Eletrostática é uma matéria de grande importância no curso de ciências, abordando um ramo importante da física: a eletricidade. Nela, os fenômenos relacionados com a eletricidade estática ou eletricidade acumulada nos corpos são estudados. Não resta dúvida alguma que a possibilidade de se realizar experimentos práticos, além de enriquecer a aula e despertar o interesse dos alunos, fac9ilita o aprendizado. Mas, para podermos fazer experiências interessantes um recurso importante é a presença de um eletroscópio que justamente é o que propomos construir neste artigo.
Um eletroscópio nada mais é do que um detector de cargas elétricas. Ele acusa se um corpo possui ou não uma carga elétrica e eventualmente indica sua polaridade.
Nas escolas e nos laboratórios era comum o uso de um eletroscópio elementar feito com folhas de outro e eventualmente numa versão improvisada com folhas de alumínio. Falamos do eletroscópio de folhas, mostrado na figura 1.
No artigo MIN006 (https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/mini-projetos/168-educacionais/5666-min066.html?highlight=WyJlbGV0cm9zY29waW8iLCJkZSIsImRlJyIsIidkZSIsImVsZXRyb3NjXHUwMGYzcGlvIGRlIl0= ) ensinamos como montar um eletroscópio.
Seu funcionamento é simples de explicar: quando aproximamos qualquer corpo carregado de seu sensor, uma argola, ela se eletriza por indução e transfere a carga para as duas folhas de metal muito finas.
Como elas adquirem cargas de mesma polaridade ocorre uma repulsão e elas abrem, conforme mostra a figura 2.
Mas, estamos numa era de tecnologia e mesmo num laboratório maker para crianças é possível montar um eletroscópio milhares de vezes mais sensível usando componentes eletrônicos.
Podemos montar um eletroscópio com um transistor de efeito de campo (temos também o projeto com um circuito integrado, mas ele será dado em outra oportunidade). Vamos ver como ele funciona, começando por explicar o que é um transistor de efeito de campo.
O transistor de efeito de campo de função ou JFET
O JFET, abreviação de seu nome em inglês Junction Field Effect Transistor é um componente montado numa pequena pastilha de silício colocada num invólucro de plástico com 3 terminais.
Essa pastilha tem a estrutura mostrada na figura 3.
Separada de um material chamado substrato que tem a polaridade P existe uma região N em que está ligado um terminal denominado gate ou comporta (G). Nas extremidades do substrato existem dois terminais, dreno (D) e (S).
Quando ligamos uma fonte de tensão entre o dreno e a fonte não circula nenhuma corrente entre eles. O canal formado pela região N está “estreitado”.
No entanto, se aplicarmos uma tensão na comporta (G), que é ligada a uma região P, dependendo da sua polaridade, ele pode alargar o canal e assim a corrente passa.
Em outras palavras, podemos controlar a corrente entre o dreno e a fonte através de uma tensão na comporta. A comporta é, portanto, o elemento de entrada do dispositivo. O controle é feito justamente pelo campo elétrico que se forma entre a região P e a região N, dizemos que se trata de um transistor de efeito de campo.
Como existe uma junção entre a região P e a região N dizemos que o componente é um transistor de efeito de campo de junção ou JFET. Existem outros tipos de FET.
Como ele funciona no nosso eletroscópio?
Como funciona o circuito
O JFET é extremamente sensível. Uma pequena carga estática em sua comporta gera uma tensão suficiente para criar um campo elétrico capaz de controla a corrente entre o dreno e a fonte.
Ligando a comporta a um sensor, por exemplo, se um objeto carregado se aproximar dele, a corrente entre o dreno e a fonte pode ser controlada. Assim, podemos fazer o transistor funcionar como uma chave que controla um LED quando uma carga de eletricidade estática se aproxima do sensor.
Teremos então um sensível eletroscópio eletrônico.
Para isso, vamos ligar os componentes que formam o circuito da maneira indicada no diagrama da figura 4.
Para alimentar o circuito precisamos de uma fonte de energia, no caso 4 pilhas num suporte fornecendo 6V. Veja o modo como representamos essa fonte de energia: B1.
O LED será ligado em série com um resistor que pode ter de 330 ohms a 1k, cuja finalidade é limitar a corrente no circuito. Sem o resistor o LED pode queimar, ao exigir uma corrente muito intensa das pilhas. O LED pode ser de qualquer cor comum.
O transistor de efeito de campo que escolhemos é o MPF102 cuja disposição dos terminais e aspecto é mostrado na figura 5.
Observe as posições do dreno, fonte e gate (g,d,s)
Você pode também usar ouros JFETs como o BF245, mas cuidado, a disposição dos terminais dele é diferente, como mostrado na figura 6.
Na comporta ou gate (g) simplesmente ligamos o sensor que é um pedaço de fio encapado de 15 a 20 cm de comprimento.
Não precisa desencapar, pois quando aproximamos dele qualquer corpo carregado ele induz por aproximação a tensão que vai para o componente e assim faz o seu controle.
Montagem
A melhor montagem é obtida numa pequena matriz de contato de 170 pontos, conforme mostra a figura 6.
Dobramos os terminais do resistor e o encaixamos nos furos indicados, encaixamos o transistor e o LED observando a posição. Veja a posição do LED. O terminal mais curto é o que fica ao lado do dreno (D) do transistor, conforme mostra a figura 7.
Encaixe no furo indicado o pedaço de fio que servirá como sensor.
Encaixe por último os fios do suporte de pilhas, observando a polaridade pelas cores.
O aparelho estará pronto para uso. O LED já pode dar uma piscada ou mesmo acender.
Prova e uso
Esfregue uma caneta, régua de plástico, ou outro objeto de material isolante na roupa e aproxime-o da antena usada como sensor. Ao movimentar o objeto o LED deve responder com piscadas.
Se o circuito não funcionar, confira observando em primeiro lugar se você não inverteu o LED. Depois, configura a posição do transistor e se os componentes estão encaixados nos furos certos.
Depois, é só programar alguns experimentos.
Veja no link e no QR code um vídeo com o Eltron ensinando a montar o eletroscópio e fazendo alguns experimentos.
Q1 – MPF102 ou BF245 – JFET – ver texto
LED – LED comum de qualquer cor
R1 – 330 ohms a 1k – resistor de 1/4W
B1 – 6V – 4 pilhas
Diversos: matriz de contatos de 170 pontos (ou maior), suporte de 4 pilhas, fio rígido.
