chifre elétrico
TRANSCRIPT
Chifre elétricoProf. Luiz Ferraz Netto [Léo]
Segurança !!!
Trabalhar com altas-tensões sempre requer cuidados especiais. A produção de intensos campos eletromagnéticos pode afetar marca-passos. Um aviso amplo na entrada da Feira de Ciências é obrigatório no sentido de advertir tais portadores.Todo aparelho, nessas condições, deve ser desligado antes de se fazer quaisquer ajustes. Aparelhos e equipamentos que geram tais tensões são sempre grandes atrativos nas Feiras de Ciências em virtude dos brilhantes faiscamentos que produzem. Isso induz aglomeração do público visitantes e, em função disso, cuidados extras devem ser tomados. A presença de um adulto em tais demonstrações é o que sempre recomendamos.
ApresentaçãoO aparelho consiste, essencialmente, em um transformador elevador de tensão com duas hastes metálicas longas (cerca de 60 cm) conectadas aos terminais de alta tensão. Essas hastes estão dispostas na vertical, em forma de V, lembrando um par de chifres. Em modelos didáticos, de laboratório, esse transformador apresenta no primário uma bobina de 150 a 250 espiras e no secundário uma bobina de 23 000 espiras. São duas bobinas independentes e encaixadas em um pesado núcleo de ferro. Em modelos de Feiras de Ciências, tais transformadores são adquiridos em firmas de materiais elétricos e destinam-se a anúncios luminosos com tubos néon (110V x 12 000V, 20 mA).
Modelo de laboratório
Modelo para Feira de Ciências
FuncionamentoQuando uma tensão elétrica de 110VAC é ligada ao primário, o secundário produz aproximadamente 15000 VAC, nos modelos didáticos e cerca de 12 000 VAC nos modelos para néon. Esta alta tensão induzida é suficiente para ionizar o ar junto á base dos chifres (local onde o campo elétrico é mais intenso). Uma vez ionizado, esse ar permite o fluxo alternado de cargas elétricas (elétrons e íons), estabelecendo um arco entre os eletrodos (corrente de intensidade da ordem dos 10 mA). A cor desse arco dependerá, entre outros fatores, do meio gasoso existente entre as hastes e do material de que elas são feitas.
Uma vez estabelecido o arco, ele passa a elevar-se hastes acima, cada vez mais aumentando de comprimento, até chegar ao alto do chifre, onde se extingue. Uma nova centelha é produzida na base dos chifres e o ciclo reinicia. Via de regra, instala-se na base dos chifres um dispositivo de ajuste da distância explosiva que é, normalmente, feito com parafusos que permitem o ajuste da distância inicial de ionização.
Por que a brilhante centelha sobe chifres acima?
São três os motivos básicos. Eles são explicados pelas leis de Joule, Arquimedes e Paschen.
(1) Lei de Joule:
Todo condutor (sólido, líquido ou gasoso) ao ser percorrido por corrente elétrica, se aquece.
(2) Lei de Arquimedes:
Todo corpo imerso num fluido sofre, por parte deste, um empuxo vertical para cima, de intensidade igual ao peso do fluido deslocado.
(3) Lei de Paschen:
A distância explosiva entre dois condutores submetidos a uma tensão elétrica fixa é inversamente proporcional á pressão do gás ionizado entre eles.
A faísca (corrente elétrica em condutor gasoso) aquece (1- Joule) o ar que a rodeia e o expande; a densidade desse ar expandido é menor que a do restante do ar; o empuxo de Arquimedes (2 - Arquimedes) sobre este volume de ar aquecido é maior que seu próprio peso, por isso ele sobe. No ar expandido, a pressão é menor que no restante do ar, assim sendo, a distância explosiva pode aumentar (3 - Paschen). A faísca sobe, ou melhor, o local de menor resistência à corrente gasosa sobe!
Há ainda um quarto fator que favorece a ascensão da chispa (que é uma corrente elétrica). Apesar de pouco intenso, deve ser citado. É a ação do campo magnético sobre as correntes. A corrente elétrica que circula pelos eletrodos, via faísca, cria um campo de indução magnética que, entre os eletrodos da ilustração abaixo [situações (a) e (b)], tem direção perpendicular ao papel [em (a) entra e em (b) sai]. Esse campo age sobre a faísca aplicando nela uma força magnética (de Lorentz) vertical, sempre para cima.
Precauções:
a) Um cilindro de vidro ou acrílico colocado envolvendo os chifres evita dois problemas: fluxos de ar fresco (mais densos) entre as hastes (o que aumentaria a pressão do ar, diminuindo a distância explosiva por isso o arco extingue) e o contato com os dedos de algum espectador por demais curioso! A tensão, a intensidade de corrente e sua freqüência pode ocasionar a morte.
b) Ao ajustar a distância explosiva inicial, na base dos eletrodos, faça-o sempre com o aparelho desligado.
c) Um capacitor adequado no primário (consulte um eletrotécnico) melhora o fator de potência do transformador e, conseqüentemente, o desempenho do dispositivo. Para as Feiras, tal requinte é dispensável.
Variante para o Chifre Elétrico
Cuidado! O choque com essa variante de montagem é perigosíssimo!
Se você quiser faiscamento abundante entre as varetas do chifre e uma barulheira infernal acompanhando o fogo elétrico entre elas, basta usar uma ou duas garrafas de Leyden. Serão produzidas descargas oscilantes.Nota 1: As garrafas de Leyden não podem ser feitas com garrafas de plástico; esse isolante será 'furado' no ato. Deve-se fazer capacitores com isolante de vidro plano com, no mínimo, 3 mm de espessura. Pode-se associar
capacitores de vidro como se ilustra no detalhe.Nota 1: Jamais mexa ou ajuste isso com o aparelho ligado!