1. projetos e experimentos com fios esmaltados

Sumário
APRESENTAÇÃO.............................................................3
Quem pode montar.............................................................4
1. PROJETOS E EXPERIMENTOS COM FIOS
ESMALTADOS...................................................................4
Projeto 1 - Eletroímã.......................................6
Projeto 2 - Um galvanômetro experimental....8
Projeto 3 - A experiência de Oersted.............10
Projeto 4 - Construindo um solenóide...........11
Projeto 5 - Um transformador experimental..12
Projeto 6 - Um zumbidor..............................14
Projeto 7 - Balança de Ampère......................15
Projeto 8 - Indução........................................17
2. PROJETOS DE SUCATA ..........................................19
Projeto 9 - Provador de continuidade............21
Projeto 10 - Oscilador Hartley de Prova .......22
Projeto 11 - Radio Experimental AM............24
3. PROJETOS DE TELECOMUNICAÇÕES...............27
Projeto 12 - Telegrafo Sonoro de Uma e Duas
Vias................................................................27
Projeto 13 - Telégrafo de Longo Alcance com
Lâmpada Neon...............................................29
Projeto 14 - Telégrafo com Oscilador de Áudio
.......................................................................30
Projeto 15 - MINI COMUNICADOR...........32
Projeto 16 - TRANSMISSOR
EXPERIMENTAL SEM BOBINAS.............33
Projeto 17 - SINALIZADOR DE FM .........36
Projeto 18 - OSCILADOR DE 10,7 MHz.....39
Projeto 19 - OSCILADOR DE 30 A 60 MHz
.......................................................................40
Projeto 20 - TRANSMISSOR ELEMENTAR
.......................................................................42
4. PROJETOS COM SENSORES DE LUZ..................44
Projeto 21 - FOTO TRANSISTOR E LDR...44
Projeto 22 - CHAVE ACIONADA POR LUZ
.......................................................................45
Projeto 23 - CONTROLE REMOTO POR
RAIO DE LUZ..............................................46
5. PROJETOS DE SOM..................................................49
Projeto 24 - MINI BOOSTER DE ÁUDIO...49
Projeto 25 - METRÔNOMO - 1..................50
Projeto 26 - PRÉ-AMPLIFICADOR DE
ÁUDIO..........................................................52
Projeto 27 - METRÔNOMO-2......................54
Projeto 28 - Sirene de Dois Tons com
Lâmpada Neon...............................................56
6 - Projetos de Fontes e de Alta Tensão..........................58
Projeto 29 - MINI ELETRIFICADOR..........58
Projeto 30 - BOMBA DE CHOQUE.............60
Projeto 31 - ACENDA UMA LÂMPADA
FLUORESCENTE COM UMA PILHA.......62
Projeto 32 - Fonte de 0-9 V...........................63
Projeto 33 - Carga e Descarga de um Capacitor
.......................................................................64
Projeto 34 - Fonte Múltipla de Sucata...........66
7. PROJETOS DIVERSOS.............................................69
Projeto 35 - DETETOR DE CABOS DE
ENERGIA......................................................69
Projeto 36 - CHAVE DE TOQUE...................................70
Projeto 37 - DETETOR DE UMIDADE.......72
Projeto 37 - DETETOR DE UMIDADE........................72
Projeto 38 - QUEM É O MAIS RÁPIDO.....75
Projeto 39 - METRALHADORA COM RELÉ
.......................................................................76
Projeto 40 - PISCA-PISCA COM LEDs.......78
Projeto 41 - LUZ DE FREIO PARA ROBÔS
.......................................................................79
Projeto 42 - VU-METER SIMPLES.............80
Projeto 43 - LUZ RÍTMICA DE 12 V...........81
Projeto 44 - ELETROSCÓPIO DE FOLHAS
.......................................................................83
Projeto 45 - COMPUTADOR ELEMENTAR
OU CIRCUITO "INTELIGENTE"...............84
Projeto 46 - EXPERIÊNCIA DE ELETROQUÍMICA.85
Projeto 47 - Gato Neon..................................87
Projeto 48 - Circuito Simples com Interruptor
.......................................................................88
Projeto 49 - Provador de Continuidade com
Lâmpada Neon...............................................88
Projeto 50 - Controle de Duas Lâmpadas......90
Projeto 51 - Inversão da Circulação da
Corrente.........................................................91
Projeto 52 - Intermitente...............................92
Projeto 52 - Intermitente................................92
Projeto 53 - Provador de Transistores PNP...94
Projetos Eletrônicos Para o Ensino de Física e Ciências
Newton C. Braga
APRESENTAÇÃO
Hoje é uma necessidade incluir tecnologia no ensino de física e outras ciências como a
química, a biologia e mesmo algumas ciências humanas. Os novos Parâmetros
Curriculares Nacionais (PCN) apóiam esta idéia indicando sua utilização como
ferramenta de auxílio no ensino tanto do nível médio como do fundamental. Muitas
escolas, após as recomendações terem sido divulgados, imediatamente associaram
tecnologia ao computador e rapidamente colocaram estas máquinas em suas salas de
aula, ou montaram CPDs, dedicando algumas horas de atividades com seus alunos.
No entanto, em nossa opinião, ensinar tecnologia ou usá-la na escola, 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.
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, aulas mais atraentes e tecnologia. Mais do
que isso, existem muitos projetos eletrônicos simples que podem ser usados para ensinar física e
outras ciências como a química e mesmo a biologia. Muitos projetos e experimentos são acessíveis,
pois utilizam componentes de sucata, podendo ser realizados por professores e alunos que tenham
um preparo mínimo. Este livro é justamente dirigido a este público. Selecionamos 52 projetos e
experimentos simples, ideais para se ensinar física e tecnologia ou aplicá-la ao ensino de ciências,
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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Projetos Eletrônicos Para o Ensino de Física e Ciências
Newton C. Braga
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 de nossa autoria. Nele, ensinamos as principais funções de
componentes e circuitos básicos numa linguagem bastante acessível. Também sugerimos
acompanhar os projetos disponíveis no site do autor além de cursos e apostilas em
WWW.newtoncbraga.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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Projetos Eletrônicos Para o Ensino de Física e Ciências
Newton C. Braga
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 ou montagem simples para o ensino fundamental – a partir de quarta série.
Um simples eletroímã 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 a
causa.
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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Projetos Eletrônicos Para o Ensino de Física e Ciências
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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: Experimento ou montagem simples, a partir da quarta série do ensino 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 (marrom, preto, marrom)
- 1 clipe de prender papel
- 1 pedaço de fio rígido 18 a 22
- 1 pedaço de linha comum
- 1 pedaço 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.
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Projetos Eletrônicos Para o Ensino de Física e Ciências
Newton C. Braga
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 ampère (microampères) 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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Newton C. Braga
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.
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