Bomba de choque

Escrito por Newton C. Braga
Ter, 12 de Abril de 2011 15:54

Este artigo não é novo, mas pela sua finalidade e pelos componentes que usa, pode ser considerado interessante em qualquer época. Trata-se de montagem ideal para ser aplicado no ensino de tecnologia nas escolas do nível fundamental e médio, servindo para ensinar como fuciona um capacitor e ainda o que é o choque elétrico. Também recomendamos esta montagem como uma brincadeira para você fazer com seus amigos ou os visitantes de seu stand 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 consistem no seguinte: carregue um capacitor e jogue-o para a pessoa desprevenida, tendo o cuidado de alertá-la com a frase:
- segure! Leia mais para ver o que acontece...

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 importantes 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 é fechado pela própria mão da pessoa por onde circula a corrente de descarga. O resultado é 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 1 temos o diagrama completo do carregador de capacitores.



Na figura 2 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.



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 Ω 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 tocar 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 divertiam dando choques uns nos outros! (A brincadeira é 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 neon no capacitor carregado. O capacitor se descarrega fazendo a lâmpada dar uma forte piscada.
Outro local em que a descarga pode ser demonstrada é 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!

Lista de componentes:

D1 - 1N4004 ou 1N4007 - diodo de silício - ver texto
R1 - 1 k Ω - resistor - marrom, preto, vermelho
C1 - 100 nF à 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.



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