Post on 05-Apr-2017
Breve história dos fenómenos elétricos –Antes da compreensão ….
Oxiluciferina* ����energia
(luz)
Arístoteles e seus asseclas (2000
A.C.) - faíscas espontaneas no
ar????”
O peixe elétrico foi usado para terapia das dores de cabeça e
para a gota pelo físico Scribonius Largus do primeiro século do
império romano de Claudius e pelos índios nativos da América
do Sul.
Registo + antigo ���� 2750 A.C. nos murais dos túmulos
Egípcios
O ar muda de isolador para condutor para campos elétricos
superiores a 3 milhões de volts por metro.
Construção e explicação do globo de plasma, respetivamente,
Francis Hauksbee (1705) e Nikola Tesla (1894)
Gerador eletrostático - O
trabalho mecânico é convertido
em energia eletrostática (por
indução eletrostática )
O âmbar, do latim –
electrum, é a resina
fossilizada da árvore.
Atrai pequenas massas
e dá pequenos choques
quando friccionada. O
selo celebra a
descoberta da
eletricidade estática
(Grécia antiga, Tales de
Mileto, ano 585 A.C.) .
Na Europa, o iluminismo defende o uso da razão para questionar o
mundo.
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 2
O início da compreensão das propriedades elétricas dos materiais
Steven Gray, 1732, verificou que a cargaeletrostática podia ser transferida entre corpos.Mas havia uns corpos que quando usados comoelementos de separação impediam atransferência (isoladores) e outros que apermitiam (condutores) – teoria dos “doisfluidos“. Exemplos de:• condutores: corpo humano, objetos de metal,
…• isoladores: seda, madeira, borracha, ar, vidro,
resina, …
No iluminismo, os palestrantes faziam
demonstrações de rua e em festas, friccionando o
âmbar para atrair penas, usando o gerador
eletrostático de Fancis Hauksbee para aplicação de
choques nos espectadores, produzindo faíscas para
incendiarem bebidas alcoólicas, …Palestra com beatificação elétrica
(halo em torno de coroa electrificada).
Leyden Jar (1745-
6), uma das
primeiras formas
de
armazenamento
de energia elétrica
por horas, mesmo
dias.
A “pilha
elétrica” ou
mais
corretamente um
condensador.Never try it!
Henry
Cavendish
, 1879:
2 tipos de
eletricida
de:
biológica
e dos
materiais,
potencial
e
corrente?
1752 –
Realização da
experiência de
Benjamin
Franklim, catar e
armazenar a
trovoada numa
garrafa de
Leyden …
Crédito e débito
de carga, dois
tipos de
eletrização que
podiam explicar
a corrente …
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 3
A bioeletricidade e a eletricidade nos materiais, Galvani e Volta
A passagem de corrente elétrica através de um decapitado fê-
lo contorcer-se! Experiência realizada perante uma larga
audiência pelo sobrinho de Galvanni.Construção de uma pilha de cobre circular e um disco embebido
em ácido diluído e por cima dum disco de zinco e voltou a provar!
Luigi Galvani, médico Italiano, 1786, usou o geradoreletrostático de Hauksbee para fazer passar uma correnteelétrica através de nervos de pernas de rã, fazendo-as contrair.Galvani descobriu que músculos e células nervosas eram comojarras de Leyden, produzindo e armazenando eletricidade,através de reações químicas, não necessitando de usar ogerador eletrostático para gerar a carga.
Alessandro Volta, Físico Italiano afirmava que aeletricidade animal não existia. Provou a eletricidade deduas moedas de diferentes materiais na boca com umacolher de prata por cima destes.
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Frankestein, Mary Shelley (1818)
No romance de ficção científica, o cientista ressuscita um monstro usando a eletricidade...Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 5
Características gerais de um circuito de eletricidade básica incluindo 1 ou + componentes elétricas
Esquema geral Exemplo de um circuito elétrico
com uma componente (o
interruptor fechado é material
condutor)Componente elétrica 1
(consome energia), de potência de consumo, P1, conhecida ou facilmente
calculável
“Fonte(s) de
energia ou de
alimentação”, de potência máxima de
saída conhecida ou facilmente
calculável
Componente
elétrica 2, de
potência de
consumo P2
Componente
elétrica 3
P3
…
Fio condutor de ligação entre componentes e à fonte de alimentação
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 6
Rapidez de libertação ou consumo de energia elétrica, a potência elétrica
Todas as “fontes de energia” libertam energia elétrica para ocircuito (proveniente da energia química ou outra forma deenergia armazenada) e todos os componentes do circuitoelétrico TRANSFEREM ESSA ENERGIA PARA OUTROS CORPOSOU ESPAÇOS (consomem energia). A libertação e consumo deenergia elétrica é um processo contínuo no tempo, isto é, afonte de alimentação liberta continuamente energia e oscomponentes do circuito elétrico consomem continuamenteenergia. À rapidez com que a energia é libertada e ouconsumida designa-se por potência elétrica e a sua unidadeS.I é o watt (ou joule por segundo).
Potência elétrica entrada/saída, unidade S.I é o watt (símboloW).
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Exemplos de algumas potências
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 8
Televisor LCD Grundig 36 W Lâmpada LED 5 W Aspirador Nilfisk Coupé Neo 1600 W
O que significa uma pilha de potência máxima 0,64 watt?
A pilha, de 0,64 W, liberta0,64 joule de energia para
o circuito, no máximo, por
cada segundo. Istosignifica que se quisermosligar a essa pilha umacomponente elétrica depotência mínima deentrada 1 watt esta não
vai funcionar! Mas se poroutro lado quisermos ligaruma lâmpada de 0,5 W deentrada esta vai acender.
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Lâmpada acesa Pconsumo= 0,5 W
0,64 Wpilha
321321pilha à ligada componentepilha máx.
W0,5 W0,64
PP
>
Interruptor fechado para a
lâmpada acender!
Que componentes elétricas posso usar atendendo a que pretendo usar uma determinada fonte de energia?
A potência máxima da fonte de energia (pilha) teráde ser superior à soma da(s) potência(s) mínima(s)que a(s) componente(s) elétrica(s) necessita(m)para funcionar(em):
Mas esta condição não é ainda garantia que ascomponentes irião funcionar. Falta o resto dahistória …
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....2 componente1 componente ++> PPPpilha
Outras quantidades de grande importância na eletricidade básica, além da Potência
A diferença de potencial (ou ddp ou ∆V ou U)entre dois pontos de circuito elétrico e aintensidade de corrente (I) que percorre umdeterminado ramo do circuito. Estasquantidades podem ser medidas usando ummultímetro:
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∆
A)( emicroampèrou (mA) miliampère
ou (A) ampère em medida geralmente é
(mV)milivolt ou (V) volt em medida geralmente é
µ
I
V
Características do multímetro digital (da Farnell) que utilizamos :
• Marca: TEMMA 72-7770
• Pequenas dimensões (cabe na palma da mão)
• Função HOLD e Iluminação de mostrador
• Mede intensidade de corrente contínua até 10 A
• Mede potenciais em corrente contínua e alternada até 250 V
• Mede resistências
• Verifica continuidade, Díodo
• Baixo preço 10-20 € (no ano 2016)
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Multímetro – aparelho que permite a medição de I, ∆V, …
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 13
O vermelho fica ligado ao terminal
de medida de potenciais,
resistências e intensidades de corrente até 200
mA, em geral.
O fio condutor ,de isolamento preto, fica
sempre ligado ao terminal
COM.
O fio condutor de isolamento vermelho fica
ligado ao terminal 10 A dez ampére) para medir possíveis
correntes altas, superiores a
200 mA
Como estimar P da pilha a partir de duas quantidades que se podem medir experimentalmente: ∆ V e I?
{ {
44444 844444 76 medidos valoresosr multiplica
multímetro usandomedir multímetro usandomedir
IVP ×∆=
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E2: Qual a intensidade de corrente fornecida pela pilha em circuito fechado?
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Rode o ponteiro do multímetro
de modo a escolher a escala
dos 10 A.
O “fio vermelho” ligado aos 10 ampére, 10 Amax
Mude para o terminal de
miliampere (mA), do lado direito,
se o mostrador indicar 0,00 ou µµµµA…
Fios:preto –> -
vermelho� +
Não tem importância se
trocar estes terminais, apenas irá
aparecer um sinal menos no
ecrã
O “fio preto”, ligado ao COM.
E1: Qual a diferença de potencial (∆V) aos terminais da pilha fornecida?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 16
Rode o ponteiro do multímetro
de modo a escolher a escala
dos 20 V.
O “fio preto”,
ligado ao COM.
O “fio vermelho”
ligado ao potencial, V (de
volt)
Fios:preto –> -
vermelho� +
Não tem importância se
trocar estes terminais, apenas irá
aparecer um sinal menos no
ecrã
E3: Qual a potência máxima fornecida pela pilha?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 17
{ {
mW 640 W0,64
A 0,16V 4,01
:figura da exemplo No
produto ocalcular
medirmedir
==
×=
×∆=
P
IVP48476
∆∆∆∆V = 4,01 V
(volt)
I = 0,16 A = 160 mA (miliampere) na escala do miliampere
Ppilha= 640 miliwatt!
E4: Qual a potência máxima que o tale do brócolo (ou outra fruta) consegue fornecer ?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 18
Ptale brócolo = 148 microwatt!
{ {
W 481
A 921V 0,77
:figura da exemplo No
produto ocalcular
medirmedir
µ
µ
≈
×=
×∆=
P
IVP48476
∆∆∆∆V = 4,01 V (volt)
I = 192 µµµµA
(microampere)
Os frutos/vegetais, com 2 metais diferentes incrustados, são “pilhas” de microwatt!
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Calcule a potência de consumo dos LEDS e das lâmpadas incandescentes da figura
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 20
2,5 V; 0,2 A{ {
444 8444 76 produto ocalcular
(A) ampere em(V) volt em
IVP ×∆=
L
E
D
COR ∆∆∆∆Vmin emvolt
Imin emmicroamp
ere
Pmin em microwatt
1 branco 2,50 V 42 µA 105 µW
2 verde 2,40 V 31 µA 74 µW
3 azul 2,50 V 163 µA 408 µW
4 azul 2,40 V 113 µA 271 µW
5 amarelo 1,70 V 1,7 mA 2,9 mW
6 vermelho 1,80 V 5 mA 9 mW
7 vermelho 1,40 V 30 µA 42 µW
8 vermelho 1,50 V 20 µA 30 µW
9 vermelho 1,50 V 60 µA 90 µW
86
31
7
2
4
5
9
Algumas das vantagens da microeletricidade?
• uso de pilhas usadas para funcionarem como “micropilhas”;
• uso de frutas/vegetais de baixo custo para eletrólito de pilhabiológica como, por exemplo, fruta imprópria para consumo ou talesde vegetais ou bolotas das árvores ou …; uso de parafusos e outros
metais de materiais reciclados para servirem de elétrodos na pilhabiológica;
• uso de constituintes de materiais reciclados para servirem decomponentes nos circuitos elétricos, como por exemplo, LEDs,lâmpadas de natal, buzinas, motores, partes de brinquedos, relógiosdigitais avariados, calculadoras avariadas, etc;
• uso de fios condutores de materiais reciclados para eléctrodopositivo na pilha biológica e para a ligação das várias componentes à“micropilha” e para as várias associações entre componentes e“micropilhas”.
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Algumas componentes provindas da reciclagem e respetivas potências mínimas
Material
reciclado
Componentes elétricas Outros materiais
Fios elétricos?
LEDs, buzinas, altifalantes, placas
LCD, ecrã, …
Caixa de associação pilhas, condensadores, bobines, resistências
Metais: parafusos, fio Cu, carvão
Rato de computador
sim
1 LED vermelho (em geral)
condensadores, bobines, resistências, …
Parafusos, fio cobre,
Teclado de computador
3 LEDs verdes (em geral)
Rádiodespertador
altifalante,Ecrã LCD ou LED
Headfonesaltifalantes fio cobre
Brinquedo elétrico
não, em geral
Em geral: motores, ecrã LCD, …
Em geral: Caixa de associação pilhas, …
Pilhas de carvão3R12 (zinco & Carbono)
não não não Zinco e carvão
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Algumas componentes provindas da reciclagem e respetivas potências mínimas
Brinquedo de criança: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=2,1 V; Imin= 0,4 mA Relógio de carro: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=1,2 V; Imin= 1 µ µ µ µA
Buzina: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=0,5 V; Imin= 99 µµµµA
Calculadora: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=1,5V; Imin= 200 µµµµA
Calculadora: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=2,8 V;
Imin= 20 µµµµA
Visor de despertador: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=2,5 V; Imin= 315 µµµµA
Contador máquina loiça: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=1,5 V; Imin=
120 µµµµA
LED rato computador: ∆ ∆ ∆ ∆Vmin=1,5 V; Imin= 20 µµµµA
Montagem experimental e medida dos circuitos com as seguintes componentes:• E5: Interruptor ligado
a amperímetro em série;
• E6: Interruptor comum dos materiais dacaixinha (prego deferro, cilindro decarvão, anel de cobre,parafuso de bronze,parafuso de ligação napilha ) ligado aamperímetro em série.
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 24
Montagem experimental e medida dos circuitos com as seguintes componentes:
• E6 (cont): Interruptor com um dos materiais da caixinha (corda, berlinde, cilindro de madeira, borracha, pedra, parafuso de ???, cerâmica) ligado a amperímetro e pilha em série.
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 25
Montagem experimental e medida dos circuitos com as seguintes componentes:
• E7: Lâmpada;
• E8: Fio condutor térmico enroladonum termómetro de vidro,contendo tolueno com corantevermelho, em suporte metálico(https://www.fishersci.com/shop/products/metal-back-thermometers-3/p-2371607);
• E9: Prego de ferro com fiocondutor enrolado.
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E9
E8
E7
Que componentes elétricas funcionam com a microeletricidade?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 27
Montagem de um circuito incluindo uma pilha biológica. Experimentar ainclusão de um dos componentes elétricos que irá ser fornecido pelosformadores e o uso de elétrodos de pilhas recicladas 3R12 (4,5 V) .
Eletroíman biológico com elétrodos de pilhas 3R12 !
Relógio de carro de 1 µµµµW
Que componentes elétricas funcionam com séries de microeletricidade?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 28
E10: Montagem de um circuito incluindo associação de pilhasbiológicas em série (moeda num fruto ligado a parafuso no outrofruto e assim sucessivamente) . Experimentar a inclusão de umdos componentes elétricos que irá ser fornecido pelosformadores.
Relógio de carro de 1 µµµµW LED vermelho de 42 µµµµW
Que componentes elétricas funcionam com paralelos de microeletricidade?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 29
E11: Montagem de um circuito incluindo a associação de pilhas biológicas em
paralelo, moeda (parafuso) num fruto ligado a moeda (parafuso) no outro fruto eassim sucessivamente. Experimentar a inclusão de um dos componentes elétricosque irá ser fornecido pelos formadores.
Como reciclar um rato?
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 30
• Com uma chave de parafusosdesaparafusar o(s) parafuso(s) naparte inferior do rato (este(s)parafuso(s) poderão servir deelétrodos negativos numa futurapilha biológica se não estiveremenvernizados);
• Separar, com um pouco depressão, a parte superior daparte inferior do rato
• O rato contém, além do chasside plástico:
– uma roda em borrachacom uma haste central deplástico que poderá servircomo um peão,
– Uma placa eletrónicacontendo um LED vermelhoem bom estado (em geral);
– Um fio elétrico que poderáservir para efetuar ligações…
LED
peão
parafuso
Chassi de
plástico
Fio elétricoChave de parafusos
X-ato
Placa
eletrónica
Rato
avariado
Pilha
comercial
ddp medida em
ca, ∆∆∆∆V (volt)
Intensidade de corrente
medida em cf, I, (ampére)
Potência máxima
fornecida (watt)
22 4,54 V 1,50 A 6,81 W
33 4,35 V 1,50 A 6,53 W
26 4,28 V 1,3 mA 5,56 W
28 4,48 V 1,10 A 4,93 W
4 4,50 V 1 A 4,50 W
31 4,86 V 0,43 A = 430 mA 2,09 W
29 4,46 V 0,210 A = 210 mA 937 mW
20 4,53 V 0,2 A = 200 mA 906 mW
25 4,30 V 0,04 A = 40 mA 172 mW
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Resultados obtidos pelos grupos de professores de 8/3 para as pilhas comerciais
Resultados obtidos pelos grupos de professores de 15/3 para as pilhas comerciais
Pilha
comercial
ddp medida em
ca, ∆∆∆∆V (volt)
Intensidade de corrente
medida em cf, I, (ampére)
Potência máxima
fornecida (watt)
23 4,36 V 300 mA 1,31 W
21 4,22 V 193 mA 815 mW
25 4,21 V 29,3 mA 123 mW
5 3,76 V 7,6 mA 28,6 mW
8 3,74 V 3,28 mA 12,3 mW
26 4,27 V 1,1 mA 4,70 mW
24 3,91 V 38 µA 149 µW
20 4,39 V 29 µA 127 µW
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 32
Pilha
biológica
Moeda 0,02
€ e mola da
da roupa à
distância
ddp medida
em ca, ∆∆∆∆V
(volt)
Intensidade de
corrente medida em
cf, I, (ampére)
Potência
máxima
fornecida
(watt)
pera ? 1,03 V 700 µA 721 µW
limão 1,5 cm 0,85 V 750 µA 638 µW
tangerina 2,0 cm 0,92 V 450 µA 414 µW
tangerina 1,5 cm 0,90 V 400 µA 360 µW
clementina 2,0 cm 1,1 V 300 µA 330 µW
Tale brócolo ? 0,85 V 375 µA 319 µW
Tale brócolo 1,0 cm 0,70 V 430 µA 301 µW
tangerina ? 0,99 V 268 µA 265 µW
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 33
Resultados obtidos pelos grupos de professores de 8/3 para as pilhas biológicas
Resultados obtidos pelos grupos de professores de 15/3 para as pilhas biológicas
Pilha
biológica
Moeda 0,02
€ e mola da
da roupa à
distância
ddp medida
em ca, ∆∆∆∆V
(volt)
Intensidade de
corrente medida em
cf, I, (ampére)
Potência
máxima
fornecida
(watt)
kiwi 3 cm 0,61 V 691 µA 422 µW
pera 2 cm 0,96 V 300 µA 288 µW
tomate 2,5 cm 0,85 V 335 µA 285 µW
tangerina 2,6 cm 0,76 V 214 µA 162 µW
tangerina 2 cm 0,81 V 194 µA 157 µW
tangerina 1,3 cm 0,80 V 152 µA 122 µW
maça 1,5 cm (+-) 0,96 V 113 µA 108 µw
maça 3 cm 1,0 V 76 µA 76 µW
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 34
Bibliografia
• https://www.youtube.com/watch?v=Gtp51eZkwoI (acedido a 7/março/2017)
• Electric Fish and the Discovery of Animal Electricity: The mystery of the electric fish motivated research into electricity and was instrumental in the emergence of electrophysiology Chau H. Wu , American Scientist , Vol. 72, No. 6 (November-December 1984), pp. 598-607 , https://www.jstor.org/stable/27852970?seq=1#page_scan_tab_contents (acedidoa 7/março/2017)
• http://dh.dickinson.edu/digitalmuseum/exhibit-artifact/making-the-invisible-visible/showing-scientific-lecturing-19th-century (acedido a 7/março/2017)
• http://www.circuitstoday.com/capacitors-invention-history-and-the-story-of-leyden-jar (acedido a 7/março/2017)
Rosa Brígida microeletricidade para formadores 2017 35