Gerador de MAT (ART2475)

Esta montagem permite a realização de experiências interessantes, relacionadas com o Curso de Eletrônica de nossa autoria. O gerador de M.A.T. (muito alta tensão) permite a realização de experiências com cargas estáticas de grande valor, comprovando-se efeitos como os estudados na lei de Coulomb, na ação de campos elétricos e potenciais elétricos. Trata-se de uma montagem muito interessante pelos efeitos visuais obtidos em algumas experiências, sendo ideal para demonstrações em salas de aula e feiras de ciências.

Faíscas de tensões de 10000 volts; acendimento de lâmpadas neon e fluorescentes em sua mão, sem fio; atração de pequenos objetos de papel, são alguns dos efeitos sensacionais que podem ser conseguidos com este gerador de M.A.T.

Se bem que as tensões obtidas possam superar facilmente os 10000 volts, o aparelho, convenientemente manuseado, não oferece perigo.

Se o leitor está em busca de um equipamento para experiências de física, que substitua com vantagem os geradores Van Der Graaf (conforme mostra a figura 1), eis aqui a sugestão ideal.

 

Figura 1 – O gerador de Van Der Graaf
Figura 1 – O gerador de Van Der Graaf

 

 

Usaremos este aparelho nas seguintes experiências envolvendo eletrícidade estática:

- Verificação da lei de Coulomb.

- Pêndulo eletrostático.

- Descargas à terra.

- Produção de raios.

- Ionização de gases.

- Efeito corona (efeito das pontas).

- Detecção de cargas com o eletroscópio de folhas.

Outras experiências podem ser encontradas em artigos do site.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensão de alimentação: 110 V ou 220 V (CA).

Tensão de saída: 8 a 15 kV (DC).

Potência consumida: 12 W.

 

COMO FUNCIONA

Para converter os 110 V ou 220 V da rede local em uma alta tensão contínua, de 8 000 a 15 000 V, sem perigo e com eficiência, precisamos de um circuito especial.

Este circuito começa com a retificação da tensão da rede para a carga de um capacitor. A retificação é feita por D1 e a carga de C1 é feita através de R2.

Este resistor R2 tem seu valor determinado pela tensão da rede. Se a tensão for de 110 V, usaremos um resistor de 1 k x 10 W e se for de 220 V, o valor será de 2k2.

Este componente também influi na intensidade da carga, podendo haver, em alguns casos, alterações de até 50% para mais, se assim o leitor quiser.

A carga do capacitor serve para acionar um oscilador de relaxação com SCR.

P1 é ajustado de tal modo que, ao se atingir no capacitor a tensão de disparo da lâmpada neon, o SCR “liga", produzindo uma forte corrente entre seu anodo (A) e catodo (C), que descarrega o capacitor.

Esta forte corrente passa pelo enrolamento primário de um flyback (T1), que é um transformador de alta tensão usado em televisores. (figura 2)

 

Figura 2 – O flyback
Figura 2 – O flyback

 

 

Deste modo, é induzida no secundário deste componente uma altíssima tensão. Conforme o ajuste de P1 e as características do transformador, esta tensão pode variar entre 8 000 V e 15 000 V.

É muito difícil medir uma tensão sem a ajuda de instrumentos. Existe, entretanto, um meio prático e eficiente que nos permite avaliá-la visualmente.

Se tomarmos dois fios em que esta tensão esteja presente, em determinado instante ocorre uma faísca entre eles. (figura 3)

 

Figura 3 – O arco o centelha (faísca)
Figura 3 – O arco o centelha (faísca)

 

 

Se a faísca ocorrer a 1 cm, teremos uma tensão de 10 000 V. Para cada centímetro de distância, no ar seco, com fios pontiagudos, temos o equivalente a 10 000 V.

Se o leitor conseguir uma faísca de 1,5 cm, a tensão de seu aparelho será de 15 000 V!

Se, em lugar de fios, tivermos uma esfera, a distância será menor para a mesma tensão.

A intensidade da faísca depende da intensidade da corrente no primário do transformador, a qual é dada basicamente por C1.

Podemos usar capacitores de 1uF até 16uF, sendo que com 16 uF obtemos as faíscas mais “poderosas”.

Com maiores valores estamos sujeitos a superar a capacidade do SCR e, portanto, queimá-lo.

No secundário de T1 obtemos tensão alternada que não serve para as experiências de eletricidade estática.

Devemos retificar esta tensão com um diodo de M.A.T. (muito alta tensão), que é D2.

O potencial elevado, estático, obtido é aplicado a uma esfera (X) que se carrega. Podemos aumentar o efeito da carga com a ligação de um capacitor de folhas de vidro, que é construído conforme mostra a própria figura que dá a montagem do aparelho.

As folhas de alumínio devem ser coladas no vidro.

 

MONTAGEM

O diagrama completo do nosso aparelho é mostrado na figura 4.

 

Figura 4 – Diagrama do gerador
Figura 4 – Diagrama do gerador | Clique na imagem para ampliar |

 

A realização do projeto, tendo por base uma ponte de terminais, é mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – Montagem em ponte de terminais
Figura 5 – Montagem em ponte de terminais | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Todos os componentes externos como o transformador T1, a própria ponte de terminais, a esfera X e D2, e eventualmente Cx, devem ser fixados numa base de madeira.

Uma sugestão de montagem é mostrada na figura 6, onde uma caixa de madeira de 40 x 20 x 6 cm é utilizada.

 

Figura 6 – Sugestão de caixa
Figura 6 – Sugestão de caixa | Clique na imagem para ampliar |

 

 

A ponte de terminais fica por baixo desta caixa, enquanto que T1 e demais peças ficam por cima.

São os seguintes os principais cuidados que devem ser tomados com esta montagem

a) Comece trabalhando com os componentes da ponte. Solde o SCR na posição indicada. Este SCR deve ser o MCR106 ou TIC106 para 400 V ou 600 V. Não use equivalentes, pois o aparelho pode não funcionar.

b) O díodo D1 tem polaridade certa. Pode ser usado o 1N4007 ou, na sua falta, o BY127. Já o diodo D2 é do tipo MAT usado em televisores. Qualquer tipo com tensão acima de 10 000 V (10 kV) serve. Observe a sua polaridade conforme o símbolo desenhado no componente. Se quiser uma montagem mais “caprichada" pode adquirir os elementos de sua fixação.

c) As lâmpadas neon NE-1e NE-2 são comuns. Qualquer tipo serve, desde que tenha terminais paralelos.

d) P1 é um potenciômetro originalmente de 4M7, mas valores como 2M2 ou mesmo 1M5 podem ser usados, na sua falta. Sua ligação é feita com pedaços de fios.

e) O capacitor C1 pode ser de 8 a 16 uF com tensão de trabalho de pelo menos 250 V, se sua rede for de 110 V e de pelo menos 350 V, se você vai ligá-lo em 220 V. Este componente poderá ser obtido de velhos televisores ou mesmo antigos rádios de válvulas. Observe sua polaridade na ligação: o fio da ”tampinha de borracha" é o polo positivo.

 

Obs.: pode ser que o leitor encontre um capacitor com base rosqueada para esta aplicação (figura 7). A ligação é feita então na sua carcaça para o polo negativo.

 

Figura 7 – O capacitor
Figura 7 – O capacitor

 

 

f) Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W, com exceção de R2. Este é um resistor de fio de 10 W e seu valor depende da tensão da rede. Solde-o como mostra a figura, com o corpo longe dos demais componentes, pois ele se aquece quando em funcionamento.

g) O fusível F1 é de 1A e deve ser dotado de suporte.

h) S1 é o interruptor geral que liga e desliga o aparelho.

O transformador T1pode ser aproveitado de um velho televisor, ou comprado.

Praticamente qualquer tipo serve, havendo alguns que oferecem maior tensão que outros.

O leitor deverá fazer apenas o enrolamento primário.

Este consta de 15 a 25 voltas de fio comum enroladas na parte inferior do flyback, conforme mostra a própria figura 5.

 

j) A ligação ao díodo D2 e à esfera é feita tendo um fio que sai da parte superior da bobina de MAT.

O outro fio deve ser procurado entre os diversos da parte lateral. Isso pode ser feito experimentalmente com o aparelho ligado.

Vá aproximando o fio de alta tensão dos diversos terminais até encontrar o que produza maior faísca e que corresponde ao final do enrolamento. (figura 8)

 

Figura 8 – O flyback
Figura 8 – O flyback

 

 

Depois é só montar o resto dos componentes na caixa, fixando-os bem.

Terminada a montagem é só ligar o aparelho na tomada e acionar S1.

Cuidado para não encostar em X, pois a descarga dos 10 000 V ocorrerá em você!

Um ruído semelhante a uma oscilação pode ser ouvido e as lâmpadas neon NE-1 e NE-2 devem acender. Se NE-2 não acender, vá ajustando P1 até que isso ocorra, indicando o início das oscilações.

Aproximando uma terceira lâmpada neon da esfera ou mesmo de T1, ela deve acender à distância, indicando a presença da altíssima tensão. (figura 9)

 

Figura 9 – Testando com uma lâmpada neon
Figura 9 – Testando com uma lâmpada neon

 

 

SCR _ MCR106 ou TIC106 para 400 ou 600 V - diodo controlado de silício

D1 - 1N4007 ou BY127 - diodo de silício

D2 - diodo de MAT

NE-1 e NE-2 - lâmpadas neon comuns

P1 - 4M7 ou 2M2 - potenciômetro comum

C1 – 8 uF a 16 uF - capacitor eletrolítico (ver texto)

F1 - fusível de IA

T1 - Flyback de televisor branco e preto (ver texto) – tipo aberto

S1 - interruptor simples

R1 – 220 k x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, amarelo)

R2 – 1 k x 10 W (110 V) ou 2k2 x 10 W (220 V) resistor de fio

R3 - 1M5 x 1/8 W - resistor (marrom, verde, verde)

Diversos: esfera de metal (X), capacitor Cx (ver texto), cabo de alimentação, ponte de terminais, suporte para fusível, caixa para montagem, etc.

 


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