Eletroscópio   eletrônico
Newton C. Braga / Revista Saber Eletrônica n°330 (Julho/2000) pag. 61.
 
O simples toque de um componente delicado num objeto  carregado  de  eletricidade  estática  pode  danificá-lo  de
modo irreversível.   E isto não é tão difícil de acontecer:  uma pessoa que caminhe num carpete num dia seco,  pode
adquirir uma carga que eleva seu potencial a mais de  5000 volts  facilmente!   Nos  laboratórios  de  Física  estamos
acostumados a ver um aparelho simples que  detecta  a  presença  de  cargas  armazenadas  num  corpo,   que  é  o
Eletroscópio de folhas de ouro. eletroscópio de folhas de ouro.  No entanto,  além  deste  aparelho
ser incômodo de se usar,  exceto nas demonstrações em aula,  sua
sensibilidade não é das maiores.  A versão eletrônica apresentada
além  de  extremamente   sensível   por   empregar   componentes
eletrônicos pode ser transportada com facilidade,  é muito simples
de montar. Os professores de Física e Eletrônica, se adotarem este
projeto  poderão  contar  com  um   eletroscópio   sofisticado   pelo
princípio   de   funcionamento,   sensível   pela   tecnologia,     mas
muitíssimo simples de montar.   Usando um transistor de  efeito  de
campo  como  elemento  básico,    cargas   de   pequenos   objetos
tais  como  canetas,   pentes,   réguas   plásticas   ou   até   mesmo
embalagens   de   componentes   podem   ser  detectadas.

Como  Funciona:    Um  transistor  de  efeito  de  campo  tem  a
corrente entre seu dreno e a fonte controlada pela tensão aplicada
à sua comporta.   Este componente apresenta  uma  resistência  de
entrada extremamente elevada,  o que significa uma sensibilidade
muito  grande  aos  sinais  de   entrada.   Assim,   se   ligarmos   na
comporta um eletrodo que pode ser uma esfera de metal, ou ainda
um anel de cobre,  qualquer carga estática  de  um  objeto  que  se
aproxime  pode  induzir  uma  tensão  suficientemente   alta   para
alterar a condução de corrente entre o dreno e a fonte do transistor de efeito de campo.   Para  visualizarmos  então
Detalhe do funcionamento. qualquer variação da corrente de dreno do transistor  basta  ligar  um  indicador
como por exemplo,   um microamperímetro.   No nosso caso,   o que  fazemos  é
ligar o transistor e três resistores de modo a formar uma "ponte de Wheatstone".
Equilibrando-se a ponte com a ausência de cargas nas proximidades  do  sensor
podemos ter a agulha do instrumento no centro da escala   (o medidor é do  tipo
com zero no centro).   Isto quer dizer que,   dependendo da polaridade da carga
que   aproximemos   do   sensor   a   corrente   pode   aumentar    ou     diminuir
desiquilibrando a ponte.   Assim,   basta observar a movimentação da agulha do
instrumento para que possamos não  apenas  ter  uma  idéia  da  quantidade  de
carga  armazenada  num  corpo,     mas  também  determinar  sua  polaridade.
A alimentação do aparelho pode ser feita com quatro pilhas pequenas comuns ou uma bateria de  9 volts,   levando
em conta de que o consumo é extremamente baixo,   a durabilidade das pilhas ou bateria será muito  grande.   Um
ponto importante a observar neste projeto é que o  transistor  usado  como  amplificador  também  é  extremamente
sensível  a  cargas  estáticas  elevadas.   Assim,   se o corpo carregado for tocado  no  sensor  e  sua  carga  for  alta
corremos  o  risco  de  queimar  o  transistor,   portanto,   isso  deve  ser  evitado.

Montagem:   Qualquer transistor de efeito de campo de junção (JFET) como o  BF-245 ou MPF102   pode ser usado
uma vez que o circuito não é crítico.   Em alguns casos existe até a possibilidade de troca dos terminais de dreno  e
fonte sem que isto afete o funcionamento do circuito.   Entretanto usando um equivalente é  interessante  inverter  o
dreno e a fonte e experimentar em que posição se obtém maior sensibilidade.  O indicador é um microamperímetro
com zero no centro. A corrente de fundo de escala não é crítica, podendo ficar entre 50µA  e 500µA  sem problemas.

Diagrama esquemático completo.

Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores. O sensor consiste de um anel de fio de cobre grosso encapado com um
diâmetro de 2 a 3 cm.   Também poderá ser utilizada  uma  esfera  de  metal  de  2 a 4 cm.  de  diâmetro,   porém  é
conveniente que seja encapada para evitar o toque acidental de um objeto com carga  elevada  no  sensor,   o  que
poderia gerar uma tensão suficientemente  alta  para  provocar  a  queima  do  transistor.   A  caixa  para  abrigar  a
montagem  deverá  ser  obrigatóriamente  de  material  plástico.

  Disposição dos componentes na placa de circuito impresso.

Prova e uso:  Ligue o instrumento e ajuste P1 até que a agulha do microamperímetro vá a zero,  depois atrite um
pente,  caneta  ou  qualquer outro objeto que possa eletrizar-se com facilidade e aproxime  este  objeto  do  sensor.
A agulha do instrumento deverá movimentar-se.  Se a agulha do instrumento tender a ultrapassar o fundo de escala
ou não se movimentar o suficiente,   repita a experiência ajustando agora o trimpot P2.   Este componente  limita  a
corrente de fundo de escala de acordo com a sensibilidade do objeto utilizado.   Observe  que  em  alguns  casos  a
simples movimentação de um objeto carregado a uma distância de vários centímetros já pode causar a deflexão da Lista de material.
  agulha.   Como o instrumento é extremamente  sensível  poderá
  também  ser  utilizada  uma  antena  telescópica  como   sensor
  detectando assim até mesmo passagem de pessoas com  cargas
  estáticas armazenadas em  seus  corpos  a  uma  boa  distância.
  O eletroscópio eletrônico pode resultar numa demonstração dos
  processos de eletrização mais eficiente  que  o  tipo  tradicional
  de folhas,     graças à sua simplicidade.     Se usar como  sensor
  uma esfera de metal, jamais encoste nela os corpos carregados
  em teste pois pode haver queima do transistor.   Aliás a queima
  do transistor é algo que deve ser previsto em experiências  com
  cargas elevadas  por  isto  é  aconselhável  ter  um  ou  dois  de
  reserva   para   uma   eventual   substituição.

  Lembre-se  que  em  dias  úmidos  a  possibilidade   de   corpos
  reterem cargas por muito tempo diminui pois cargas "escapam"
  para o ar úmido com facilidade descarregando assim os corpos
  em pouco tempo.     Uma experiência interessante consiste  em
  caminhar num tapete ou carpet e depois agitar as  mãos  diante
  do sensor,   mostrando-nos como  nosso  corpo  pode  acumular
  uma  grande  quantidade  de  carga  (eletricidade estática)  que
  pode  com  toda  certeza  danificar   circuitos   e   componentes
  eletrônicos    sensíveis   pelo   simples   fato   de   tocarmos   ou
  encostarmos    em    seus    terminais.