O uso de recursos tecnológicos no ensino médio e fundamental tem sido estimulado pelas autoridades do setor de educação. De fato, existem muitos recursos de tecnologia eletrônica acessíveis aos professores, simples e seguros, que podem ajudar muito como temas transversais do ensino regular de ciências como a física, química ou mesmo ciências humanas. Estimular o professor a realizar esse tipo de montagem e com isso adquirir conhecimentos básicos de tecnologia eletrônica não é difícil, como poderemos perceber pelos projetos simples que passamos a descrever.
Usina de Força
Este projeto serve para mostrar como funcionam as usinas de energia elétrica, convertendo energia mecânica em energia elétrica. O leitor pode usá-lo para demonstrações em feiras de ciências, em trabalhos escolares sobre o assunto ou com outras finalidades. Para o projeto o único material mais caro é o dínamo de bicicleta, mas se alguém dispuser de um poderá “emprestá-lo” somente para fazer a experiência, já que ele será simplesmente fixado através de parafusos, sem sofrer qualquer modificação que impeça que ele seja empregado em sua função original.
A ideia básica é fazer girar o dínamo com uma roda de madeira forrada com uma tira de borracha na sua borda e fixada numa base conforme mostrado nos desenhos, mas o leitor poderá imaginar qualquer outro meio de girar o dínamo como, por exemplo:
• A partir de uma queda de água
• A partir do vento com uma hélice
• A partir de um motorzinho a vapor
Na figura 1 temos o circuito que serve para alimentar três LEDs que acenderão com a energia produzida, e eventualmente um pequeno motor.
 
Evidentemente, o dínamo precisará ser girado no sentido certo para que os LEDs acendam pois eles são componentes polarizados. Na figura 2 vemos a disposição dos LEDs numa pequena ponte de terminais. O mesmo circuito pode ser montado com base em outras técnicas como, por exemplo, numa matriz de contatos.
Qualquer LED pode ser usado mas tenha cuidado com sua posição pois se forem invertidos eles não acenderão. Não recomendamos o uso de lâmpadas pequenas, pois como a tensão dessas lâmpadas é fixa e o dínamo gera uma tensão que depende de sua velocidade, um descontrole da rotação, o que facilmente pode ocorrer, vai queimá-las.
Se os LEDs acenderem com muito brilho, o que pode significar uma sobrecarga, aumente os resistores para 1,5 kohms ou mesmo 2,2 kohms. Para uma montagem mais bonita, use LEDs de cores diferentes, inclusive LEDs brancos, que já estão disponíveis no mercado com certa facilidade. Uma sugestão é montar maquete de uma pequena cidade e colocar os LEDs no alto de pequenos postes simulando o sistema de iluminação pública, e alguns deles em casinhas. O dínamo pode ali- mentar facilmente mais de 20 LEDs, o que daria um bom efeito para um trabalho de maquete.
Obs.: em lugar do dínamo pode ser usado um pequeno motor de corrente contínua do tipo que usa ímã permanente. Outros motores não funcionarão, pois não possuem os imãs internos para gerar os campos. Os pequenos motores, entretanto, não têm tanta potência como os dínamos, o que significa que a quantidade de LEDs que pode ser alimentada é menor.
O que explicar?
Este trabalho está diretamente relacionado com a conversão de energia (física) e distribuição de energia
elétrica nas cidades (uso da energia).
Como tema transversal para ciências e física, o projeto admite diversas abordagens como:
• Procure nos livros de física o princípio de funcionamento dos dínamos e prepare um cartaz explicando.
• Mostre que a quantidade de energia gerada depende da força mecânica, portanto não se cria energia, mas apenas se faz sua transformação (princípio da conservação da energia)
• Explique as diferenças entre corrente contínua e corrente alternada.
Sensor de umidade
Este sensor de umidade pode ser usado em experiências em que se pretenda detectar a presença de umidade ou mesmo de água. Outra apli- cação interessante é na verificação do estado de tecidos ou papéis, se estão perfeitamente secos. O circuito é extremamente sensível fazendo com que o LED acenda com resistências de muitos megohms o que significa um grau de umidade muito baixo nos objetos testados, mas existente. O consumo de energia na condição de espera (LED apagado) é tão baixo que omitimos o interruptor geral, pois não há necessidade de desligar a fonte de alimentação nestas condições.
Na figura 3 temos o diagrama completo do sensor.
 
Os dois transistores ligados em acoplamento Darlington garantem uma excelente sensibilidade. Podemos usar qualquer transistor NPN de uso geral, mas devemos ter o cuidado para que nenhuma dos dois transistores apresente fugas, pois isso faria com que o LED ficasse permanentemente aceso mesmo sem umidade presente nos sensores.
Com o aparelho ligado e sem nada tocando nos sensores o LED deve ficar apagado completamente, o que é um sinal de que tudo está bem com os transistores e o restante do circuito.
Na figura 4 vemos a disposição dos componentes numa ponte de terminais que pode ser facilmente instalada no interior de uma caixa plástica.
O LED é vermelho comum e fica no painel da caixa, podendo ser usado para sua fixação um suporte. Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os sensores podem ser duas plaquinhas de metal colocadas no fundo da caixa, conforme mostra a figura 5.
Essas plaquinhas devem entrar em contacto com o objeto do qual se deseja testar a umidade. Para usar o aparelho para detectar o nível de água de um reservatório ou ainda um vazamento podemos usar sensores como indicado na figura 6.
 
A fonte de alimentação para o aparelho consiste de 4 pilhas pequenas comuns, instaladas num suporte apropriado. Para usar o aparelho, basta encostá-lo no objeto do qual se deseja verificar a umidade. O objeto não deve ser condutor. Se o LED acender o objeto está úmido e quanto maior for, a umidade, maior será o brilho do LED. Se encostarmos os sensores numa parede, por exemplo, podemos ter a indicação de que a umidade detectada é causada por algum vazamento de uma canalização de água ou esgoto. Quando não usado por longos intervalos, é conveniente tirar as pilhas do suporte.
O que explicar?
Água contendo sais minerais ou impurezas dissolvidas é condutora de eletricidade. Assim, a umidade presente em certos objetos os torna condutores. Essa condutividade é detectada pelo aparelho que descrevemos. Professores e estudantes podem se basear neste fato para explicar o princípio de funcionamento do aparelho e além disso:
• Mostre quimicamente porque a umidade dos objetos somado à presença de impurezas (sujeira) faz com que a água seja condutora e que o aparelho detecta justamente esta condutividade.
• Mostre que colocando os dedos no sensor o LED acende, indicando que a umidade da pele mais a presença de substâncias condutoras no nosso corpo fazem com que a corrente seja conduzida.
• Explique que a corrente no sensor é extremamente baixa e, por isso, não existe perigo algum de choque.
Obs.: substituindo os sensores por duas pontas de prova teremos um excelente provador de continuidade que serve para inúmeras experiências de física.
 
Relé experimental
Eis um projeto interessante pra feiras de ciências ou mesmo demonstrações que envolvem eletrônica mas não usam componentes. Sim, isso mesmo, todas as partes deste projeto podem ser obtidas a partir de material de sucata. Nem todos os leitores têm acesso fácil a uma loja de componentes eletrônicos e, além disso, existem aqueles que gostariam de montar algum tipo de componente experimental para aprender seu princípio de funcionamento como também demonstrá-lo em uma feira. O que descrevemos é a montagem de um simples relé que pode ser usado para controlar alguns circuitos sem muito compromisso. Com ele o leitor mostra que a energia fornecida por uma simples pilha é suficiente para controlar um circuito de alta potência ligado à rede de energia. Esse circuito de demonstração pode ser uma lâmpada ou um ventilador, por exemplo. Na figura 7 temos o circuito em que ele é utilizado.
Os pormenores da montagem do relé experimental são mostrados na figura 8.
As peças de metal são obtidas recortando-se com muito cuidado uma lata de óleo comestível. Nos contatos de contactos elétricos a tinta que recobre a lata deve ser bem raspada, pois ela é isolante. O eletroímã, feito num parafuso, é enrolado com fio esmaltado fino (32 ou próximo disso) obtido de algum transformador ou outro componente fora de uso. Enrolamos de 300 a 1 000 voltas de fio para obter uma boa sensibilidade. Todo o conjunto deve ser montado numa base de madeira como mostrado na própria figura. Para provar e usar o circuito partimos do circuito da figura 7. A lâmpada é ligada entre os terminais A e B que funcionam como um interruptor. O leitor entretanto deve tomar o máximo cuidado com as ligações, que devem ser bem isoladas, pois o circuito controlado está conectado à rede de energia e por isso existe o perigo de choques. Para acionar o circuito podemos usar uma ou duas pilhas pequenas, médias ou grandes. Use o relé em curtos intervalos de tempo, pois com a pilha ligada o eletroímã aquece e a própria pilha esgota-se rapidamente. Ajuste a distância das lâminas em aproximadamente 1mm de modo a obter a maior sensibilidade. Se houver tendência dos contactos “grudarem”, afaste-os um pouco.
O que explicar?
Os relés são usados numa infinidade de aplicações eletrônicas como chaves eletromecânicas. Os relés podem ser encaixados no currículo do ensino de física como tema transversal do eletromagnetismo. Os relés podem ser encontrados em diversos aparelhos de uso doméstico e industrial e até mesmo no carro. Você pode pesquisar e explicar os seguintes temas relacionados com os relés
• Explique o princípio de funcionamento dos relés.
• Veja como funcionam os eletroímãs.
• Dê exemplos de aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos comuns que usam relés.
• Arranje um relé comum e analise-o, desmontando-o se necessário.
Teste de isolamento
Com este aparelho é possível verificar o estado de capacitores de alta tensão como os de poliéster e cerâmicos, e outros com tensão de trabalho de pelo menos 200 V se a rede for de 110 V, e 400 V se a rede for de 220 V. O teste permite ainda detectar falhas de isolamentos em cabos, conectores, etc. quando então uma lâmpada néon acende. Mesmo uma resistência de dezenas de megohms é suficiente para fazer com que a lâmpada acenda, indicando a anormalidade do componente. O circuito opera com uma corrente extremamente baixa, e como está ligado diretamente à rede de energia deve merecer atenção do montador, no sentido de se isolar bem todas as suas partes. A montagem numa caixa fechada é recomendada e sua ligação deve ser sempre feita ao componente em teste com o plugue fora da tomada.
Na figura 9 temos o diagrama completo deste provador de isolamento.
Na figura 10 temos a disposição dos componentes numa ponte de terminais que serve de chassi.
A lâmpada néon pode ser de qualquer tipo e os resistores são de 1/8 W ou maiores. O diodo usado é o 1N4007 para as duas redes de energia (110 V ou 220 V). Para a rede de 110 V pode ser usado também o 1N4004. O capacitor C1 é de poliéster metalizado com uma tensão de trabalho de pelo menos 200 V se a rede for de 110 V, e pelo menos 400 V se a rede for de 220 V.
Para usar o aparelho basta encostar as pontas de prova nos terminais do capacitor ou componente em teste. Só podem ser provados componentes que suportem uma tensão de pelo menos 200 V se a rede for de 110 V e o dobro se a rede for de 220 V. Se a lâmpada acender na prova e assim permanecer, é sinal de que existe fuga no capacitor em teste ou problemas de isolamento se o componente provado for um cabo ou conector.
O acendimento momentâneo (no momento em que o aparelho é ligado) é normal quando capacitores de mais de 10 nF são testados. Será interessante dispor de alguns capacitores comuns para a demonstração. Esses capacitores podem ser conseguidos facilmente em equipamentos eletrônicos fora de uso. O interessante é que o próprio aparelho vai servir para indicar se eles estão (ou não) em bom estado.
O que explicar?
Os capacitores são estudados no curso médio em física. Uma demonstração prática de seu funcionamento é muito interessante e isso pode ser feito com o teste que descrevemos. Uma possibilidade interessante para os professores é montar um capacitor usando folhas de alumínio ou ainda uma garrafa de Leyden. Nas explicações devese levar em conta que:
• Os capacitores devem isolar a corrente e por isso não deve acender a lâmpada néon.
Explique como funcionam os capacitores e como funcionam os isoladores dos fios.
• Explique como funciona a lâmpada néon. Este tema é interessante se associado à ionização, assunto estudado em química e física no ensino médio.
• Coloque as pontas de prova em contato com a água de um copo. A lâmpada deve acender, indicando que ela é condutora de eletricidade. Faça experiências com diversos materiais para detectar quais são os bons condutores, maus condutores e os bons isolantes.
Obs.: a água comum é condutora devido a presença de sais minerais e impurezas. A água pura é um bom isolante. 
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