VELA 'MÁGICA' - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Vela 'mágica'
(Uso do LDR - nível básico)
Nos últimos sessenta anos, nossas vidas foram acentuadamente afetadas por novos tipos de dispositivos elétricos que usam componentes eletrônicos, tais como os transistores, os sensores etc. Dispositivos eletrônicos simples são bastante fáceis de se fazer e proporcionam substancial diversão no seu uso.
A vela mágica que descrevemos neste trabalho elementar, além de lhe adicionar úteis conhecimentos teóricos e práticos, poderá impressionar seus colegas e expectadores quando você acender uma lâmpada usando um simples fósforo e apagá-la através de um sopro.
Para a montagem de sua vela você precisará de:
dois resistores (veja ilustração abaixo, no item Resistores);
um transistor AC 108 ou equivalente mais moderno (veja ilustração abaixo no item Transistores);
resistor dependente da luz - LDR (veja ilustração no item LDR );
uma lâmpada (e seu soquete) para 6V/0,06 A;
um bujão plástico com alça
uma bateria de 6 V (veja nota) e
cerca de 1m de fio #22 encapado com plástico (cabinho 22).
Você poderá encontrar tudo isso em qualquer loja de conserto de equipamento eletrônico de sua localidade.
Todo sucesso da eletrônica reside no fato de poder controlar o fluxo de corrente elétrica nas várias partes de um circuito. Resistor, como o nome desse componente sugere, permite o controle da corrente oferecendo maior ou menor dificuldade ao seu fluxo num dado circuito. Um resistor, fisicamente, lembra um pequeno cilindro, com um fio em cada extremidade. As faixas coloridas sobre seu corpo formam um código que permite saber qual o valor de sua resistência, que é medida em ohms (W).
Os dois resistores utilizados na vela mágica têm a finalidade de definir quantidades diferentes de corrente em partes diferentes do circuito.
Usando um transistor
Transistores desempenham funções importante em muitos dispositivos eletrônicos. Eles são muitas vezes usados como interruptores eletricamente-controlados (chaves eletrônicas). Na vela mágica um transistor é usado como chave eletrônica para ligar/desligar a corrente na lâmpada em duas situações distintas.
Transistores é facilmente danificado, assim, deve ser tratado com cuidado. É vital usar uma lâmpada que acenda com corrente de baixa intensidade (0,06 A), no circuito que contém o transistor indicado; caso contrário o transistor aquecerá demais e se danificará permanentemente.
Um transistor tem três terminais, ou pernas, conhecidas como o emissor, o coletor e a base. Tome cuidado para não romper estas pernas e tenha certeza que você as identificará corretamente. No transistor indicado procure uma etiqueta pequena ou uma mancha de tinta próximo a uma das pernas. Essa marca é para identificar o terminal do emissor. Nesses tipos de transistores, como é o caso do indicado nesse trabalho --- tipo NPN -- deve-se ligar essa perna do emissor ao terminal negativo da bateria.
O modo mais fácil para conectar um transistor ao circuito (sem usar de soldas) é usar um fino tubo plástico, como mostramos acima, á direita (nas loja de eletrônica eles são conhecidos como 'espagetti'). Alternativamente, peça ajuda a um adulto para soldar as conexões. Nesse caso, tome bastante cuidado para não aquecer demais o transistor; o uso do alicate de bico é de grande ajuda nessas soldas delicadas.
Esse transistor AC 108, NPN de germânio, é bastante antigo é pode ser substituído por equivalente mais moderno como o BC 546, BC 547, BC 548, BC 549, NPN de uso geral.
Resistor dependente da luz (Light Dependent Resistor - LDR)
Nem todos os resistores têm resistências fixas. Resistor dependente da luz, ou LDR, varia sua resistência elétrica de acordo com a quantia de luz que incide sobre ele. Na escuridão, um LDR tem uma resistência muito alta e assim impede (limita) a corrente de fluir em um trecho de circuito. Na luz, porém, a resistência é muito mais baixa e isso permite o fluxo de boa intensidade no trecho de circuito em questão.
Observe o circuito mostrado acima, á direita. Este tipo de figura é chamado de circuito esquemático. Ele se utiliza de símbolos para mostrar os componentes que você precisa e a posição deles no circuito. Faça as conexões ao LDR usando fio encapado com plástico (cabinho #22). Retire a capa e raspe as extremidades do fio. Não é preciso usar solda nesse ensaio com o LDR.
Ligue a chave (interruptor) e cubra o LDR com sua mão ou um pano escuro. A lâmpada acende? Agora, lentamente, mova sua mão que cobre o LDR. O que acontece?
Construindo a vela 'mágica'
Para fazer a 'caixa' dentro da qual você colocará os componentes para sua vela (a lâmpada simula o pavio da vela) mágica (que de mágica, obviamente, não tem nada!), você precisará de um tubo de papelão, alguns pedaços de papelão plano e uma garrafa plástica grande, vazia, algo como um bujão plástico usado armazenar óleos ou outros líquidos.
Recorte o recipiente, como mostramos na ilustração abaixo (você deve pedir a ajuda de um adulto para essa fase). Enfie dois fios pela alça cortada e conecte-os ao LDR (que ficará no topo da alça); use fios com capa plástica coloridas e com os extremos desencapados e lixados (as conexões podem ser feitas pela técnica do 'espageti' ou através de solda). Posicione o LDR dentro do topo da alça e use massa de modelar para fixá-lo em seu devido lugar.
Observe todos os componentes e siga cuidadosamente o circuito esquemático ilustrado abaixo, á direita. Os fios não têm de ser coloridos como ilustramos, mas as cores ajudam evitar possíveis confusões.
Nota - Uma bateria de 6 V (comum em vários tipos de lanternas) pode ficar muito grande para ser acomodada dentro de seu recipiente plástico (bujão cortado). Nesse caso, recomenda-se a obtenção de um porta-pilhas e quatro pilhas pequenas para lanterna. Ao serem colocadas corretamente no porta pilhas, elas se associam em série e teremos os 6 V necessários.
Monte o soquete da lâmpada e lâmpada no topo do tubo de papelão (como mostrado) e fixe o tubo no recipiente mediante fitas adesivas ou massa de modelar. Agora teste o circuito em um quarto escurecido (caso contrário o LDR sempre estará em estado de boa condução). Segure um palito de fósforo aceso entre a lâmpada e o LDR. A lâmpada deverá acender e assim permanecer mesmo que se apague o palito de fósforo. Tape o LDR com o polegar (impedindo a luz da lâmpada de chegar nele) e a lâmpada deverá apagar. Veja abaixo o circuito esquemático dessa montagem:
O modo como a vela 'mágica' funciona é bastante simples. Quando nenhuma luz incide no LDR, sua resistência é alta e nenhum fluxo de corrente circulará pela perna base do transistor. Isto impede a corrente principal (mais intensa) de fluir entre o coletor e o emissor (quer dizer, o transistor está 'desligado') e a lâmpada não acende.
Ao acender o fósforo, luz penetra no orifício da alça e alcança o LDR, sua resistência diminui abruptamente e uma pequena intensidade de corrente começa a fluir pela perna base do transistor; isso faz com que a corrente principal (que também passa pela lâmpada) circule do coletor para o emissor, e a lâmpada acende.
A lâmpada permanece acesa quando o fósforo é removido porque a luz da lâmpada passa a iluminar o LDR e, com isso, permitindo a corrente de base. O sistema se auto-realimenta! E assim permanece até que você cubra o LDR com seu polegar.
Quando você estiver satisfeito com o funcionamento do dispositivo, poderá fechar a caixa com os pedaços de papelão e assim ocultar (temporariamente) o circuito dos curiosos. A técnica para 'deslumbrar' a turma é acender a lâmpada com o fósforo e apagar com um sopro (enquanto sopra, 'distraidamente' cubra o LDR com o polegar!)
Uma das possíveis dificuldades poderá ser a obtenção dessa lâmpada de 0,06 A em 6 V, o que lhe confere uma potência de 0,36 W (essa lâmpada foi tirada do farol de um carrinho de brinquedo). Não é uma lâmpada fácil de ser encontrada; uma lâmpada comum de lanterna tem potência entre 2 e 5 W.
Para o uso de uma lâmpada comum de lanterna para 6 V (4 pilhas em série) pode-se experimentar trocar o transistor BC por um TIP120, TIP121, TIP122 ou algum FET como o IRF540, IRFZ44. Toda substituição de transistor implica em um reajuste no resistor de polarização da base; aquele de 1k no circuito original.
Outra sugestão é trocar a 'tal lâmpada difícil' por um LED de alto brilho em série com um resistor de 330 ohms; o LED deverá estar bem 'apontado' para o LDR.