para que as lâmpadas correspondentes aos olhos acendam. Tome muito cuidado com os testes antes de colocar o aparelho ao alcance de outras pessoas. Lista de Material NE-1, NE-2 – lâmpadas neon comuns R1, R2 – 470 k ohms x 1/8 W – resistores – amarelo, violeta, amarelo P1 – Plugue X1, X2 – Bigodes de metal (ver texto) Diversos: Ponte de terminais, gato de papelão, fios, solda, etc. Projeto 47 - Circuito Simples com Interruptor Nível: Ideal para o nível fundamental como tema transversal do ensino de ciências. Trata-se de uma das montagens mais simples que podemos realizar com finalidade didática. O que temos é um circuito de demonstração que permite mostrar como um interruptor deve ser ligado para controlar uma pequena lâmpada. Conforme mostra a figura 118, usaremos uma lâmpada de 6 V x 50 mA, um suporte de 4 pilhas pequenas ou médias e um interruptor simples.

Figura 118: Circuito para acender uma lâmpada.

O demonstrador deve explicar que o interruptor pode ser colocado antes ou depois da lâmpada em relação ao suporte de pilhas, ou seja, interromper a corrente tanto no pólo negativo como positivo que o efeito é o mesmo. Este mesmo demonstrador pode ainda mostrar diversos tipos de interruptores que existem e como eles devem ser ligados. Dê preferência aos tipos cujas conexões sejam feitas com a ajuda de parafusos. Da mesma forma, para a lâmpada tanto podem ser usados pequenos soquetes como fios soldados diretamente em seu casquilho. Competição: Propor que desenhem a instalação elétrica de uma maquete com a repetição de três destes circuitos para acender as lâmpadas. Lista de Material X1 – lâmpada de 6 V x 50 mA S1 – Interruptor simples B1 – 6 V – 4 pilhas Diversos: Suporte de pilhas, fios, etc.

Projeto 48 - Provador de Continuidade com Lâmpada Neon Nível: Médio, por utilizar alta tensão e para o professor para demonstrações. Descrevemos um provador de continuidade que usa uma lâmpada neon como dispositivo indicador. Como a tensão aplicada no circuito ou componente em prova é elevada, o circuito só se 87


presta à testes de componentes suportem mais de 200 V.A corrente de prova entretanto é muito baixa. Também observamos que o circuito está conectado diretamente à rede de energia e que portanto um toque acidental em qualquer de suas partes pode causar choques perigosos. O aparelho também não deve nunca ser usados em aparelhos que estejam ligados. Os componentes que podem ser testados com esse provador são basicamente: fusíveis, chaves, fios, lâmpadas incandescentes, etc. Na figura 119 temos o circuito completo do provador de continuidade que funciona tanto na rede de 110 V como 220 V.

Figura 119: Circuito completo do provador de continuidade.

A montagem pode ser feita numa ponte de terminais, conforme mostra a figura 120. A ponte de terminais pode ser fixada numa base de material isolante como uma base de plástico, por exemplo.

Figura 120: Aspecto final da montagem.

A lâmpada neon é comum NE-2H e o resistor é de 1/8 W com qualquer valor entre 470 k e 1 M ohms. As pontas de prova podem ser “fabricadas” com um prego comum. Competição: Ver quem separa mais rapidamente condutores e isolantes de um grupo de materiais espalhados sobre a bancada. Podem ser utilizados diversos destes provadores. Lista de Material NE-2H – lâmpada neon comum R1 – 470 k ohms a 1 M ohms x 1/8 W – resistor PP1, PP2 – Pontas de prova Diversos: Ponte de terminais, cabo de força, fios, solda, etc.

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Projeto 49 - Controle de Duas Lâmpadas Nível: Fundamental montado pelos alunos ou pelo professor, para demonstrações. O circuito mostrado na figura 121 mostra como é possível controlar duas lâmpadas comuns usando uma chave de 1 pólo x 2 posições. Trata-se de uma montagem didática, que pode ser utilizada para ensinar como funcionam os circuitos elétricos simples.

Figura 121: Experimento para entender como funciona um circuito simples de controle de lâmpadas.

Na figura 122 mostramos o aspecto real da montagem que pode ser feita de forma “modular” para que os componentes sejam utilizados em outros experimentos, caso o leitor queira formar um laboratório de eletricidade numa escola, ou para demonstrações.

Figura 122: Aspecto final da montagem.

Conforme mostra a figura, quando a chave está numa posição acende uma lâmpada e quando está na outra posição, acende a outra lâmpada. Pode ser acrescentado um interruptor simples para ligar e desligar o circuito, de modo que nenhuma lâmpada fique acesa. As lâmpadas são de 6 V x 50 mA ou equivalentes, dando-se sempre preferência aos tipos de baixo consumo para se obter maior autonomia para as pilhas. No projeto indicamos pilhas médias, mas com lâmpadas de baixo consumo, pode-se usar também pilhas pequenas. Na figura 123 mostramos a possibilidade de se montar o mesmo circuito utilizando LEDs.

Figura 123: Mesmo circuito utilizando LEDs.

Podemos usar um LED vermelho e um verde, fazendo assim um simples semáforo experimental ou para demonstrações.

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Competição Propor a criação de um circuito para controlar de dois pontos de um corredor uma única lâmpada utilizando dois interruptores semelhantes aos empregados neste experimento. Lista de Material B1 – 6 V – 4 pilhas médias ou pequenas S1 – Chave de 1 pólo x 2 posições X1, X2 – Lâmpadas de 6 V x 50 mA Diversos: Suporte de pilhas, suportes para as lâmpadas, fios, solda, etc. Para a versão com LED: LED1, LED2 – LEDs comuns de qualquer cor. R1 – 470 ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, marrom S1 – Chave de 1 pólos x 2 posições B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas Diversos: Ponte de terminais, suporte de pilhas, fios, solda, etc.

Projeto 50 - Inversão da Circulação da Corrente Nível: Fundamental ou médio, montado tanto pelo professor como pelo aluno. Nessa experiência mostramos como o sentido de circulação de uma corrente elétrica pode ser invertido com a ajuda de uma chave de 2 pólos x 2 posições. A idéia é mostrar que a corrente contínua circula de forma bem determinada por um circuito, podendo seu sentido ser invertido e quando isso ocorre podemos ter efeitos diferentes sobre um circuito alimentado. Mostraremos que, com a chave numa posição a corrente circula num sentido e um LED acende. Invertendo a chave o outro LED acende. O circuito também serve para mostrar eu os LEDs são dispositivos polarizados e que a corrente só pode circular num sentido para que eles acendam. Na figura 124 temos o diagrama completo do experimento.

Figura 124: Diagrama completo para o experimento.

Na figura 125 temos o modo de se fazer sua montagem, com a soldagem dos LEDs e do resistor numa pequena ponte de terminais isolados.

Figura 125: Montagem dos LEDs em ponte de terminais

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Os LEDs podem ser comuns de qualquer cor e o circuito é alimentado por 4 pilhas pequenas. Se o leitor quiser pode acrescentar um interruptor para ligar e desligar a alimentação. Competição: Propor aplicações para este tipo de circuito. Vence a melhor. Lista de Material LED1, LED2 – LEDs comuns de qualquer cor R1 – 470 ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, marrom B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas S1 – Chave de 2 pólos x 2 posições (H) Diversos: Suporte de pilhas, ponte de terminais, fios, solda, etc.

Projeto 51 - Intermitente Nível: Médio, eletiva ou técnico. Esse circuito pode ser usado em sinalização, controlando lâmpadas de maior potência, tanto ligadas na rede de 110 V como 220 V, como alimentadas por baterias. O circuito possui controle de freqüência que varre uma ampla gama de valores. A alimentação de 6 V pode ser feita a partir de pilhas, bateria ou fonte. Também podemos trocar o relé por um de 12 V e alimentar o circuito com essa tensão. Os componentes usados são comuns, e alguns deles podem até ser obtido de sucata. Na figura 126 temos o diagrama completo do intermitente.

Figura 126: Diagrama completo do intermitente.

Na figura 127 temos a montagem numa pequena placa de circuito impresso. Pode também ser usada uma matriz de contatos Não recomendamos o uso de ponte de terminais, pois o relé dificulta essa versão.

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Figura 127: Montagem do intermitente em placa de circuito impresso.

Os resistores são de 1/8W ou ¼ W com qualquer tolerância e o capacitor eletrolítico pode ter qualquer tensão a partir de 6 V. O potenciômetro P1 também não é crítico, podendo ser utilizados tipos de 470 k ohms a 1,5 M ohms. Para Q1 e Q2 podem ser usados equivalentes, assim como para D1 que pode ser qualquer diodo de uso geral de silício. Na figura 128 mostramos o modo de se fazer a ligação do circuito a uma carga externa.

Figura 128: Controlando uma carga externa.

Esta carga não deve ter mais de 200 W, pois essa é a capacidade dos contatos do relé indicado. O ajuste da velocidade de acionamento do relé é feito em P1. Para alterações de faixa podemos modificar C1 que pode ter valores até 220 uF. Competição: Desafiar os alunos a alterar o circuito para que ele possa alimentar um alto-falante ou um vibrador. Lista de Material Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral Q2 – BC558 ou equivalente – transistor PNP de uso geral D1 – 1N4002 ou 1N4148 – diodo de uso geral K1 – Relé de 6 V (MCH2RC1 ou equivalente – Metaltex). S1 – Interruptor simples B1 – 6 V – 4 pilhas ou fonte P1 – 1 M ohms – potenciômetro lin ou log C1 – 10 uF - capacitor eletrolítico R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja R2 – 1 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, vermelho Diversos: Placa de circuito impresso, suporte para pilhas ou fonte, botão para o potenciômetro, caixa para montagem, fios, solda, etc. 92


Projeto 52 - Provador de Transistores PNP Nível: Fundamental a partir da oitava a série, para entender como funciona um transistor, e ensino médio, eletivas. O circuito simples proposto tem por finalidade fazer a prova de transistores PNP de uso geral, de média potência e até de RF. Trata-se de uma montagem muito simples que, pode ser mantida guardada para o caso de termos dúvida sobre o estado de algum transistor que vai ser usado numa montagem. Com a inversão da polaridade das pilhas e do LED o mesmo circuito poderá ser usado no teste de transistores NPN. O que temos, na realidade, é um circuito simples que polariza o transistor entre o corte e a saturação, ajustados em P1, de modo que num extremo devemos ter o LED apagado e no outro o LED aceso. Se na prova ocorrer conforme o indicado, o transistor estará bom. Se permanecer aceso estará em curto e se não acender, estará aberto. Na figura 129 temos o diagrama completo do provador.

Figura 129: Diagrama completo do provador.

Na figura 130 temos a disposição dos componentes numa ponte de terminais.


Todos os componentes podem ser alojados numa caixinha plastica (www.patola.com.br), para maior facilidade de uso. O LED e o potenciômetro ficam do lado externo. O LED poder de qualquer tipo ou tamanho. Mantendo as garras separadas o aparelho não consome energia, por isso não precisamos usar um interruptor geral. Os resistores são de 1/8 W ou maiores enquanto que o LED pode ser de qualquer cor. A alimentação vem de 4 pilhas pequenas que terão uma durabilidade muito grande. Para usar o provador é simples: ligue o transistor entre as garras observando a disposição correta dos terminais. Acione S1 (se usar, pois é opcional) ou coloque as pilhas no suporte. Gire então vagarosamente o potenciômetro, observando o LED. Se o LED apagar numa posição extrema e acender em boa parte do giro do potenciômetro, então o transistor está em bom estado. Se o LED permanecer sempre aceso, não havendo posição de P1 em que ele apague, ele está em curto. Desligue a garra B, para confirmar isso Se o LED ainda permanecer aceso, é sinal de que realmente o transistor se encontra em curto. Se o LED não acender em nenhuma posição de P1, então isso é sinal de que o transistor se encontra aberto. O circuito também pode ser alimentado com 9 V bastando aumentar R1 para 22 k ohms e R2 para 1,5 k ohms. Também podemos inverter as pilhas e o LED pra testar transistores NPN. Uma chave inversora de polaridade pode ser prevista numa montagem mais completa. 93


Competição: Ver quem consegue criar o mesmo circuito para prova de transistores NPN. Lista de Material LED1 – LED vermelho comum ou de qualquer outra cor S1 – Interruptor simples (opcional) B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja R2 – 470 ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, marrom P1 – 100 k ohms – potenciômetro Diversos: Ponte de terminais, suporte de pilhas, garras jacaré de cores diferentes, caixa para montagem, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.

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Feira de Ciencias

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