Imagine a seguinte situação: você está passeando com o cachorro durante a noite, e sua pequena lanterna, que vinha perdendo brilho gradualmente, subitamente apaga. Em vez de voltar para casa às escuras, não seria excelente poder aproveitar um pouco mais de energia das pilhas que parecem ter se esgotado?
Essa ideia não é tão absurda quanto parece. Quando um aparelho movido a pilhas para de funcionar, costumamos dizer que a bateria está "morta" — mas ela não está realmente. Ainda resta energia química armazenada, e a tensão elétrica não é zero; simplesmente não é suficientemente alta para fazer a corrente passar pela lâmpada ou pelo diodo emissor de luz, conhecidos como LED.
Com um pouco de conhecimento em física, é possível fazer essa lanterna funcionar por muito mais tempo. Muito mais! Vou demonstrar como construir um circuito elétrico simples, combinando um transformador e um transistor, para acessar essa energia residual. Esse dispositivo tem um nome curioso: "ladrão de joules".
Não se trata apenas de um projeto divertido e surpreendente, mas também de uma excelente demonstração da lei de indução de Faraday, o mesmo princípio utilizado em geradores elétricos e fogões por indução.
Vamos começar com um circuito básico: uma pilha AA de um vírgula cinco volts conectada a uma pequena lâmpada incandescente por meio de um fio de cobre. A corrente elétrica sai de um polo da pilha, passa pela lâmpada com um filamento de tungstênio em seu interior, e retorna ao outro polo. Como esse filamento é extremamente fino, a corrente o aquece a temperaturas altíssimas, fazendo-o brilhar com luz intensa.
Enquanto o circuito permanece completo, a corrente continua fluindo, consumindo gradualmente a energia potencial química da pilha. Conforme a tensão diminui, menos corrente é produzida, até que chega um momento em que não há energia suficiente para gerar luz alguma.
Nos dias de hoje, a maioria dos dispositivos utiliza LEDs em vez de lâmpadas incandescentes. O LED não produz luz aquecendo materiais; é um componente de estado sólido com uma banda de energia. Quando os elétrons da corrente caem para um nível de energia mais baixo, liberam a energia excedente na forma de luz. Esse método é muito mais eficiente, pois não há desperdício de energia térmica. A desvantagem é que um LED branco necessita de três volts, o que exige duas pilhas AA.
Quando as pilhas se agotam, eventualmente caem abaixo da marca de três volts. Você pode ter ainda dois vírgula oito volts, mas não obtém luz nenhuma. É exatamente aí que entra a magia do ladrão de joules. Na verdade, conseguimos fazer um LED de três volts acender com apenas uma única pilha de um vírgula cinco volts!
Para isso, são necessários dois componentes fundamentais: um transformador e um transistor. Existe mais de uma forma de gerar corrente elétrica. Além das pilhas, é possível utilizar um campo magnético. É a lei de Faraday. Ela estabelece que, se uma espira de fio estiver em uma região com campo magnético variável, uma tensão será induzida nesse fio.
É assim que um transformador funciona. Ele possui duas bobinas de fio enroladas ao redor de um núcleo comum. Os fios são isolados para não se tocarem, formando dois circuitos separados. Quando uma corrente passa por uma bobina, gera um campo magnético que, ao variar, cria uma corrente na segunda bobina.
O ponto crucial é que não é o campo magnético em si que induz a tensão na segunda bobina, mas sim a variação desse campo. Quando seliga ou desliga a corrente em uma bobina, obtém-se um pico de tensão na outra. A intensidade da tensão induzida depende da taxa de variação. Diminuindo lentamente o campo magnético, obtém-se baixa tensão; desligando rapidamente, obtém-se alta tensão. Também é possível conseguir tensão mais elevada tendo mais espiras de fio na bobina secundária.
Esse é o segredo de todo o truque. Com um transformador, é possível obter tensão mais alta no circuito secundário, conectado ao LED, do que aquela fornecida inicialmente pela pilha. O que falta agora é uma forma de ligar e desligar o circuito primário repetidamente e com rapidez. É aí que entra o transistor!
De forma simplificada, o transistor funciona como uma válvula para a eletricidade. Ele pode interromper ou permitir a passagem da corrente. E o terminal de controle do transistor é acionado por — prepare-se — uma corrente elétrica. Parece contraditório, mas é exatamente isso: é preciso uma corrente de água para abrir uma torneira e criar outra corrente de água.
É praticamente tudo o que é necessário para entender como o ladrão de joules funciona. O transistor alterna a corrente milhares de vezes por segundo, criando essencialmente uma corrente oscilante para que o transformador produza tensão mais elevada.
No circuito completo, a pilha empurra a corrente pela bobina primária do transformador, criando um campo magnético e, consequentemente, um pulso de corrente na bobina secundária. Essa corrente induzida entra no transistor e desliga a corrente primária, mas isso causa novamente uma variação no campo magnético. A cada ciclo, há um pico de três volts na segunda bobina, acendendo o LED. Porém, a pilha não consegue manter isso indefinidamente, pois possui apenas um vírgula cinco volts, e isso faz o transistor voltar ao primeiro ciclo. E assim sucessivamente.
Este circuito não é apenas um truque de laboratório interessante. Ladrões de joules estão presentes em diversos lugares. Lanternas de bolso de alta qualidade frequentemente possuem um ladrão de joules integrado, permitindo que funcionem com uma única pilha. Tudo é miniaturizado em uma pequena placa de circuito conhecida como conversor elevador.
O mesmo método de criar oscilação com uma fonte de corrente contínua para elevar a tensão é utilizado em outros equipamentos. Painéis solares, por exemplo, frequentemente são conectados a baterias residenciais para armazenar energia elétrica para uso noturno. Porém, em dias nublados, os painéis podem gerar apenas dez volts, o que não é suficiente para carregar uma bateria de doze volts. Por isso, esses sistemas frequentemente contêm um conversor elevador.
Este conhecimento vai muito além de um simples projeto de fim de semana. Os ladrões de joules estão ao nosso redor, funcionando silenciosamente em nossa vizinhança. E isso é uma ótima notícia!
Fonte: Feed: All Latest
