Obtenção de um eletroscópio a baixo custo para fins didáticos

Resumo – Eletroscópios são dispositivos de grande
utilidade em laboratórios de Física. Tradicionalmente
feitos à base de lâminas metálicas, podem, entretanto,
contar com recursos da eletrônica que aumentem em muito
sua sensibilidade e possibilitem a realização de grande
quantidade de experimentos. O presente trabalho
apresenta um eletroscópio que opera à base das
propriedades de um transistor de efeito de campo de
junção (JFET), dispositivo bastante comum e de baixo
custo. Tem por objetivo proporcionar diretrizes de projeto
e implementação desse instrumento, que pode ser usado em
proveito de variedade de aplicações em laboratórios de
Física, a partir das vantagens proporcionadas pela
concepção eletrônica e outros aspectos construtivos
envolvidos.
Palavras chave – Eletricidade, Eletroscópio Eletrônico,
Experimentos em Física.


INTRODUÇÃO


Este trabalho trata de aspectos relevantes sobre o projeto e
implementação de um eletroscópio eletrônico, de emprego
prático em situações que envolvam presença de cargas
elétricas.
A.Eletroscópio/Eletroscópio Eletrônico
São instrumentos utilizados em laboratório, que permitem
detecção de cargas elétricas estáticas existentes nos corpos.
Podem ser empregados sobre quaisquer fontes de campo
eletromagnético, desde corpos quaisquer eletrizados, como
condutores confinados, até transmissores de RF. Sob o aspecto
construtivo, a principal modalidade de eletroscópios é o de
folhas, cujo princípio de funcionamento é a força de repulsão
entre duas lâminas, eletrizadas por ação de corpo carregado.
Este tipo, entretanto, não apresenta boa sensibilidade, não
sendo, em geral, capaz de detectar pequenas quantidades de
cargas. Uma modalidade que apresenta sensibilidade bem mais
elevada é o eletroscópio eletrônico, cujo principio de
funcionamento baseia-se, para o protótipo objeto deste
trabalho, nas propriedades encontradas em transistores de feito
de campo de junção (JFET’s). O instrumento apresentado é
ainda capaz de indicar a polaridade da carga elétrica por
contar, em seu circuito, com componentes distribuídos
segundo uma ponte de Wheatstone.


B. Transistor de Efeito de Campo de Junção (JFET)
Dispositivo constituído a partir de junções PN.
Seu principio de funcionamento baseiase no processo de estreitamento/alargamento do canal de
material dopado, formado entre as camadas de depleção
resultantes das junções PN. Tal efeito é produzido a partir de
agente externo que produza campo e induza o aparecimento de
cargas elétricas nas regiões de depleção, como ilustra a Figura
2. O JFET tem, como característica de interesse neste trabalho,
sua alta impedância de entrada, entre a Porta (G) e a Fonte (S),
que resulta na alta sensibilidade apresentada pelo dispositivo.
                           
DESCRIÇÃO E FUNCIONAMENTO


O esquema geral do circuito, onde é
mostrado o JFET, uma ponte de Wheatstone e um circuito de
equilíbrio. O arranjo permite que seja indicada, através de um
galvanômetro, componente da ponte, a intensidade e a
polaridade da carga indutora.
A presença de carga próxima à Porta (G) do JFET, provoca
alteração na corrente entre seu Dreno (D) e sua fonte (S), que
inclui a corrente circulante no galvanômetro. Este medidor,
previamente regulado para o centro de sua escala, por
potenciômetro de equilíbrio da ponte, mostra alterações na
corrente por ele medida, proporcionando assim indicar a
presença das cargas e seu sinal: cargas negativas irão produzir
deflexão do ponteiro para a esquerda, pois diminuem a largura

das camadas de depleção, alargam o canal e aumentam a
corrente entre Dreno e Fonte; cargas positivas irão provocar
deflexão em sentido contrário pelas razões inversas.
A alimentação do protótipo foi feita com uma bateria de 9
volts, para torná-lo mais portátil em medidas de campo, e
mesmo em medidas dentro no laboratório.


CONCLUSÕES


O trabalho apresentado demonstra a possibilidade de
desenvolvimento de circuitos de grande utilidade prática, com
bons recursos de sensibilidade, de forma simples e baixo
custo. O protótipo de instrumento mostrado constitui-se em
oportunidade de ter contato com princípios físicoas
fundamentais em atividades laboratoriais. Adicionalmente,
detectar cabeamentos em alvenaria, acúmulo de cargas
indesejáveis em equipamentos, dentre diversas situações reais,
representam oportunidades de interesse prático para o
emprego do instrumento.

Trabalho realizado por alunos da Universidade Severino Sombra - USS
Apresentado em Congresso