Uma montagem muito interessante que se baseia num circuito de alta tensão é a Escada de Jacó. Trata-se de um circuito que gera raios que sobem ou se alternam saltando entre fios paralelos dando a impressão de que formam uma escada de fogo ou elétrica. Trata-se de um aparelho de grande efeito visual (e também sonoro) quando apresentado em feiras. O projeto de Escada de Jacó que apresentamos usa poucos componentes, dentre eles o pouco conhecido SIDAC.
Uma “escada de fogo” em miniatura produzida por faíscas que podem superar facilmente os 20 000 volts.
Esta é a montagem que descrevemos utilizando um SIDAC como componente básico. Na figura 1 damos uma idéia do efeito obtido.
O leitor poderá usá-la para fazer demonstrações com alta tensão, em feiras, aulas, e mesmo para a decoração.
Nas aulas de física, as faíscas servem para mostrar algumas propriedades das altas tensões como, por exemplo, a rigidez dielétrica, o efeito térmico além de permite que a medida das tensões seja realizada com base no tamanho da faísca.
O SIDAC
Sidac significa Silicon Diode for Alternating Current ou Diodo de Silício para Corrente alternada. Trata-se de um componente relativamente novo que tem propriedades de resistência negativa muito interessantes.
O aspecto e o símbolo deste componente são mostrados na figura 2.
Quando a tensão entre os terminais atinge um certo valor, que no tipo que usamos neste projeto é 240 V, ele passa rapidamente do estado de não condução para plena condução.
Nesse estado ele pode conduzir correntes de vários ampères, sem problemas.
Em outras palavras trata-se de um dispositivo de resistência negativa, semelhante à lâmpada neon, que pode ser usado num oscilador de relaxação com a configuração mostrada na figura 3.
Os SIDACs podem ser usados então em circuitos que produzem pulsos de alta tensão de grande intensidade, alimentados diretamente pela rede de energia de 110 V ou 220 V, conforme o tipo.
No nosso projeto, como estamos usando um SIDAC de 240 V o circuito deve ser alimentado pela rede de 220 V. Se o leitor for alimentar o circuito na rede de 110 V, basta usar um SIDAC de 110 V.
Como Funciona
Para gerar uma alta tensão que produza faíscas entre dois fios é preciso de uma tensão de 10 000 volts para cada centímetro que eles estejam separados.
Assim, se os fios estiverem a uma distância de 2 cm precisaremos de pelo menos 20 000 volts para que uma faísca salte entre eles, conforme mostra a figura 4.
A ideia do projeto é gerar esta alta tensão usando uma bobina de ignição de carro e um oscilador de relaxação com um SIDAC.
As bobinas comuns de ignição podem gerar tensões que chegam aos 40 000 volts!
No circuito, o resistor R1 de entrada serve como limitador de corrente, a qual é retificada, servindo para carregar então o capacitor C1 de alta tensão.
Como na rede de 220 V temos picos que chegam a mais de 330 V, não temos problemas para obter uma carga de 240 V que aquela que o SIDAC precisa para disparar.
No entanto, é preciso que o capacitor seja de tipo especial capaz de suportar esta tensão. Usamos então um capacitor de 8 µF despolarizado com uma tensão de trabalho de pelo menos 350 V, para maior segurança.
A carga deste capacitor determinará a intensidade do pulso produzido.
Assim, em conjunto com o resistor R1, o capacitor e o SIDAC formam um oscilador de relaxação que produz pulsos com 240 V de amplitude, conforme mostra a figura 5.
Estes pulsos são aplicados diretamente ao enrolamento primário de uma bobina de ignição, produzindo assim pulsos de alta tensão de grande intensidade.
Os pulsos de alta tensão são aplicados aos eletrodos que devem produzir as faíscas.
Atenção! Cuidado! Perigo!
Além de operar ligado diretamente à rede de energia, o circuito gera tensões perigosas!
Mantenha-o afastado das pessoas, e não toque em nenhuma de suas partes quando em funcionamento.
Se possível feche-o numa redoma de vidro ou plástico para fazer as demonstrações.
Montagem
Na figura 6 temos o diagrama completo da Escada de Jacó.
Como se trata de circuito que usa poucos componentes e alguns deles até que bastante volumosos como o resistor de potência e o capacitor, a montagem pode ser realizada com base numa ponte de terminais.
O conjunto pode então ser fixado numa base de plástico ou madeira conforme mostra a figura 7.
Na montagem foi usado um SIDAC de 240 V da ON-Semiconductor mas equivalentes para a mesma tensão servem.
O capacitor deve ser do tipo despolarizado para 350 V ou mais com capacitância entre 4 e 8 µF. Não use capacitores eletrolíticos.
O diodo retificador é o 1N4007 e a bobina de ignição pode ser de qualquer tipo para automóvel.
Não há necessidade de fusível na entrada pois o resistor limita a corrente e se acontecer algo o próprio resistor atua como um fusível (fusistor).
A escada em si (X1) é fabricada com dois pedaços de 15 a 20 cm de fio nu 16 ou 18 colocados paralelamente separados por uma distância de 1,5 a 2,5 cm.
A distância ideal deverá ser obtida experimentalmente em função do rendimento do circuito.
Um ponto crítico é a separação dos fios junto à base que deve ser tal que evite o escape de faíscas nesse ponto, conforme mostra a figura 8.
Prova e Uso
Para provar, basta ligar o circuito à rede de energia. Não toque em nenhuma de suas partes quando estiver ligado.
O ruído da produção de alta tensão deve ser ouvido e as faíscas já devem saltar entre os fios da escada.
Se o ruído ocorrer, mas as faíscas não aparecerem, desligue o aparelho e aproxime os fios até que as faíscas aconteçam.
Se as faíscas obtidas forem muito pequenas isso pode ser devido ao tipo de bobina usada que deve ser substituída.
Algumas bobinas de carros antigos geram tensões menores do que as usadas em carros modernos.
Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva.
O consumo aproximado do aparelho na rede de 220 V é de 50 W. O aquecimento do resistor durante o funcionamento é normal.
Tente Explicar:
a) Porque as faíscas sobem ao serem produzidas
b) Porque as faíscas não são exatamente retas
Tente Fazer (com muito cuidado!)
a) Coloque entre as faíscas uma tira de papel. As faiscas, depois de certo tempo vão queimar o papel, chegando a inflamá-lo.
b) Aproxime da escada uma lâmpada fluorescente. Ela deve acender pela presença do campo de alta tensão.
SIDAC – SIDAC de 240 V
D1 – 1N4007 ou equivalente – diodo de silício
C1 – 8 µF x 350 V ou mais – capacitor despolarizado (tipo AC)
R1 – 1 k Ω x 20 W – resistor de fio
T1 – Bobina de ignição de automóvel – ver texto
X1 – Eletrodos – ver texto
Diversos:
Base de montagem, cabo de força, ponte de terminais, fios, solda, etc.
