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Electrónica 500

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Índice

1. Introduçãoa) História da electricidadeb) Conceito e aplicações da electricidadec) Unidades de medida da electricidade

2. Correntes eléctricas- Corrente contínua- Corrente alternada

3. Circuitos eléctricosa) Elementos de um circuito eléctricob) Tipos de circuitos- Circuito em série- Circuito em paralelo

4. Tipos de materiais eléctricos- Condutores eléctricos- Semicondutores- Isolantes eléctricos

5. Camposa) Campo magnético- Electroímanb) Campo eléctrico- Efeito fotovoltaico

6. Outros conceitos importantesa) Efeito de Jouléb) Electricidade estáticac) Resistência eléctricad) Ventiladore) Sensor fotoeléctricof) Diodo- LED- Critérios de eleição dos LED

7. Código MORSE

8. Experiências 17. Construir um electroíman18. Construir uma campainha19. Construir um motor20. Célula fotovoltaica

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1. Introdução

Ao longo deste manual vais poder conhecer mais a fundo o que se esconde por detrás do mundo da electricidade. Em primeiro lugar vamos tratar de alguns conceitos básicos.

a)Historia da electricidadePara percebermos como foi descoberta a electricidade vamos recuar até um aconteci-mento ocorrido há 65 milhões de anos: um cometa, ou um asteróide, com 10 quilóme-tros de diâmetro, depois de ter atravessado a nossa atmosfera com a surpreendente veloci-dade de 30 quilómetros por segundo, em-bateu, com uma violência extrema, no local onde hoje se situa Chicxulub, no México.

Este impacto provocou uma explosão equi-valente à de centenas de milhões de bombas de hidrogénio, que deu origem à extinção da maior parte da vida na Terra, incluindo a dos dinossauros.

A explosão define o começo do Período Terciário, que terminou há cerca de 1,64 mil-hões de anos. Foi durante esse período que os continentes tomaram a sua posição actual e os mamíferos tomaram conta de todos os recantos ecológicos deixados vagos na se-quência da extinção dos dinossauros. Foi, ainda, durante esse período que se formaram grandes florestas de pinheiros. Entre as dife-rentes espécies dessas árvores, destacava-se uma espécie, já extinta, o Pinus succinifer. Nas épocas mais quentes, pelas cascas destes

Figura 1. Cometa a chocar com o planeta Terra.

Figura 3. Estátua de Tales de Mileto.

Figura 2. Âmbar.

pinheiros escorria resina. Foram precisos al-guns milhões de anos para que a resina des-ses pinheiros fossilizasse, transformando-se no que é actualmente designado por âmbar, mas que tem o nome científico succinite.A transparência do âmbar que, às vezes, se apresenta apenas translúcido, e a sua cor amarela, com as mais variadas tonalidades, emprestavam-lhe uma beleza que foi muito apreciada, já na Antiguidade, pelos gregos. O âmbar é conhecido desde o ano 600 a.C., ano em que Tales de Mileto verificou que se podia fazer com que um pedaço dessa re-sina fossilizada adquirisse a propriedade de atrair pedacinhos de penas , desde que fosse friccionada com uma pele de gato. Essa pro-priedade resulta do que é hoje designado por electricidade, designação que resulta do nome «electron» (ηλεχτρον), dado pelos gregos ao âmbar.

Introdução


Figura 6. Representação de um Átomo.

b) Conceito e aplicações da electricidadeA electricidade pode ser definida como a pro-priedade fundamental de certas partículas de matéria, tais como os protões e os electrões .

Toda a matéria é constituída por átomos. Os átomos são as unidades mais pequenas que compõem a matéria. Um átomo é for-mado por um núcleo composto por protões (partículas de carga positiva) e neutrões (partículas neutras) e por uma nuvem de electrões que orbita em torno do núcleo (for-mando uma nuvem electrónica). Os electrões estão carregados negativamente.

A estrutura electrónica é a forma como os electrões estão organizados num átomo, molécula ou outra estrutura química. Esta forma de organização atende a uma série de leis químicas e físicas e conferem às partícu-las as suas características. Desta forma, afir-mar que uma partícula está carregada quer dizer que esta partícula ganhou, ou perdeu electrões.

- Os electrões possuem carga negativa: -1, também representados por e-.- Os protões têm carga positiva: +1, também representado por e+.

Introdução

SABIAS QUE...

O primeiro cientista a estudar de modo sério a electricidade (e o magnetismo) foi William Gilbert? Este cientista verificou que para além do âmbar existiam outros materiais que também tinham a proprie-dade de atrair outros corpos.

Figura 4. William Gilbert.

SABIAS QUE...

Thomas Edison é considerado o maior inventor de todos os tempos, tendo regis-tado, ao longo da sua vida, mais de 1000 patentes! Thomas Edison foi responsável pela in-venção do fonógrafo, cinetógrafo, lâm-pada incandescente, microfone, telefone e máquinas de escrever actuais, empa-cotamento de alimentos em vácuo, um aparelho de raio-x, entre muitas outras invenções.

Figura 5. Lâmpada incandescente – Umas das in-venções de Thomas Edison.

Núcleo:Protões+Neutrões

ElectrãoÁTOMO

6 E lec trón ica 500 Introdução

lógica. Da mesma forma as ciências tendem a especializar o seu objecto de estudo, de forma a encontrar a unidade mais básica. Ora veja-se: para a linguística, um texto é feito de palavras; para a biologia, um corpo é feito de células, para a matemática, uma fórmula é feita de números e para a física a matéria é feita de partículas.

Na linguagem do dia-a-dia, o termo “elec-tricidade” utiliza-se para descrever todos fenómenos físicos que se relacionam com o conceito. Este, no entanto, em termos cientí-ficos, é muito preciso e estes fenómenos físi-cos, apesar de relacionados entre si, são de-nominados de modo diferente.

Alguns dos conceitos que se relacionam com a electricidade são:

Carga eléctrica: propriedade de algumas partículas subatómicas, responsável pelas interacções electromagnéticas. São substân-cias com carga eléctrica que são influencia-das por campos electromagnéticos.

Corrente eléctrica: movimento, ou fluxo de partículas carregadas, medido em am-peres. Para que esses movimentos ocorram é necessário que existam partículas eléctricas livres no interior dos corpos. Corpos que pos-suem estas partículas livres, em quantidades razoáveis, são denominados condutores, já que essa característica permite estabelecer corrente eléctrica no seu interior.

Campo eléctrico: interacção exercida por uma carga eléctrica sobre cargas que se en-contram na sua vizinhança.

Potencial eléctrico: capacidade de um cam-po eléctrico para exercer trabalho sobre uma carga eléctrica. Mede-se em Volts.

Electromagnetismo: conceito que engloba

Devido a esta estrutura dinâmica das partícu-las, existem diversos tipos de forças que po-dem ocorrer entre elas.Assim, por exemplo, entre dois electrões, ou entre dois protões, verifica-se uma força de repulsão. Já entre um electrão e um protão, verifica-se uma força atractiva. Dado que existem forças de atracção e de repulsão, infere-se a existência de duas formas, ou de dois “sinais”, de electricidade: a electricidade negativa, atribuída, por razões de ordem histórica, aos electrões, e a electricidade positiva, atribuída, por razões idênticas, aos protões.

A electricidade é um termo geral que en-globa uma grande variedade de fenómenos que resultam da presença e do movimento de cargas eléctricas. Fenómenos como os relâmpagos, a electricidade estática e outros menos conhecidos, como a indução electro-magnética, são alguns exemplos de fenóme-nos que envolvem electricidade.

É complicado entender o que nos rodeia observando apenas o todo. Quem olha para uma paisagem vê um conjunto de elementos, mas só consegue entender o que vê porque a sua mente separa o que é o mar, o que é o sol, a praia, os pássaros. Pela interpretação de cada elemento, individualmente, conse-guimos agregá-los e formar uma imagem

Figura 7. Electricidade na forma de relâmpagos.

7E lec trón ica 500Introdução

a interacção dos campos eléctricos e a pre-sença de cargas eléctricas, em movimento.

A electricidade tem uma série de aplicações enquanto energia: nos meios de transporte, no abastecimento, na iluminação, nas comu-nicações, na informática, entre outros.

A energia eléctrica é o pilar das sociedades actuais, sem ela, nada funcionaria como co-nhecemos.

c) Unidades de medida da electricidade.As três unidades mais básicas em electrici-dade são:- Tensão (V), é medida em volts(V)- Intensidade da corrente (I) é medida em amperes(A)- Resistência (R). é medida em ohms (Ω).

Uma analogia natural para ajudar a entender estes termos é um sistema de canos hidráu-licos. A tensão é equivalente à pressão da água, a intensidade da corrente equivale ao volume de água que sai do cano e a resistên-cia seria o tamanho do cano.Há uma equação eléctrica básica que mostra como os três termos se relacionam. Esta fór-mula diz que a intensidade da corrente é i-gual à tensão divida pela resistência.

I = V/R

Figura 8. Cidade nocturna - Aplicações da electricidade.

Ampere (A):O ampere mede a Intensidade da corrente eléctrica (I). Num condutor é igual ao quo-ciente entre a carga eléctrica, Q, que percorre esse condutor (em coulomb, C) e o intervalo de tempo (Δt, em segundos).

I = Q / Δt

Volt (V):Um volt (V) é a diferença de potencial eléc-trico que existe entre dois pontos de um fio condutor que transporta uma corrente de in-tensidade constante de 1 ampere quando a potência dissipada entre estes pontos é igual a 1 watt.

Ohm (Ω):A resistência de um condutor não é mais que a oposição à passagem da corrente eléctrica que esse condutor apresenta. Se entre dois pontos A e B, de um condutor eléctrico, for aplicada uma diferença de potencial, UAB, o quociente entre este valor e o valor da inten-sidade de corrente que percorre esse condu-tor, é igual à resistência, RAB, entre os pontos A e B.

RAB = UAB / I

A potência eléctrica é medida em watts. Num sistema eléctrico a potência (P) é igual à ten-são multiplicada pela corrente.

P = VI

A analogia da água ainda se aplica. Se se pe-gar numa mangueira e se apontar para uma roda de água, como as que eram usadas para fazer girar as pedras de moagem, em moin-hos de água, podemos aumentar a potência gerada pela roda de duas formas:


1. Aumentando a pressão da água que sai da mangueira: a água bate na roda de água com muita força e a roda gira mais rápido, geran-do mais potência.2. Aumentando o volume de água que cai na roda: a roda de água gira mais rápido devido ao peso da água extra que bate nela.

2. Correntes eléctricas

Como já referimos anteriormente, cor-rente eléctrica é o movimento ordenado de partículas portadoras de carga elétrica. Mi-croscopicamente, as cargas livres estão em movimento aleatório, devido à agitação tér-mica. No entanto, se aplicarmos um campo elétrico na região das cargas, é possível ob-servar que estas passam a ter movimento ordenado.Esta corrente que se gera pode ser contínua, ou alternada.

Corrente contínua (CC)Para entendermos o que é uma corrente eléctrica contínua tomamos por exemplo uma rua de sentido único. Nestas ruas, os au-

tomóveis percorrem o seu percurso do lado esquerdo, para o direito. O mesmo se passa num condutor percorrido por uma corrente eléctrica, os electrões deslocam-se do pólo negativo, para o pólo positivo, sem alterar o seu sentido.

Corrente Alternada (CA)A corrente eléctrica alternada muda o seu sentido, periodicamente. Para facilitar a com-preensão tome-se como exemplo ilustrativo os trabalhadores de uma fábrica que vão tra-balhar de manhã e saem à tarde. Ou seja, de manhã eles entram na fábrica e à tarde eles saem da fábrica. Na mesma rua, de manhã eles andam num sentido (entram) e de tar-de eles andam no sentido contrário (saem), repetindo-se durante todos os dias de tra-balho, ou seja, é periódico.

Num condutor percorrido por corrente eléc-trica alternada, num instante os electrões movimentam-se do pólo positivo para o negativo, enquanto que no instante seguinte se movimentam no sentido oposto (do pólo negativo para o positivo).

Figura 9. Moinho de água antigo.

Figura 10. Corrente contínua.

Figura 11. Corrente alternada.

Correntes eléctricas

9E lec trón ica 500Circuitos eléctricos

3. Circuitos eléctricos

a) Elementos dos circuitos eléctricosUm circuito eléctrico é um conjunto de aparelhos interligados electricamente de forma apropriada. É constituído, pelo menos, por um gerador eléctrico, que fornece a ener-gia, por uma carga (ou receptor), que recebe energia e por condutores eléctricos que in-terligam os aparelhos.

Geradores: São os elementos que produzem e impulsionam a energia eléctrica ao circuito. Como exemplo temos as pilhas, ou as ba- terias.

Condutores: São os elementos que trans-portam a energia eléctrica, ou seja são eles que permitem a circulação dos electrões dos geradores, para os receptores. Como e-xemplo de condutores temos os fios e cabos eléctricos.

Figura 12. Exemplo de gerador.

Figura 13. Exemplo de condutor.

Receptores: Servem para transformar a e-nergia eléctrica recebida, noutra forma de energia, de modo a que possa ser utilizada por nós.Como exemplo de receptores temos as lâmpadas, que transformam a energia eléctrica, em energia luminosa.

* Para além dos elementos essenciais que constituem um circuito eléctrico podem existir outros:

Figura 14. Exemplo de receptor.

Figura 15. Circuito eléctrico simples.


- Dispositivos de manobra: Permitem re-alizar operações como ligar, ou desligar, o cir-cuito eléctrico. Apesar de apresentaram uma aparência variada, consistem num meca-nismo com duas zonas condutoras ( pólos) e uma zona móvel de contacto, que ao ser accionada altera a sua posição (ligando, ou desligando o sistema).

- Elementos de protecção: Tal como o nome indica, protegem o circuito de possíveis so-brecargas que possam ocorrer. Como exem-plos de elementos de protecção temos os fusíveis ou os diferenciais.

b) Tipos de circuitosCircuito em sérieUm circuito em série é um circuito onde só existe um “caminho” possível para a circula-ção da electricidade. Estes circuitos estão dis

Figura 16. Interruptor.

Figura 17. Fusíveis.

postos de tal modo que toda a corrente passa por todos os elementos do circuito. Se algum dos elementos que constituí o circuito não funcionar, a passagem da corrente eléctrica é interrompida.

Ora vê o exemplo:

Imagine que uma determinada auto-estrada entre a cidade A e B é encerrada por um de-terminado período de tempo e que só existia essa via de ligação entre as duas cidades. O encerramento da via impossibitaria os au-tomóveis de fazer o percurso entre as duas cidades, uma vez que só existe um percurso possível.

Circuito em ParaleloOs circuitos em paralelo possuem múlti-plos caminhos para que flua a electricidade e os electrões deslocam-se do pólo (+) para o pólo (-). Ao contrário do que se passa no circuito em série, se retirarmos algum dos componentes, apesar de os electrões não se deslocarem nesse ramo do circuito, isso não implica que o circuito fique fechado porque os electrões têm um percurso alternativo, ou seja, pelo outro ramo. Na analogia da auto-estrada entre as cidades A e B, o tráfego neste exemplo só era impossível numa das suas vias, isto é, o tráfego entre as duas cidades permanecia.

Figura 18. Circuito em série.

Circuitos eléctricos

11E lec trón ica 500Materiais eléctricos

Figura 19. Circuito em paralelo.

4. Tipos de materiais eléctricos

Condutores eléctricos:Condutor é qualquer material que, submeti-do a uma diferença de potencial, proporciona a passagem contínua de corrente eléctrica, apresentando a menor resistência possível à passagem de electrões. Como referimos no ponto anterior, existem bons, maus condu-tores e isolantes.

Semicondutor:Material sólido, ou líquido capaz de conduzir a electricidade melhor que um isolante, mas pior que um condutor. A temperaturas muito baixas comportam-se como isolantes. Quan-do são submetidos a temperaturas elevadas, possuem impurezas, ou na presença de luz, podem comportar-se como condutores.

Figura 20. Semicondutor eléctrico.

Figura 21. Isolante eléctrico.

Isolantes eléctricos:Não existem materiais que não consigam conduzir electrões na sua totalidade, já que mesmo os melhores isolantes possuem algu-mas propriedades condutoras. Apesar disto, os materiais isolantes são os que apresentam maior resistência à passagem da corrente eléctrica.

S

SABIAS QUE...

Um bom condutor, como a prata, ou o co-bre, pode conduzir electrões 1000 milhões de vezes melhor que um bom isolante, como o vidro?

Figura 22. Fio de Cobre. Figura 23. Bloco de vidro.

ISOLANTE

12 E lec trón ica 500 Campos

5.Campos

a) Campo magnéticoDesde a sua descoberta, a electricidade e o magnetismo foram considerados, durante muitos séculos, como entidades indepen-dentes que nada tinham a ver uma com a outra, até que, no decorrer do ano de 1820, Oersted descobriu que havia uma relação ín-tima entre elas. Estava descoberto o electro-magnetismo.

SABIAS QUE...

Tal como a electricidade, também o mag-netismo já era conhecido na Antiguidade. Conta-se que, no ano 900 a.C., um pas-tor grego, chamado Magnus, caminhava, numa região da Anatólia, na Ásia Menor, através de um campo de pedras pretas que pareciam querer arrancar os pregos das suas sandálias e a ponta de ferro do seu cajado de pastor. Esta região tornou-se conhecida como Magnésia.

Um campo magnético é um campo de força criado como consequência do movimento de cargas eléctricas (fluxo de electricidade). A força (intensidade ou corrente) de um campo magnético mede-se em Gauss (G) ou Telsla (T). O fluxo decresce com a distância à fonte que provoca o campo.

- ElectroímanUm electroíman é um tipo de íman no qual o campo magnético se produz mediante o fluxo de uma corrente eléctrica, desapare-cendo quando a dita corrente se acaba.O tipo mais simples de electroíman é um frag-mento de cabo enrolado chamado solenóide, e quando se enrola de forma a que os extre-mos se juntem denomina-se por toróide. Tem normalmente a forma de um cilindro largo que é composto por um fio de material con-dutor enrolado sobre si a fim de que, com a passagem da corrente eléctrica, se gere um intenso campo eléctrico, actuando como um íman, de modo que, um núcleo é atraído para a bobina quando a corrente flui.

Podem produzir-se campos magnéticos muito mais fortes se se situar um “núcleo” de material paramagnético ou ferromagnético (normalmente, ferro doce) dentro da bobina. O núcleo concentra o campo magnético, que pode então ser muito mais forte do que a própria bobina.

Figura 24. Solenóide.

Figura 25. Electroíman.

PILHA

ELECTROÍMAN

13E lec trón ica 500Campos

Os campos magnéticos gerados por bobinas orientam-se segundo a regra da mão direita. Se os dedos da mão direita se fecham em torno da direcção da corrente que circula pela bobina, o polegar indica a direcção do campo dentro da mesma. O lado do íman de onde saem as linhas do campo define-se como “pólo norte”.

Algumas das aplicações do electroíman são:- Separação de latas de ferro, pregos, etc, nos aterros ou outras indústrias.- Manipulação de veículos em ferros-velhos.- Nos apitos e nos sinos.- Na manipulação de placas metálicas na in-dústria.

SABIAS QUE...

Os seres vivos também geram campos magnéticos, estimulados pelo meio exter-no? É o chamado biomagnetismo. Parece ser a este fenómeno que se deve a orien-tação das aves migratórias.

Figura 26. Campos magnéticos gerados por bobinas.

Figura 27. Aves migratórias.

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b) Campo eléctrico O campo eléctrico associado a uma carga isolada ou a um conjunto de cargas é aque-la região do espaço onde os seus efeitos se fazem sentir. Assim, se num ponto qualquer do espaço, onde está definido um campo eléctrico, se coloca uma carga, observar-se-á o aparecimento de forças eléctricas, quer di-zer, de atracções ou repulsões sobre ela.

É possível conseguir uma representação gráfica de um campo de forças, utilizando as chamadas linhas de força. São linhas imaginárias que descrevem, se as houver, as mudanças de direcção das forças ao passar de um ponto para outro. No caso do campo eléctrico, as linhas de força indicam as tra-jectórias que seguiriam as partículas positivas se fossem colocadas livremente sob a influên-cia das forças de campo.

- Efeito fotovoltaico A palavra “fotovoltaico(a)” provém do grego foto, que significa luz, e voltaico que significa eléctrico. O nome resume a acção destas cé-lulas: transformar directamente a energia lu-minosa em energia eléctrica. Para converter a energia do sol em energia eléctrica e poder

Figura 28. Campo eléctrico.

Núcleo de ferro

14 E lec trón ica 500 Campos

Figura 29. Funcionamento de uma célula Fotovoltaica.

utilizá-la da forma mais eficiente possível, desenham-se sistemas fotovoltaicos.Uma célula fotovoltaica encarrega-se de transformar a energia solar em eléctrica, baseando-se num fenómeno físico denomi-nado efeito fotovoltaico, que consiste na produção de uma força electromotriz por acção de um fluxo luminoso que incide sobre a superfície da dita célula. A célula fotovol-taica mais comum consiste numa lâmina fina feita de um material semicondutor que ao ser exposto à luz solar absorve esta luz que lhe confere energia suficiente para originar ou excitar os electrões. Ao libertarem-se, estes electrões, com a sua carga negativa, dão ori-gem a lacunas com cargas positivas.

Como se pode observar na figura 29, os elec-trões tendem a concentra-se do lado da placa onde incide a luz solar e gera-se um campo eléctrico com duas zonas bem distintas: a negativa, onde incide a luz e onde se encon-tram os electrões, e a positiva, onde estão as lacunas. Se estas zonas estão ligadas electrica-mente através de condutores, o desequilíbrio eléctrico origina uma força electromotriz ou diferença de potencial que cria uma corrente eléctrica para igualar as cargas. Esta corrente, contínua, gera-se num processo constante enquanto a luz solar actuar sobre a parte sen-sível da lâmina.

As células solares, historicamente, foram utilizadas para produzir electricidade em lugares onde a rede de distribuição eléctrica não chegava, tanto em áreas mais remotas da Terra como do espaço, tornando possível o funcionamento de todo o tipo de disposi-tivos eléctricos, como satélites de comunica-ções, rádios ou bombas de sucção de água.

Porém, normalmente são montadas em pai-néis ou módulos e dispostas sobre os telha-dos das casas. Por meio de um investidor, po-dem introduzir a electricidade gerada na rede de distribuição para o consumo, favorecendo a produção global de energia primária de um país, de forma limpa e sustentável.

6. Outros conceitos importantes

a) Efeito de JOULEComo já foi referido, a electricidade tem inúmeras aplicações, no entanto uma das mais utilizadas relaciona-se com a possibili-dade desta se transformar em calor. Esta con-versão (da electricidade para calor) é conhe-cida pelo efeito Joule.

Figura 30. Sistema fotovoltaico.Luz solar - Fotões

Camada anti-reflecção

Silício

Silício

Eléctrodo

Eléctrodo

Carga

Célulafotovoltaica

Corrente

15E lec trón ica 500Conceitos importantes

Para entenderes como funciona esta con-versão vamos recorrer a um exemplo ilustrati-vo. Imagina um corredor estreito (corpo con-dutor, por onde circulam os electrões livres) cheio de pessoas (electrões livres) a correr (corrente eléctrica). O que acontece? As pes-soas acabam por chocar com as paredes do corredor! Ao fim de algum tempo a correr e a chocar nas paredes, as pessoas acabam por ficar com calor. Ora quando os electrões, que possuem energia eléctrica, chocam com os átomos das paredes do corpo condutor au-mentando a temperatura.

Consequentemente, esta elevação da tem-peratura faz com que os átomos das paredes do condutor se agitem mais. Esta agitação, que resulta em calor, possibilita inúmeras aplicações quotidianas: Ferro eléctrico, forno eléctrico, ou lâmpadas incandescentes.

SABIAS QUE...

O efeito de Joule foi estudado e desco-berto no século XIX pelo cientista e físico britânico James P. Joule? É em sua ho-menagem que esse efeito ficou assim designado. James Joule foi um dos princi-pais responsáveis pelo avanço da física, no entanto a carreira de cientista era levada como um hobbie. Joule era dono de uma fábrica de cerveja, herdada do seu pai, e começou os seus trabalhos numa tenta-tiva de diminuir os custos de produção da cerveja, pela substituição da máquina a vapor por uma mais eficiente.

Figura 31. James Joule.

b) Electricidade estáticaA Electricidade Estática não é mais que a concentração de cargas eléctricas negati-vas ou positivas, em repouso, num objecto. Deste modo, electricidade estática pode ser definida como a acumulação de cargas num determinado local. Como foi referido, ante-riormente, cargas semelhantes repelem-se mutuamente, da mesma forma que cargas opostas se atraem mutuamente.

Figura 32. Cargas similares repelem-se e cargas opostas atraem-se.

REPULSÃO REPULSÃO

ATRACÇÃO


c) Resistência eléctricaA resistência de um condutor, cujo símbolo é R, consiste na oposição que um material ofe-rece à passagem de uma corrente eléctrica, convertendo parte da sua energia em calor.

Por experiência sabemos que nem todos os materiais se comportam do mesmo modo perante a corrente eléctrica.Uns permitem com muita facilidade a passa-gem da corrente de electrões livres que cons-titui essa corrente, como por exemplo o co-bre, a prata e o alumínio e chamam-se bons condutores, ou simplesmente condutores.Outros oferecem grande dificuldade à passa-gem da mesma corrente e são maus condu-tores, como por exemplo o cromo-níquel.Outros, ainda impedem a passagem da cor-rente eléctrica e dizem-se isoladores, como é o caso do vidro e da cerâmica.

A resistência de um condutor depende es-sencialmente da natureza do material de que é feito, avaliada através de uma caracterís-tica chamada resistividade do material, mas também depende de outros factores como: as dimensões físicas, comprimento e secção do condutor.

Figura 34. Resistência eléctrica.

Geralmente os objectos têm as mesmas quantidades de cargas positivas e de cargas negativas, estando desta forma em equilíbrio. Quando existe uma ligeira diferença entre a quantidade dessas duas cargas, ocorre a elec-trização.Em alguns materiais, tais como a pele e o cabelo, as cargas negativas são facilmente arrancadas. Mas também existem materiais, como o plástico, onde as cargas negativas es-tão firmemente presas. Se friccionarmos um material de plástico na pele, as cargas nega-tivas são transferidas da pele para a vareta. Assim, a vareta é negativamente electrizada e a pele é positivamente electrizada.

Figura 33. Electricidade estática.

Conceitos importantes


d) VentiladorUm ventilador é uma máquina de fluido con-cebida para produzir corrente de ar mediante rodas com lâminas que circulam e renovam o ar, proporcionando oxigénio e eliminando odores, principalmente em locais fechados.Utiliza-se para fazer movimentar o ar ou um gás de um local para outro, dentro ou entre espaços diferentes. Usa-se na ventilação in-dustrial, para uso doméstico, ou para aumen-tar a circulação de ar num espaço habitado, basicamente para refrescar. É possível que a condução do próprio gás seja o objectivo mas, em muitos casos, o gás também actua só como meio de transporte de calor, humi-dade ou de material sólido, como cinzas, pó, entre outros.

e) Sensor fotoeléctricoUm sensor fotoeléctrico é um dispositivo electrónico que responde à mudança da in-tensidade da luz. Mede a quantidade de luz por unidade de superfície. Estes sensores re-querem um componente emissor de luz e um componente receptor, que “vê ” a luz gerada pelo emissor. Todos os tipos de sensores se baseiam neste princípio de funcionamento. Estão especialmente desenhados para a de-tecção, classificação e posicionamento de objectos; a detecção de formas, cores e dife-renças de superfície, incluindo em condições ambientais extremas.

Figura 35. Efeito de ventilador.

Os sensores de luz usam-se para detectar o nível de luz e produzir um sinal de saída representativo, relativo à quantidade de luz detectada. Um sensor de luz inclui um trans-dutor fotoeléctrico para converter a luz num sinal eléctrico e pode incluir componentes electrónicos para condicionamento do si-nal, compensação e formatação do sinal de saída.

Alarme luminoso: Este alarme activa-se quan-do o feixe de luz sobre a fotocélula é inter-rompido. Quando a fotocélula está a receber luz, apresenta baixa resistência, bloqueando assim a voltagem positiva, mantendo o mul-tivibrador desactivado, logo o alarme não dispara. Quando a fotocélula deixa de rece-ber luz, a sua resistência aumenta em fracção de segundos , o que permite a voltagem po-sitiva e a consequente activação do alarme.

f) DíodoUm díodo é um componente que permite a circulação de corrente entre os seus terminais num determinado sentido enquanto que blo-queia o sentido contrário. O funcionamento do díodo ideal é o de um componente que apresenta uma resistência nula com a passa-gem da corrente num determinado sentido e resistência infinita no sentido oposto. São construídos com substâncias cuja condutivi-dade é menor que a de um condutor e maior que a de um isolante, como por exemplo o silício (a mais utilizada) e o germânio.

Figura 36. Sensor fotoeléctrico.



Há muitas vantagens na utilização de díodos deste tipo, entre as quais sublinhamos o seu tamanho reduzido. Por outro lado, o díodo LED tem a capacidade de se manter aceso durante 50 000 horas, ou seja, continuamente por 11/12 anos. No entanto, o preço elevado faz com que es-tes dispositivos não sejam de uso comum nas nossas habitações, mas começam a ganhar terreno e uma grande importância nas nos-sas ruas, com os semáforos, e também nos desportos radicais, por exemplo, em lanter-nas utilizadas no montanhismo.

SABIAS QUE...

Os LED também estão a ser muito utiliza-dos em projectos mais artísticos? São utilizados em acessórios e joalha-ria para embelezar mais a peça, já que a fazem brilhar mais do que qualquer pedra preciosa, e são também utilizados para fazer roupa! Os LED podem ser progra-mados para formar diferentes imagens ou servem como sinalizadores, de movimen-to ou do contacto que a pessoa teve nas últimas horas.

Este dispositivo semicondutor está fechado numa cápsula de plástico de maior resistên-cia que as de vidro que se usam normalmente nas lâmpadas incandescentes. Embora o plás-tico possa ser colorido, é apenas por razões estéticas, já que este não influencia a cor da luz emitida. Normalmente um LED é uma fonte de luz composta por diferentes partes, razão pela qual o padrão de intensidade da luz emitida pode ser bastante complexo.Para obter uma boa intensidade luminosa, a corrente que atravessa o LED deve ser bem escolhida de forma também a evitar que o LED se estrague, para tal, a voltagem tem que ser superior a 1,8V e menor que 3,8V, aproxi-Figura 38. LED.

LEDLED é a abreviatura, em inglês, para Light Emitting Diode, cuja tradução para portu-guês corresponde a Díodo Emissor de Luz. Consiste num dispositivo que, no seu interior, contém um material semicondutor e que, ao aplicar-lhe uma pequena quantidade de cor-rente eléctrica, produz luz. A luz emitida por este dispositivo é de uma determinada cor que não produz calor, portanto, não ocorre aumento de temperatura como ocorre com a maioria dos dispositivos emissores de luz. A cor emitida por este dispositivo depende do material que o constitui, mais especifica-mente do material semicondutor que emite uma luz que pode ir de ultravioleta a in-fravermelha, incluindo toda a gama de cores visíveis ao olho humano.

Figura 37. Díodo.



madamente. Em geral, os LED tendem a atin-gir uma maior eficiência quanto menor for a corrente que os atravessa. Assim, a forma op-timizada dos LED surgem do equilíbrio entre a intensidade luminosa que produzem (que é maior quanto maior for a corrente que circula por eles) e a eficiência (que é maior quanto menor for a intensidade da corrente que os atravessa).

Critérios de selecção dos LEDDimensões e cores Actualmente existem LED com diferentes ta-manhos, formas e cores. Podem ser redondos, quadrados, rectangulares ou triangulares. As cores básicas vão desde o vermelho, o verde e o azul, até ao cor-de-laranja, amarelo, entre outras cores. As dimensões dos LED vermel-hos podem ser de 3mm, 5mm, 10mm e os maiores de 20mm.

Ângulo de visãoEsta característica é muito importante pois dela depende o modo como conseguimos observar com o LED, ou seja, da utilização prática do equipamento constituído por LED. Quando o ângulo de visão do LED é grande, a emissão de luz permite ter uma visão ampla enquanto que um LED com um ângulo de visão menor resulta num foco mais direccio-nado e menos difuso.

Figura 39. Diferentes ângulos de visão de um LED.

30º

LuminosidadeA intensidade luminosa e o brilho estão muito relacionados. Seja o LED mais ou me-nos difuso, o brilho é sempre proporcional à superfície de emissão. Se o LED for menos difuso, tem uma superfície de emissão mais pequena e um maior brilho. Num LED mais difuso a intensidade da corrente tem que ser superior à de um LED menos difuso, para que o brilho seja suficiente.

ConsumoO consumo depende muito do tipo de LED que estamos a utilizar, ou seja, irá depender da luminosidade e do seu diâmetro.


15º

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tos e dos traços era formado por um elec-troíman com uma bobina de fio de cobre enrolado em volta de um núcleo de ferro. Quando a bobina recebia os impulsos de cor-rente eléctrica correspondente aos pontos e aos traços, o núcleo de ferro magnetizava-se e atraía uma peça móvel, também de ferro, que ao chocar com ele emitia um som seco e peculiar.

Este som era semelhante a um “tac” curto quando se recebia um ponto, ou a um “taaac” mais longo, se recebia um traço. Por exem-plo, a letra “a” do código Morse é formada por um ponto e um traço (. - ), e ouvia-se mais ou menos assim: “tac - taaac”. Com a evolução da técnica começaram a conseguir-se novos sistemas de interpretação do código.

Para além das transmissões de mensagens que se fazem recorrendo aos sistemas eléctri-cos ou electrónicos, o código Morse permite utilizar também outros meios mais simples. Um deles consiste em utilizar uma fonte de luz intermitente, enquanto que o outro se ba-seia na produção de sons, utilizando qualquer dispositivo que permita reproduzir os pontos e os traços. Exemplos do uso prático destes diversos métodos encontramos nos barcos.

SABIAS QUE...

Para enviar mensagens utilizando uma fonte de luz, os barcos utilizam uma es-pécie de reflector chamado “blinker”? Este é dotado de uma cortina que ao abrir-se, deixa passar os raios de luz e ao fechar-se, os interrompe. Um raio de luz curto en-tende-se como um ponto, enquanto que um longo se interpreta como um traço.

7. Código MORSE

O código Morse é um código ou sistema de comunicação que permite o envio de infor-mação telegráfica através da transmissão de impulsos eléctricos de longitudes diversas ou por meio visual, como impulsos de luz, so-noros ou mecânicos. Este código é composto por uma série de pontos, traços e espaços, que ao ser combinados entre si, formam pa-lavras, números ou outros símbolos.

Mesmo quando numa transmissão por ra-diofrequência realizada somente com código Morse aparecem interferências produzidas por perturbações eléctricas, os sons dos pon-tos e dos traços serão sempre reconhecíveis pelo ouvido humano.

No início, para transmitir e receber mensa-gens em código Morse usava-se um aparel-ho muito primário inventado em 1844 por Samuel Morse, por sua vez, também cria-dor do próprio código que ficou com o seu nome. Este aparelho constava de uma chave telegráfica de transmissão, que funcionava como interruptor de corrente eléctrica, e de um electroíman como receptor dos pontos e dos traços.

De cada vez que se premia para baixo com os dedos indicador e médio, estabelecia-se um contacto eléctrico que permitia transmitir os pontos e os traços do código Morse. Os im-pulsos intermitentes que se produziam ao apertar a chave telegráfica, eram enviados a uma rede eléctrica composta por dois fios de cobre. Estes cabos , suportados por postes de madeira, estendiam-se, muitas vezes, por centenas de quilómetros de distância desde o ponto de origem da transmissão até ao ponto de recepção.

O receptor primitivo desse sistema de telegrafia por onde se ouvia o som dos pon-

Na imagem seguinte podes observar um blinker transmitindo uma mensagem.

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Uma das mais famosas mensagens em có-digo Morse é a de S.O.S que significa um pedido de ajuda. A formação desta sigla em código Morse efectua-se com três pontos que correspondem à letra “S”, três traços cor-respondentes à letra “O”, e mais três pontos (representando novamente a letra “S”).

Em casos de emergência os barcos utilizam também muitas vezes uma espécie de apito accionado por um jacto de vapor ou de ar, que levam fixado à sua caldeira.

Graças ao som forte e grave que emitem es-tes apitos, podem ser utilizados para propa-gar sons de mensagens de auxílio em código Morse. Um som curto significa um ponto, en-quanto que um largo significa um traço. Para transmitir as letras do código, cada ponto e cada traço separam-se por pequenas pausas.

Figura 40. Marinheiros utilizando o Blinker .

Figura 41. S.O.S em código Morse.

S O S

A velocidade de transmissão das palavras que formam as mensagens depende maioritaria-mente da habilidade e da experiência prática que o telegrafista ou o radiotelegrafista ten-ha, tanto no momento de transmitir como no de receber as mensagens. Independen-temente da velocidade e da destreza que se possa chegar a adquirir com o código Morse, no momento da transmissão da mensagem, o tempo de demora de um traço deve supe-rar em três vezes o de um ponto.

Cada letra ou número do código compõem-se de um ou mais pontos ou traços, ou das combinações de ambos os sinais, separados entre si por uma pausa de tempo equiva-lente à transmissão de um ponto. Para além disto, entre a transmissão de uma letra e da seguinte, o tempo de separação deve ser maior que o necessário para transmitir um traço ou três pontos. O tempo de separação entre uma palavra e a outra deve ser equiva-lente ao que se requer para transmitir seis pontos.

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Figura 42. Código Morse internacional.

Experiências

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EXPERIÊNCIA 17. Construir um electroíman

Material:- Base- 2 Conectores de mola- Cilindro de ferro (longo)

Procedimento:1. Enrola o arame da bobina à volta do cilindro de ferro, deixando uns 30mm livres em cada extremo (1).2. Monta os 2 conectores de mola na base e une o cabo vermelho do compartimento das pilhas ao conector da esquerda e o cabo negro ao conector da direita (2).3. Une cada extremo da bobina a cada um dos conectores (3). 4. Introduz 2 pilhas no respectivo compartimento, prestando atenção à polaridade. O cilindro de ferro está agora magnetizado.5. Coloca uns clipes sobre a mesa e de seguida passa o cilindro por cima destes. Observa o que acontece (4).6. De seguida retira um dos extremos da bobina do conector e volta a aproximar o cilindro dos clipes. Repara agora no que acontece.

- Bobina- Clipes

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8. Experiências


Explicação:Um electroíman é um tipo de íman no qual o campo magnético é induzido devido ao fluxo de corrente eléctrica através de uma bobina. O campo magnético desaparece ao interromper-se a corrente eléctrica. O potencial do electroíman depende da intensidade da corrente e do número de voltas do solenóide. Quando mais intensa for a corrente, maior é o número de voltas e mais potente será o electroíman. O electroíman apresenta uma série de vantagens relativamente ao íman permanente, entre elas, o facto de poder ser “ligado” e “desligado”, a sua polaridade pode ser invertida e a sua potência pode ser controlada fazendo variar a inten-sidade da corrente eléctrica. Para além disto, também podem ser muito mais potentes do que os ímans permanentes do seu tamanho.

Experiências

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EXPERIÊNCIA 18. Construir uma campainha

Material:- Base- Placa de interruptor- Placa metálica- Conectores de mola- Parafuso ajustável- Mola do parafuso ajustável- Maçaneta do parafuso ajustável- Terminal de ligação eléctrico- Suporte do parafuso- Porca- Campainha

Procedimento:1. Introduz a porca na parte de trás do parafuso que atravessa a maçaneta, a mola, o terminal de ligação eléctrico e o suporte (1) (2).2. Encaixa o martelo no seu suporte de une-o ao batente do martelo (3) (4).3. Monta a campainha no seu suporte (5). 4. Faz passar a ponta do arame de cobre pelo pequeno orifício que existe na parte lateral do carreto e faz um nó pela parte exterior, deixando aproximadamente uns 100mm soltos (6).5. Enrola o resto do arame de cobre em volta do carreto de maneira a que fique bem firme, deixando também outros 100mm livres no outro extremo e faz também um nó, de maneira a que o arame fique fixo e não se desenrole (7).6. Introduz o cilindro curto de ferro e o suporte metálico no carreto e ajusta-os com a tampa do cilindro (8) (9).7. Dobra o pedaço de lixa ao meio e lixa cerca de 30 mm do isolamento de verniz das extremi-dades do fio de cobre (10).8. Monta os dois conectores de mola juntamente com a placa do interruptor e a placa me-tálica sobre a base. Une o cabo vermelho do compartimento das pilhas ao conector do lado esquerdo (11). 9. Coloca o suporte do parafuso que montaste no passo 1 na base e une o cabo negro no extremo do terminal eléctrico de união (12).10. Coloca a campainha do passo 3 na base (13).11. Agora encaixa o suporte do martelo do passo 2 na base (14).12. Insere o carreto do passo 5 na base, com o cilindro metálico virado para o suporte do mar-telo, mas sem que cheguem a tocar-se (15). 13. Une cada um dos extremos do fio de cobre ao conector central e ao extremo final do mar-telo, respectivamente.14. Insere 2 pilhas AA no seu compartimento, prestando atenção à polaridade.15. Pressiona o interruptor para accionar a campainha. Ajusta a distância entre o parafuso ajustável e o braço metálico para afinares a sensibilidade da campainha. Estes devem tocar-se quando o conjunto não está em funcionamento.

- Suporte da campainha- Arame de cobre- Tampa do cilindro de ferro- Martelo- Batente do martelo- Base do martelo- Cilindro curto de ferro- Suporte metálico- Lixa- Carreto

Experiências

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Explicação:Quando o interruptor é accionado, o circuito fecha-se e a corrente eléctrica passa através do fio de cobre enrolado do carreto – o solenóide. O cilindro metálico fica magnetizado e é atraído pelo braço do martelo. Devido ao movimento do braço, o martelo move-se e toca na campainha, provocando som. O movimento do braço faz com que o contacto com o parafuso se perca, interrompendo assim o circuito eléctrico.Ao ser interrompida, a corrente eléctrica do solenóide deixa de gerar um campo electromag-nético, cessando desta maneira a atracção magnética do electroíman e o braço volta à sua posição original. Ao voltar à posição original, o braço fecha de novo o circuito e o ciclo repete-se novamente. Como consequência disto, o martelo vibra e a campainha produz novamente som, de cada vez que se acciona o interruptor.

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EXPERIÊNCIA 19. Construir um motor

Material:- Base- 2 Conectores de mola- Bobina de motor

Procedimento:1. Prepara os cabos do compartimento das pilhas e os conectores. Une os cabos aos conecto-res deixando uns 40mm de cabo livre, com os extremos apontados para cima (1).2. Faz passar a vareta metálica através da bobina de motor (2), com os apoios da balança de cada lado (3).3. Encaixa com cuidado os apoios de balança, na base (4). A bobina deve ficar bem colocada entre os dois cabos do compartimento das pilhas, e em contacto com eles (5). 4. Coloca o íman na placa, sobre a bobina do motor (6).5. Agora coloca as pilhas AA no respectivo compartimento, prestando atenção à polaridade e empurra a bobina com o teu dedo. A bobina começará a girar por si mesma.

- Base- 2 Conectores de mola- Bobina de motor

Experiências

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Explicação:Sempre que uma corrente eléctrica passa através de um condutor, esta gera um campo eléctri-co. Deste modo, quando a corrente passa através da bobina, esta passa a ser um electroíman. Partindo do princípio de que o íman está colocado com o seu ponto norte virado para cima (na realidade é indiferente qual dos pólos se encontra para cima), a sequência de eventos é a seguinte: empurras o motor, ao girar as bandas da bobina, estas vão entrar em contacto com os cabos vermelho e negro, fechando o circuito e deixando passar a corrente, o que gera um electroíman. Como os pólos iguais se repelem, o norte do íman é repelido pelo pólo norte do electroíman. Este empurra a bobina e fá-la girar até uma posição em que as bandas deixam de estar em contacto com os cabos, e o circuito abre-se, não deixando passar a corrente. Deixa de se gerar um campo magnético, mas a inércia faz com que a bobina continue a girar, até que as bandas voltem a estar em contacto com os cabos. Agora, a polaridade do electroíman inverte-se, já que a bobina está a girar ao contrário e portanto, agora será atraída pelo íman. Este empurra a bobina e fá-la girar até uma posição em que os cabos percam o contacto com as bandas, abrindo de novo o circuito. Mas, uma vez que a inércia faz com que a bobina con-tinue a girar, o ciclo irá repetir-se. São estes ciclos de atracção e repulsão que fazem com que a bobina (e em consequência, o motor) gire constantemente.

Experiências

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EXPERIÊNCIA 20. Célula fotovoltaica

Material:- Base- LED

Procedimento:1. Encaixa os dois conectores de mola na base (1).2. Une os cabos vermelhos do painel fotovoltaico e do LED a um dos conectores, e os fios pretos de ambos os componentes ao outro conector (1).3. Quando esta montagem é colocada num sítio com boa iluminação, o painel fotovoltaico produz uma corrente eléctrica suficiente para que se acenda o LED. Quanto mais luz receber o painel, mais corrente produzirá. Experimenta agora tapar o painel com uma mão. O que acontece ao LED? Podes também experimentar com diferentes fontes de iluminação. Experi-menta com luz solar directa, com lâmpadas incandescentes, fluorescentes ou de halogénio, por exemplo, e observa as diferenças.

Explicação:A maioria das células fotovoltaicas que formam os painéis solares são feitas a partir de uma substância cristalina chamada silício que é também um dos elementos mais comuns na Terra. As células fotovoltaicas fabricam-se cortando cristais de silício em lâminas muito finas e poste-riormente juntando duas destas lâminas com diferentes propriedades eléctricas. Estas lâminas também estão unidas a eléctrodos, que deixam passar a corrente. Quando a luz solar chega às lâminas, a energia presente “excita” os electrões dos átomos de silício, e estes ficam livres. Estes electrões mover-se-ão numa direcção e passarão para a outra lâmina de silício. Este processo cria uma diferença de potencial entre as lâminas, gerando uma corrente eléctrica.

- 2 Conectores de mola- Painel fotovoltaico

Experiências

1. Camada positiva2. Camada de depleção

Fluxo de electrões

3. Camada negativa4. Luz

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ATIVIDADES

DE CIÊNCIA

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Formação

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Experiências

O Professor 4You está à procura dos óculos. Ele precisa de ajuda para encontrá-los.

Ajuda-o!

Labirinto

Descobre qual das sombras abaixo corresponde à imagem a cores.

Diverte-te!

Jogo da Sombra

a. b.

c. d.

Resposta correta: c.

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