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Bio-controle (MA027)

São muitos os leitores que gostam de realizar experimentos envolvendo eletrônica com outras ciências como a química, biologia, etc. O circuito que descrevemos neste artigo presta-se justamente a este tipo de aplicação e pode servir de base para excelentes trabalhos escolares, trabalho de apoio (tema transversal) para disciplinas do ensino fundamental e médio. Trata-se de um motor que pode ser controlado pela resistência da pele de uma pessoa.

 

A pele humana é condutora de eletricidade. Se assim não fosse não levaríamos choques ao tocar num fio desencapado.

Mais ainda, a resistência que ela apresenta depende de diversos fatores como a sua umidade, espessura, etc. Na figura 1 mostramos como é possível usar um simples multímetro para medir a resistência que uma pessoa apresenta quando segura suas pontas de prova.

 

Medindo a resistência elétrica do corpo.
Medindo a resistência elétrica do corpo.

 

Veja que trata-se da "resistência elétrica" e ela não é um valor absoluto: depende além dos fatores citados, da força com que a pessoa aperta os eletrodos e da superfície de contacto com ele.

Os professores de física e biologia podem explicar tudo isso aos seus alunos quando forem usar esta montagem numa aula prática ou como base para um trabalho.

No entanto, a corrente que pode passar pelos nossos dedos quando seguramos dois fios é muito pequena, a não ser que a tensão seja muito alta, mas aí teremos o perigo do choque! Essa corrente é insuficiente para alimentar qualquer dispositivo elétrico ou eletrônico comum como uma lâmpada, motor, etc.

Entretanto, usando circuitos eletrônicos amplificadores podemos aumentar essa corrente e usá-la para controlar os mais diversos dispositivos como, por exemplo, um motor.

É justamente isso que faremos com o nosso projeto: com três transistores, aumentaremos a corrente que circula pelos nossos dedos quando tocamos em dois fios a ponto dela poder alimentar um pequeno motor.

Um ventilador, disco de Newton ou outro pequeno automatismo pode então ser acionado a partir da corrente que circula pelo seu corpo, conforme mostra a figura 2.

 

Acionando um pequeno dispositivo através da corrente que circula pelo corpo.
Acionando um pequeno dispositivo através da corrente que circula pelo corpo.

 

Mas, atenção! Não é a corrente que circula pelos seus dedos que alimenta o motor. A corrente que circula pelos seus dedos é muito fraca e serve apenas para controlar o circuito quen alimenta o motor. A energia para este processo bem das pilhas.

 

Como Funciona

A corrente que circula entre os pontos X1 e X2 do circuito passa justamente pelo corpo da pessoa que segura esses eletrodos.

Essa corrente polariza o transistor Q1 que amplifica essa corrente e a aplica em Q2 onde ela recebe nova amplificação. A corrente obtida no coletor de Q2, entretanto, ainda é insuficiente para se acionar um motor com toda sua pot6encia.

Usamos então o transistor Q3 que dá a amplificação final à corrente que atinge então um valor milhares de vezes maior do que a corrente original que passou entre X1 e X2.

O circuito pode funcionar com motores até 1 A de corrente o que significa uma boa potência! No nosso caso, sugerimos a utilização de um motor pequeno, como os encontrados em brinquedos alimentados por pilhas.

Mas não é apenas controlando um motor pelo toque dos dedos que podemos usar este circuito. Veja no item "experiências" o que mais podemos fazer de interessante para ilustrar aulas de biologia, física e química usando este circuito.

 

Montagem

Na figura 3 damos o diagrama completo do nosso Bio-Controle.

 

Diagrama elétrico do Bio-Controle
Diagrama elétrico do Bio-Controle

 

Na figura 4 damos a montagem do circuito usando uma pequena placa de circuito impresso.

 

Placa de circuito impresso do Bio-Controle
Placa de circuito impresso do Bio-Controle

 

Os leitores que desejarem também não terão dificuldades em implementar esta montagem numa matriz de contactos.

Se o motor usado exigir uma corrente maior do que 500 mA será conveniente montar o transistor Q3 num pequeno radiador de calor. Esse radiador nada mais é do que uma chapinha de metal dobrada em U ou L e parafusada, no furo que este componente tem para esta finalidade.

Os eletrodos podem ser duas chapinhas de metal ou ainda a ponta de dois fios descascados onde a pessoa deve tocar com os dedos ao mesmo tempo, conforme mostra a figura 5.

 

Utilizando duas chapinhas para contatos.
Utilizando duas chapinhas para contatos.

 

A alimentação do circuito pode ser feita com 4 pilhas pequenas ou médias dependendo do tamanho do motor.

Nunca use uma fonte de alimentação que não seja isolada da rede de energia (fonte sem transformador), pois o contacto elétrico direto com a alta tensão pode causar violentos choques.

 

Prova

Para provar o Bio-Controle basta tocar com os dedos nos sensores X1 e X2. O motor deve ser acionado imediatamente. Tirando os dedos dos sensores o motor deve parar.

Como o consumo do aparelho é muito baixo quando o motor não está acionado (condição de espera), o circuito pode ficar ligado por longos intervalos de tempo. Se o leitor quiser pode até omitir S1.

 

Experiências

a) Resistência da pele

Essa é a experiência básica em que fazemos a pessoa tocar nos sensores ao mesmo tempo e verificar que a corrente que passa através de seu corpo é suficiente para acionar o circuito.

Podemos ir além fazendo com que diversas pessoas formem uma roda dando-se as mãos e tocando nos sensores, conforme mostra a figura 6.

 

Uma experiência interessante.
Uma experiência interessante.

 

Mesmo sendo a resistência total desse "circuito" da ordem de milhões de ?, o amplificador com os três transistores tem ganho suficiente para aumentar a fraquíssima corrente circulante a ponto dela alimentar o motor normalmente.

Veja qual é o maior número de pessoas que pode formar a roda e ainda assim o motor ser acionado.

 

b) Sensor de umidade

Montando o sensor mostrado na figura 7 podemos fazer com que o motor atue pela presença de umidade ou mesmo água. Uma gota de água que caia no sensor é suficiente para fazê-lo conduzir a corrente e disparar o motor.

 

Usando o mesmo princípio para o sensor de umidade.
Usando o mesmo princípio para o sensor de umidade.

 

Se o motor for o de uma pequena bomba d'água, conforme mostra a figura 8 e o sensor formado por duas varetinhas de metal, enquanto a água molhar o sensor, a bomba funcionará no sentido de retirar a água do reservatório.

 

Usando o mesmo princípio para uma bomba d´água.
Usando o mesmo princípio para uma bomba d´água.

 

O sensor para água ou umidade é um pedaço de tecido poroso e um pouco de sal melhora sua sensibilidade.

 

c) Condutividade de soluções

Colocando água pura num copo e o sensor mostrado na figura 9, o motor não funcionará (a água da chuva ou torneira contém uma pequena quantidade de sais que a torna condutora - deve ser usada água destilada).

 

Usando água destilada para mostrar a sua condutividade.
Usando água destilada para mostrar a sua condutividade.

 

Para diminuir a sensibilidade se mesmo com água destilada o motor funcionar basta ligar um resistor de 1 M ? entre o ponto X2 e o negativo da alimentação (pilhas).

Quando dissolvemos na água uma pequena quantidade de qualquer sal, ácido ou base, o líquido se torna condutor e o motor é ácionado.

 

d) Alarme de toque

Ligando o terminal de sensor X1 à terra e deixando X2 livre, basta um toque apenas em X2 para que o motor seja acionado, conforme mostra a figura 10.

 

Alarme de toque.
Alarme de toque.

 

Veja que, ligando o circuito dessa forma, a corrente circula pelo corpo da pessoa através da terra.

Podemos usar essa configuração tanto para acionamento do motor com toque único como para usá-lo como alarme. Ligando em série com o motor um pequeno alto-falante ele produz um som de sirene ao ser acionado.

O sensor pode ser uma placa de metal ou ainda o fio ligado a um objeto metálico que seja isolado da terra. Para controlar a sensibilidade, caso ela tenda a disparar sem motivo, basta ligar um potenciômetro de 1 M ? entre o emissor de Q1 e o negativo dda alimentação.

O fio que vai ao sensor não pode ter mais do que 2 metros de comprimento. Se for maior, ele tende a funcionar como uma antena captando o ruído da rede de energia e disparando o motor de forma errática.

 

Outros Experimentos e Temas Transversais

Além dos experimentos descritos o professor e o aluno criativos podem imagin ar outros. Como temas transversais o circuito pode ser incorporado aos seguintes assuntos curriculares do ensino fundamental e médio:

a) Resistência elétrica

b) Choque elétrico

c) Transformações de energia

d) Controles de energia

e) Condutividade química

f) Circuito aberto e circuito fechado

g) Medida da intensidade de uma corrente

h) Conceito de amplificação

i) Princípios de automação

 

 

Semicondutores:

Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistores NPN de uso geral

Q3 - TIP32 ou equivalente - transistor PNP de potência

D1 - 1N4148 - diodo de uso geral

 

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 - 10 k ? - marrom, preto, laranja

R2 - 47 ? - amarelo, violeta, preto

 

Capacitor:

C1 - 470 µF x 12 V - eletrolítico

 

Diversos:

S1 - Interruptor simples

M1 - Motor de 6 V - 100 a 500 mA

B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas ou médias

X1, X2 - sensores - ver texto

Placa de circuito impresso, suporte de pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.

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