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ELETRODINÂMICA: VISUALIZANDO A CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR ELETROLITICO.
Bruno Maciel Lima da Silva
Caxias-MA
19-Junho-2013
RESUMO
O estudo da eletrodinâmica, através de praticas experimentais simples, torna a aprendizagem dos alunos muito mais fácil, pois além dos cálculos matemáticos os educandos poderão perceber que as cargas estão realmente se movimentando. Mas como? Vendo um led piscar, uma lâmpada mudar seu brilho dependendo da maneira em que esta associada, o campo eletromagnético de uma bobina de tesla, o plasma de uma lâmpada incandescente, passando assim a entender como os objetos eletroeletrônicos funcionam.
INTRODUÇÃO
A eletrodinâmica é a parte da física responsável pelo estudo do comportamento das cargas elétricas em movimento. É sabido por todos a importância da energia elétrica para a humanidade, já que, através dela, o avanço tecnológico e as facilidades que completam a vida moderna são cada vez maiores. Para entendermos o movimento que acontece com a energia elétrica, precisamos relembrar o conceito de elétrons livres. Elétrons livres são os elétrons mais distantes do núcleo do átomo, que se concentram na parte externa do átomo de forma desordenada. Quando esses elétrons livres recebem a carga de um gerador, se organizam e formam através dessa organização uma corrente elétrica que acontece em virtude da influência de uma força elétrica responsável por este movimento.
Capacitores: São dispositivos que têm por função armazenar cargas elétricas. São constituídos por dois condutores isolados um do outro, carregados eletricamente e com uma diferença de potencial entre eles.
Capacitância: É a propriedade que os capacitores têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático. É medida pelo quociente entre a quantidade de carga armazenada e a diferença de potencial que existe entre as placas.
Unidade usada no Sistema Internacional
Farad (F) = Coulomb / Volt
Submúltiplos:
Microfarad (µF ) = 10-6 F
Nanofarad (nF) = 10-9 F
Picofarad (pF) = 10-12 F
MATERIAIS E MÉTODO
Fonte de alimentação 12V ou Carregador de celular.
2 Transistores BC 548 ou BC 338.
2 Resistores de 470 Ω.
2 Resistores de 22 K.
2 Leds.
2 capacitores de 47µF x 35 v.
Ferro de solda 50w.
Multímetro digital.
Resina para solda.
Solda de estanho.
Placa de circuito usada ou matriz.
Lixa M3.
Presilha de cabelo.
Alicate de unhas.
Furadeira.
Pisca-Pisca de LED com transistor BC 548
O circuito pisca pisca é um multivibrador estável para piscar alternadamente dois LEDs baseado nos transistores BC 548. Os valores de R e C determinam a frequência e a carga do coletor de 470ohms define a corrente em torno de 20mA quando o circuito opera com 12V. A frequência em que o LED 1 está aceso e o LED 2 apagado ou o inverso, é determinada pelos valores de C1 e C2, sendo assim, quanto maior for o valor dos dois capacitores, mais tem será necessário para a carga e descarga do mesmo, isso ira aumentar ou diminuir a frequência das piscadas. Os LEDs também podem ser colocados em série com os resistores e outros transistores também pode ser utilizados. As conexões de alimentação e os LEDs devem ser invertidos quando transistores PNP foram utilizados. Veja o circuito da figura 1 abaixo do esquema circuito com LEDs.
Figura 1
Passo a passo:
Depois de conseguir os equipamentos, pegue a placa de circuito velha, ela será a matriz do seu projeto, retire com o ferro de solda todos os componentes antigos da placa, logo em seguida, lixe a placa ate que todo material condutor que há nela seja removido, pegue a presilha divida ao meio, a parte mais retilínea irá ser usada para perfurar a placa com a intenção de que os componentes novos possam ser fixados perfeitamente nela, faça a ponta do pedaço da presilha e coloque-a na furadeira como mostra a figura 2
Figura 2
Antes de fura a placa, trace o desenho do circuito, fura o local em que cada componente vai se instalado, como mostra a figura 3.
Figura 3
Coloque componente a componente como na figura 4 , recortando as sobras das pontas dos componentes com um alicate de unhas ou algo similar.
Figura 4
A soldagem dos componentes será da seguinte forma, um dos terminais de cada resistor deve estar ligado ao +B (Polo positivo), a outra ponta dos resistores de 470 Ohms ficará ligada ao anodo do LED, cada resistor em um LED, o catodo do LED será soldado ao polo positivo do capacitor e ao coletor do transistor, o negativo do capacitor irá para a base do transistor ligado ao positivo do outro capacitor, o emissor do transistor ligaremos no -B, tenha bastante atenção ao colocar os capacitores e os transistores, respeitando a polaridade do diagrama da figura 1, quando for colocar a entrada de tensão para completar o circuito, utilize um fio vermelho para o polo positivo e um fio preto para o polo negativo, solde o fio vermelho no positivo da fonte de tensão 12voltz e o preto no negativo da mesma, antes de testar o circuito, confira se não há nenhum curto-circuito.
RESULTADO E DISCUSSÃO
Observou-se o empenho dos alunos em produzir os experimentos, com um alto entusiasmo em ver o resultado, passando a entender melhor o funcionamento e buscando varias formas e procedimentos para conclusão dos trabalhos, despertando um vasto conhecimento e visão mais ampla dos fenômenos externos relacionados, o experimento contem vários conhecimentos sobre eletrodinâmica, porém focamos na capacitância, em quanto maior for a capacidade de armazenar cargas de um capacitor, maior será o tempo que ele permanecerá carregado, logo se ele reter pouca carga, descarregará mais rápido. O experimento foi produzido pelos alunos do 5º período de física licenciatura do (CESC) Centro de Estudos Superiores de Caxias (UEMA) Universidade Estadual do Maranhão, na disciplina de Pratica Curricular e Pesquisa em Eletrostática e Eletrodinâmica, sob a coordenação da professora Doutora Fátima Salgado depois dos experimentos produzidos, demonstramos para alunos do ensino médio com o objetivo de despertar o interesse dos alunos aos conteúdos físicos não se prendendo somente as formulas físicas e cálculos matemáticos, podemos perceber que os alunos ficaram maravilhados com oque viram, e não poderiam imaginar o quão a eletrodinâmica é interessante e que a eletricidade, pode passar de algo extremamente perigoso para algo divertido e bonito de se observar se for manuseada de forma correta e com responsabilidade.
CONCLUSÃO
Este experimento é uma alternativa simples e dinâmica pra explicar conteúdos físicos básicos que assustam os alunos do 3° ano do ensino médio na disciplina de Física 3. A amostra experimental é uma ferramenta didática indispensável principalmente no ensino de Física. O experimento nos mostrou a capacidade que o capacitor tem de armazenar cargas, como a carga e a descarga os capacitores eletrolíticos os LED's Piscavam.
REFERENCIAS
http://mutcom.no.comunidades.net/index.php?pagina=1511516519_04
Walker, J., Halliday, D. & Resnick, R. (2008). Fundamentos da Física(8ª ed.)Vol 3.
H. Moysés Nussenzveig, Curso de Física Básica 3: Eletromagnetismo, EditoraEdgard Blücher, 1997.
