O interfaceamento entre organismos vivos e dispositivos eletrônicos é estudado por um ramo da Biônica. Podemos dizer que a biônica é a ciência que procura soluções tecnológicas baseadas nos seres vivos ou ainda que fornece soluções para que partes vivas de um organismos vivo sejam substituídas por equipamentos de tecnologias como a eletrônica ou mecânica (mecatrônica). Nesse artigo descrevemos um circuito eletrônico que possibilita a realização de experimentos envolvendo a influência de campos elétricos intensos em seres vivos, por exemplo, no crescimento de plantas. Trata-se de um trabalho muito interessante para ser realizado por grupos de estudantes em escolas ou para participação de feiras.
Sabemos que os organismos vivos reagem de formas diferentes à influências externas como campos elétricos, campos magnéticos, ondas eletromagnéticas de comprimentos que vão do ultravioleta, passando pelo visível e infravermelho até as ondas de rádio comuns.
Estudos mostram, por exemplo, que os tomates crescem de uma forma mais saudável se expostos a campos magnéticos estáticos enquanto que existem micro-organismos que “gostam” de campos elétricos estéticos, dando preferência à determinada polaridade.
Os leitores que desejam implementar um experimento científico que envolva a influência de campos estáticos, por exemplo, precisam contar com um equipamento que gere esses campos e isso pode ser feito a um custo bastante acessível de uma forma muito simples, conforme mostramos com o projeto que descrevemos a seguir.
A idéia básica é construir uma fonte de alta tensão estática de ação permanente que possam influir de modo constante num ambiente em que sejam colocados os espécimes sob estudo, conforme mostra a figura 1.
Podemos então analisar o crescimento de plantas, flores, desenvolvimento de frutos e muito mais sob a ação desse campo, realizando um estudo que pode ser muito interessante num laboratório de biologia.
Também podemos colocar colônias de formigas ou outros insetos e até mesmo culturas de micro-organismos e ver como elas se comportam com a ação de um campo elétrico intenso.
O Circuito
Propomos a montagem de um gerador de alta tensão que pode chegar a valores entre 5 000 e 15 000 volts contínuos, com um consumo de energia muito baixo. De fato, ligado à rede de energia, o consumo do gerador é inferior a 10 W o que permite que ele fique ligado constantemente, sem que isso cause um aumento apreciável de sua conta de energia elétrica ou do laboratório.
Na verdade, esse baixo consumo permite que diversos geradores sejam montados e usados ao mesmo tempo em diferentes experimentos no mesmo laboratório.
O circuito consiste num oscilador de relaxação que faz uso de um SCR como elemento de potência e uma lâmpada neon como elemento de resistência negativa capaz de gerar as oscilações. A configuração básica é mostrada na figura 2.
Nesse circuito, a tensão da rede de energia passa por um diodo retificador e um resistor limitador de corrente, carregando um capacitor de alto valor. Esse capacitor será carregado com uma tensão que estará tipicamente entre 100 V e o valor de pico da tensão da rede de energia. Isso significa até 150 V para o caso da rede de 110 V e 300 V para a rede de 220 V.
A tensão contínua também carrega um capacitor menor (C2 que está ligado a uma lâmpada neon. A velocidade da carga desse capacitor depende do ajuste de P1 e do resistor R2.
Quando a tensão nesse capacitor atinge algo em torno de 80 V, que é a tensão de disparo da lâmpada neon, o gás no interior da lâmpada neon se torna condutor e sua resistência cai abruptamente para um valor muito baixo.
O resultado é que o capacitor pode então se descarregar através da lâmpada neon e também do circuito de comporta (gate) de um SCR causando assim o seu disparo.
O SCR está ligado em série com o capacitor maior (C1) e com o enrolamento primário de uma bobina de alta tensão. Com o disparo, o SCR que se comportava como um interruptor aberto, conduz e com isso o capacitor C1 pode se descarregar através do enrolamento primário da bobina de alta tensão.
Como a carga armazenada em C1 é elevada temos um pulso de descarga muito intenso, se bem eu de curta duração, capaz de induzir no secundário do transformador especial usado uma alta tensão.
Como os pulsos induzidos induzem uma tensão alternada (pulsos positivos e pulsos negativos), ela deve ser aplicada a um sistema retificador. Esse sistema é formado por um diodo de alta tensão e um capacitor de filtro feito com chapas de vidro, pois não existem capacitores comuns fáceis de obter que suportem a tensão gerada.
A polaridade da tensão de saída obtida, negativa ou positiva, depende da posição do diodo. Isso significa que o leitor pode escolher o tipo de campo aplicado conforme o experimento, simplesmente colocando o diodo na posição apropriada.
Montagem
Na figura 3 temos o diagrama completo do aparelho.
Como se trata de montagem simples e não crítica pode-se até usar uma ponte de terminais para a fixação dos componentes menores, como mostra a figura 4.
É claro que os leitores que tiverem recursos podem optar por uma montagem em placa de circuito impresso com a disposição de componentes mostrada na figura 5.
De qualquer modo, como o circuito trabalha diretamente ligado à rede de energia, suas partes expostas podem dar choque. Assim, recomenda-se que o aparelho seja instalado dentro de uma caixa de madeira ou plástico, apenas com os fios de alta tensão (MAT e terra) saindo dela.
Mesmo assim, como a tensão nesses fios é muito alta, eles nunca devem ser tocados quando o aparelho estiver ligado, pois o choque é bastante desagradável.
O transformador de alta tensão admite duas soluções. Uma consiste no uso de uma bobina de ignição de carro comum que será ligada conforme mostra a figura 6.
Como essa bobina não tem o secundário isolado do primário, os cuidados com eventuais toques acidentais nos fios de saída devem ser redobrados, pois esses fios terão conexão com a rede de energia.
A segunda opção consiste em se usar um transformador de saída horizontal (fly back) de um televisor antigo. O fly-back usado deve ser do tipo que tem o núcleo de ferrite exposto para que possamos enrolar de 20 a 25 espiras de fio comum para o primário do circuito, conforme mostra a figura 7.
O circuito funciona da mesma forma na rede de 110 V e 220 V, devendo apenas o leitor tomar cuidado para usar diodo e SCRs apropriados para essas tensões. Para a rede de 110 V devem ser usados o 1N4004 e o TIC106B. Para a rede de 220 V devem ser usados o 1N4007 e o TIC106D.
O capacitor C1 é um eletrolítico cujo valor pode ficar entre 4 uF e 22 uF. A tensão mínima de trabalho será de 200 V se a rede que alimenta o circuito for a de 110 V. Para a rede de 220 V a tensão mínima de trabalho é 350 V. A polaridade desse componente deve ser observada.
O resistor R1 deve ser de fio com 10 W ou mais de dissipação e seu valor também depende da tensão da rede de energia. Use 1 k ohms se a rede for de 110 V e 2,2 k ohms se a rede for de 220 V. Esse componente trabalha levemente aquecido. O leitor não deve se preocupar com isso.
A lâmpada neon é comum e o capacitor C2 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 100 V. O trimpot ou potenciômetro de ajuste não são críticos.
O diodo de alta tensão pode ser aproveitado de qualquer aparelho de TV antigo. O tipo usado no protótipo foi o HVD 18 TV, mas equivalentes que suportem tensões acima de 10 000 V servem.
O capacitor C3 de saída é feito com uma placa de vidro de 10 x 10 cm e duas folhas de alumínio que são coladas em suas faces. O tamanho das folhas não é crítico, mas sua espessura deve ser de pelo menos 3 mm.
Prova e Uso
Terminada a montagem, ligue o aparelho na rede de energia. A lâmpada neon deve acender e um ruído deve ser emitido pela bobina ou transformador indicando a oscilação. Aproximando uma lâmpada fluorescente do terminal de MAT, ela deve acender indicando a presença de alta tensão.
Uma lâmpada neon aproximada do terminal de alta tensão também deve acender, indicando sua presença.
Ajuste P1 para obter o brilho mais intenso o que indica que a tensão produzida é a mais alta possível.
Na figura 8 mostramos um modo simples de se aplicar o campo eletrostático produzido pelo aparelho em diversas plantas ao mesmo tempo.
Observe que o fio usado deve ser sem capa e que sua extremidade deve ser isolada. Esse fio pode ter até uns 3 metros de comprimento.
Uma outra possibilidade consiste em se usar uma rede de fios ou uma placa sob a qual os espécimes que devem estar sujeitos ao campo vão ser colocados, conforme mostra a figura 9.
Como a alta tensão produzida pelo aparelho gera uma certa quantidade de ozônio, um leve cheiro desse gás será sentido depois de algum tempo que o aparelho estiver em funcionamento.
Para experimentos com campos alternados, sem a necessidade de retificação, o diodo de MAT e o capacitor C3 podem ser retirados do circuito.
LISTA DE MATERIAL
SCR1 – TIC106B ou TIC106D – diodo controlado de silício – ver texto – conforme a tensão da rede de energia
D1 – 1N4004 ou 1N4007 – diodo retificador – ver texto
D2 – HVD18 TV ou equivalente – diodo de muito alta tensão
NE-1 – lâmpada neon NE-2H ou equivalente
R1 – 1 k ohms x 10 W 9110 V) ou 2,2 k ohms x 10 W (220 V) – resistor de fio
R2 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja
R3 – 47 k ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, laranja
P1 – 100 k ohms x- trimpot ou potenciômetro lin ou log
C1 – 4 a 22 uF – capacitor eletrolítico de alta tensão – ver texto
C2 – 100 nF x 100 V – capacitor de poliéster
C3 – capacitor de folhas de vidro – ver texto
T1 – Transformador de alta tensão – bobina de ignição ou flyback – ver texto
Diversos:
Ponte de terminais ou placa de circuito impresso, cabo de força, caixa para montagem, material para o capacitor C3, fios, solda, eletrodos de aplicação, etc.
