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24.11.16

Por dentro do átomo - uma história de partículas e pessoas

Resenha de SEGRÈ, Emilio

Dos raios X aos quarks
Físicos modernos e suas descobertas

Por
Defferson Rodrigues Martins das Neves

Dos Raios X aos Quarks – Físicos modernos e suas descobertas, do original, Personaggi e Scoperte Nella Fisica Contemporanea, escrito por Emiio Sègre. Teve sua primeira publicação feita por Mondadori Editore (1976) e foi publicado no Brasil pela Editora Universidade de Brasília (1982). Sègre, foi contemporâneo e viveu no mesmo continente da maioria das personalidades citadas no livro, só isto já bastaria para reforçar a veracidade das informações, no entanto, e mais importante, destaca-se o fato do mesmo ter sido um físico de renome, ganhador do prêmio nobel e um grande pesquisador de áreas relacionadas a estrutura da matéria.

O livro pretende mostrar os principais fatos e a evolução da física, ambos relacionados a constituição do átomo, desde o final do século XIX até meados da década de 60, com relatos pormenorizados da vida dos “descobridores” e a influência de suas descobertas na sociedade contemporânea.

O texto introdutório, por si só, já forneceria conteúdo para preencher centenas de páginas com interessantes assuntos sobre a física. O capítulo, se presta a apresentar ao leitor o contexto europeu em relação às ciências físicas, do final do século XIX e início do XX. As características sócio-econômicas e culturais da época, os equipamentos que os laboratórios possuíam e imagem que os cientistas possuíam, são então destacados.

A introdução é finalizada indicando as expectativas que a descoberta dos raios X, do elétron, do campo magnético na emissão da luz e da radioatividade, viriam a gerar sobre a constituição da matéria.
Os dois próximos capítulos irão relatar os estudos de Becquerel, dos Curie e de Rutherford sobre a radioatividade.

A descoberta da radioatividade através da investigação de substâncias fluorescentes com raios X, é atribuída a Becquerel, e aos Curie, o aprofundamento das pesquisas e o isolamento dos primeiros elementos. Neste ponto, encontrar-se-á uma breve discussão sobre a origem da energia emitida e a natureza das radiações, o que acarretaria grande impacto sobre a conservação da energia.

O Capítulo sobre Rutherford atribuirá ao mesmo, a descoberta da emissão dos gases radioativos, os três tipos de radiação e a transmutação dos elementos. Na discussão sobre esses assuntos serão elencadas a participações de renomados auxiliares e a solução para a taxa de resfriamento da terra, um problema a muito sem uma solução convincente.

A vida e obra de Max Planck, é a próxima a ser explorada - um capítulo à parte. O momento das descobertas teóricas e da linguagem matemática explicar a prática. De modo facilmente assimilável nos são apresentados, o magnetismo maxwelliano e a incapacidade de ser explicado pela mecânica clássica, como primeiros sinais de deficiência da última e ainda, como as equações de Maxwell para o campo eletromagnético da luz, a lei de Newton para o movimento dos corpos celestes, a termodinâmica, as propostas do moto-contínuo, a mecânica estatística, a solução do problema da irreversibilidade dos fenômenos, a explicação do corpo negro e as falhas ao tentar encontrar a fórmula para a emissividade do mesmo, tudo como apoio para os estudos de Planck sobre a lei da emissividade e na obtenção da carga do elétron e do número de avogadro.

Sobre Einstein, o autor inicia relatando de forma superficial, primeiro os trabalhos que realizou mas que já haviam sido demonstrados por Gibbs e depois os três surpreendentes artigos sobre a descoberta dos quanta de luz e o efeito fotoelétrico, a teoria do movimento browniano, que mostraria existência real dos átomos e determina a constante de Boltzmann de uma nova maneira, e a teoria específica da relatividade.

Assim como no capítulo anterior, são previamente apresentados os subsídios para as descobertas do cientista. As conflitantes teorias de Newton e Huygens sobre a luz, a necessidade do éter para explicação de alguns fenômenos e a medição da velocidade da luz por Michelson, a descoberta da independência da velocidade da luz em relação a sua fonte e a a análise do espaço e tempo (relatividade da simultaneidade, o espaço quadridimensional e a adição do tempo) serão as bases para o estudo da relatividade. O capítulo ainda se prestará a revelação da natureza dual da luz (corpuscular e ondulatória), dos quanta de luz (quanta de energia) e da descontinuidade.

O capítulo seguinte irá tratar da estrutura atômica de Rutherford e de como a física experimental, as descobertas de Geiger, a observação dos átomos através da cintilação, a determinação do número de avogadro e o desvio das partículas alfa de Marsden auxiliaram seus estudos.

Será também nesse capítulo que serão tratados assuntos como, a importância da atração eletrostática entre núcleo e elétrons para a estabilidade do átomo, a descoberta do peso atômico e a ordenação dos elementos, além da apresentação dos então avós dos aceleradores de partículas, com as observações de desintegrações de átomos realizadas através de microscópios.

As experiências que demonstram a existência dos estados estacionários de Bohr, a demonstração da quantização do espaço e a descoberta do spin do elétron são os assuntos que dão sequência ao livro. O pano de fundo das experiências do cientista, são o átomo de hidrogênio e seu espectro de linhas e a espectroscopia realizada através dos raios X. 

“Segundo todas as experiências, sobre interferência e difração, a luz consistia de ondas eletromagnéticas, mas, segundo a hipótese de Einstein, era corpuscular em todas as trocas de energia com a matéria” (SÈGRE, 1982, p. 154). Nesse ponto, serão descritas a descoberta do caráter ondulatório do elétron por De Broglie e sua equação de ondas, determinada por Shrödinger.

O princípio da incerteza de Heisemberg, como a interferência causada pelo observador no observado será o assunto tratado a seguir. 

A descoberta do nêutron, através do bombardeamento de berílio com partículas alfa de polônio, as desintegrações nucleares e emissões de raios gama, a descoberta do deutério, através da espectroscopia e do pósitron, pela observação de um elétron positivo que atravessava uma placa de chumbo e pára em uma câmara de nuvens, com a perda do momentum e o aumento da curvatura de sua trajetória, são os objetos de estudo do capítulo IX, que discorrerá sobre o ano de 1932, e suas maravilhosas descobertas.

Os cinco últimos capítulos do livro irão tratar do estudo da energia nuclear e a evolução tecnológica que se sucedeu após o descobrimento desta, bem como sua utilização para a criação de armas de destruição em massa. Serão retratadas passagens das descobertas da fissão nuclear, dos elementos transurânicos, das partículas elementares, das antipartículas, do laser, do maser, da supercondutividade e da radiação gravitacional.

Os equipamentos utilizados nas descobertas citadas acima, como os aceleradores de partículas, as câmeras de bolhas, os filmes fotográficos e os supercomputadores são também explorados nesses capítulos.

O livro é encerrado com o autor relatando a perplexidade que se abate sobre os cientistas ao perceberem que suas descobertas são utilizadas para fins não dignos, como a fabricação de armas, e o paradoxo vivido pelos mesmos em continuar ou não determinada pesquisa, já sabidamente utilizada para esse fim. 

Um excelente texto para “pesquisadores de carteirinha”, mas nem tanto para cientistas que apenas querem saber os detalhes dos experimentos que resultaram nas grandes descobertas do período abordado no livro.

Os pesquisadores por natureza ficaram satisfeitos ao lerem o livro, por saberem não só como foram feitas as descobertas mais importantes da física do átomo, mas também como pensavam, por onde andavam e o que faziam os cientistas daquela época.

Já os interessados apenas pelos relatos de como foram realizados tais experimentos, talvez achem o livro um tanto tedioso, pelo fato do mesmo alongar-se, por vezes, em detalhes da vida, do cotidiano e das relações pessoais das personalidades responsáveis pelas notáveis descobertas.

Bibliografia
SÈGRE, E. Dos Raios X aos Quarks – Físicos modernos e suas descobertas. Brasília: Universidade de Brasília, 1982.


5.6.14

Resenha de EINSTEIN, Albert & INFELD, Leopold. A evolução da Física.

A ascensão dos referenciais não inerciais 

A Evolução da Física, do original, The Evolution of Physics, escrito por Albert Einstein em co-autoria com Leopold Infeld, em 1938. Teve sua primeira publicação feita por Simon & Shuster (1938) e foi publicado no Brasil por Zahar (2008). Como os próprios autores citam, os assuntos abordados nesse livro seriam suficientes para encher inúmeros volumes se fossem utilizados todos os formalismos teóricos e matemáticos que os envolvem.
O objetivo principal do livro é mostrar a evolução das ideias essenciais das leis que governam os fenômenos físicos desde as descobertas de Galileu e Newton até as teorias da relatividade geral e da existência dos quanta elementares de matéria, energia e luz, utilizando-se de uma linguagem acessível a leitores não familiarizados com os conhecimentos da física.
Em sua primeira parte, o livro ressalta que para os autores, o uso do raciocínio científico por Galileu foi o momento real do nascimento da Física. Fazendo analogias a ideias mais simples, o texto segue explicando as leis de Newton e sua coerência com o mundo real, até esbarrar nas dificuldades em esclarecer os conceitos de massa inercial e massa gravitacional através da mecânica clássica newtoniana, o que seria uma primeira pista para a existência da chamada Teoria Geral da Relatividade.
Ainda na primeira parte do livro, demonstra-se que o conceito de calor como substância, o mais aceito até então, era equivocado e são apresentadas experiências das quais advêm o conceito de energia, suas transformações em calorífica, mecânica, química, entre outras e sua conservação.
Encerrando a parte inicial do livro, mais uma vez o calor e a diferença de temperaturas são utilizados para explicar a teoria cinética da matéria. É explicado como o aumento de temperatura faz aumentar a energia cinética das moléculas de um gás que, por sua vez, aumentará a força líquida exercida pelo gás.
A segunda parte do livro tem por objetivo mostrar que “não há teorias eternas em ciência” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 69), explicando que o avanço da ciência surge da crise de velhas teorias. Inicia-se mostrando como o ponto de vista mecânico, que explicava os fenômenos a partir de forças que dependiam da distância e não da velocidade, não conseguia explicar o eletromagnetismo, corrente e cargas elétricas.
Essa segunda parte segue indicando a experiência que possibilitou o cálculo da velocidade da luz e termina discorrendo em algumas páginas sobre o comportamento corpuscular e ondulatório da luz e a dificuldade da mecânica em explicar ambos os fenômenos.
A terceira parte do livro pretende expor o rompimento entre o ponto de vista mecânico e os novos conceitos da física moderna.
Utilizando-se de analogias com a mecânica são demonstradas as teorias de campo magnético e elétrico, deduzindo-se, em determinado momento que a alteração de um campo elétrico produzida pelo movimento de uma carga é sempre acompanhada de um campo magnético e vice-versa, o que depois é confirmado com os relatos de vários experimentos. É ainda, nesta parte dos escritos, o campo magnético considerado como um depósito de energia, “pode-se descrever fenômenos elétricos e magnéticos de acordo com a lei da conservação da energia” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 123).
A partir da constatação de que a onda eletromagnética se propaga com a mesma velocidade da luz sugere-se uma estreita relação entre ambos os fenômenos e percebe-se estar próximo ao desejo dos cientistas da época: descobrir uma única teoria que possa explicar todos os fenômenos já acontecidos e os que estão por acontecer.
Os autores seguem explorando, através da inserção dos sistemas coordenados (SC), o conceito de referencial inercial e não inercial. Utilizando-se ainda dos SC, são propostas experiências nas quais revela-se que fenômenos semelhantes podem acontecer em tempos diferentes em sistemas com referenciais inerciais diferentes, indicando o caráter não absoluto do tempo, como se imaginava antes.
A apresentação da teoria da relatividade geral dá continuidade a essa parte do livro. “A teoria da relatividade nasceu da necessidade, de contradições sérias e profundas na velha teoria, para as quais não parecia haver saída” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 162). É explicado de forma clara o limite de abrangência da mecânica clássica, pequenas velocidades, ou seja, suas leis não abrangem os fenômenos que acontecem a velocidades próximas a da luz. Na sequência são utilizadas algumas páginas finalizando com o argumento de que toda energia se comporta como matéria.
A desconstrução do conceito de referencial inercial finaliza a terceira parte da obra. A teoria da relatividade geral aparece como solucionadora dos problemas não alcançados pela relatividade especial, aqueles que consideram fenômenos acontecendo com relação a referencias não inerciais e sob fortes forças gravitacionais. É dado um novo enfoque a matéria e o campo, que agora são considerados como concentradores de grande e pequena quantidade de energia respectivamente.
A explicação dos quanta elementares de matéria e eletricidade inicia o encerramento do volume. A teoria quântica é resumida em termos de que “algumas quantidades físicas até agora consideradas contínuas são compostas de quanta elementares” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 208), ou seja, são na verdade descontínuas.
A experiência do efeito fotoelétrico é mencionada para explicar a existência dos quanta da luz, os fótons. As teorias ondulatória e quântica da luz são apresentadas como intercambiáveis, sendo que dependendo da situação deve-se utilizar uma ou outra.
O livro é finalizando então, explicando como muitos dos conceitos da Física moderna dependem de métodos probabilísticos para seu estudo, citando a impossibilidade de prever com exatidão muitos dos fenômenos atualmente estudados pelas Ciências.
A avaliação que se faz sobre o texto, é que o mesmo se trata de um excelente livro de Ciências que pode ser lido como um livro de ficção.
Os conceitos da Física clássica e moderna são apresentados, na maioria das vezes, com muita clareza, através de exemplos sempre didáticos, porém sem o formalismo matemático que comumente acompanha estes assuntos.
Contudo, cabe esclarecer que em alguns momentos, percebeu-se uma complexidade um pouco mais acentuada na tentativa de explicar determinados fenômenos, complexidade essa justificada pela própria natureza dos conceitos lá expostos, ou ainda, a brevidade com que alguns assuntos foram tratados. Fatores esses que não foram suficientes para tornarem a obra menos prazerosa de ser lida.
Os autores conseguem com maestria, mostrar a superioridade da Física Moderna, com suas teorias da relatividade geral e quântica, mas sem reduzir a mecânica clássica a uma Ciência obsoleta e desnecessária, ratificando que “sendo a ciência fruto da construção humana, da reunião do raciocínio de numerosas mentes, a construção dos conceitos supõe a contribuição de diversos pesquisadores em diferentes épocas” (ALVES-PEREIRA, 2012a, p. 2). Os amantes das descobertas de Newton, não devem atribular-se, Principia, “a chave de todos os movimentos observados cósmicos ou terrenos” (ALVES-PEREIRA, 2012b, p.2), continua abrindo as portas para conhecimento científico moderno.

Bibliografia 

EINSTEIN, A. & INFELD, L. A evolução da Física. Rio de Janeiro: Zahar, 2008.
ALVES-PEREIRA, B. Inquietudes de Newton. Resenha de Capítulo do livro O despertar na via láctea: uma história da astronomia. São Paulo: s. n. UNIFESP, 2012a.
ALVES-PEREIRA, S. É como os outros homens? Resenha de Capítulo do livro O despertar na via láctea: uma história da astronomia. São Paulo: s. n. UNIFESP, 2012b.

14.12.11

Utilizando o osciloscópio no diagnóstico e manutenção de fontes chaveadas

O termo “fonte chaveada” ainda soa estranho ou desafiador para alguns de nossos leitores iniciantes na eletrônica e até mesmo para aqueles que já possuem algum tempo de experiência na área, mas como poderemos perceber neste artigo as partes que constituem esse tipo de fonte de tensão são semelhantes aos das fontes de alimentação lineares, e a partir da observação do seu funcionamento aprenderemos como utilizar o osciloscópio para diagnosticar problemas e repará-los, salientando que uma grande parcela dos defeitos encontrados nos mais diversos equipamentos eletrônicos acontecem justamente nesta etapa do circuito.

O presente artigo não pretende detalhar características e o funcionamento do osciloscópio, recomendamos aos leitores que ainda não conheçam como esse valioso instrumento funciona, se utilizaram de edições anteriores de revistas da Editora Saber, como por exemplo a Eletrônica Total nº 147, que trás um excelente artigo sobre o funcionamento do osciloscópio, bem como da literatura disponível sobre o assunto. Aproveito a oportunidade para incentivarem àqueles que praticam eletrônica e tenham dúvida sobre a real valia desse instrumento a investirem um pouco e adquirir um osciloscópio, o custo benefício é altíssimo.

Também não iremos esmiuçar a forma de funcionamento de todos os tipos de fontes chaveadas, esse assunto já foi muito bem exposto em algumas revistas Saber Eletrônica recentes, ao contrário iremos mostrar um breve comparativo entre o funcionamento das fontes de alimentação lineares e as chaveadas.

A fonte de alimentação linear

Como mostrado na figura 1, uma fonte de alimentação linear é composta basicamente de um transformador que reduz a tensão alternada da rede de alimentação para um valor desejado (5V, 6V ou 12V por exemplo), diodos retificadores (que podem estar configurados de maneiras diferentes como meia-onda, onda completa ou em ponte) utilizados para eliminar o semi-ciclo negativo da tensão alternada senoidal proveniente do transformador, capacitores eletrolíticos utilizados para a filtragem do sinal retificado, e componentes de estabilização da tensão que podem ser diodos zeners, reguladores de tensão ou transistores. Podem ainda possuir, dependendo da sofisticação fusíveis de proteção na entrada e capacitores cerâmicos de filtro na saída.




Figura 1 – Esquema de uma fonte linear


A fonte de alimentação chaveada

Já a fonte de alimentação chaveada pode ter algumas diferentes configurações, porém com alguma semelhança entre as finalidades de cada componente. Na figura 2 apresentamos um tipo relativamente simples de fonte chaveada, o primeiro detalhe observado é que os diodos retificadores e o capacitor eletrolítico de filtragem se encontram antes do primário do transformador, significando que eles estão retificando e filtrando diretamente a tensão senoidal da rede, essa tensão é relativamente alta e devem ter especial atenção por parte do reparador. O próximo componente a ser observado é o transistor ou MOSFET que serve como chaveador da tensão que irá circular pelo primário do transformador, esse componente recebe o nome de CHOPPER. O CHOPPER tem sua base ou gate excitada por um circuito PWM, o que faz com que a tensão que circula pelo primário do transformador possa ser “ligada e desligada” fazendo dessa forma com que surja no secundário do transformador uma tensão proporcional ao número de espiras e a frequência de oscilação da tensão do primário. Muitas fontes chaveadas utilizam um circuito integrado dedicado para produzir o sinal PWM que será aplicado ao CHOPPER, esse mesmo circuito integrado monitora a tensão de saída do secundário do transformador e modifica o sinal conforme a tensão de saída esteja acima ou abaixo da amplitude desejada.

Após o secundário do transformador encontraremos diodos retificadores, capacitores de filtro e componentes de estabilização da tensão (zeners, reguladores de tensão ou transistores).




Figura 2 – Esquema de uma fonte chaveada



O sinal de saída da fonte chaveada

Normalmente encontramos fontes chaveadas com mais de um nível de saída de tensão, como por exemplo 5, 6, 12, 18 volts entre outras, e necessariamente estas saídas devem ser o mais estabilizada possível, ou seja, livre de oscilações. O principal componente para redução da oscilação de saída é o capacitor de filtro, comumente um capacitor eletrolítico de alto valor, e é também um dos componentes que mais apresentam defeitos nas fontes chaveadas. O capacitor de filtro é responsável por armazenar energia e liberá-la à carga nos instantes em que os diodos de retificação não estão conduzindo, fazendo com que a carga não sinta oscilações de tensão.

O teste e diagnóstico da fonte chaveada

Para demonstrar o teste e diagnóstico utilizaremos a fonte chaveada da figura 3, que alimenta um aparelho de DVD doméstico.




Figura 3 – Fonte chaveada de um aparelho de DVD.

Ao utilizarmos um multímetro comum para verificar o nível de tensão de uma fonte chaveada, pode acontecer de o mesmo nos apresentar uma falsa leitura, e acreditarmos que a fonte está boa quando na verdade não está, isso acontece devido ao fato das altas frequências envolvidas e da forma de onda. Preferencialmente devemos testar a fontes chaveadas com uma carga na saída, que na maioria dos casos será o próprio equipamento alimentado pela fonte, ainda assim um multímetro comum pode apresentar uma leitura errônea. Capacitores defeituosos farão com que a saída apresente oscilação de tensão excessiva, que podem superar a tolerância dos componentes do circuito, porém como a frequência dessas oscilações são altas, podem confundir o multímetro que apresentará uma falsa leitura. Por exemplo, uma fonte chaveada de 12 volts que apresente oscilação de 0,6 volts em sua saída podem fazer com que circuitos que necessitem dos 12 volts regulados para funcionar, se portem de maneira incorreta.

Levando em consideração as altas frequências envolvidas nas etapas de oscilação das fontes chaveadas, a melhor maneira de diagnosticar falhas é utilizando o osciloscópio. Para testar uma fonte chaveada utilizando um osciloscópio primeiramente devemos realizar o teste utilizando o acoplamento DC do instrumento, e verificar o nível de tensão na saída da fonte sob carga (Figura 4).




Figura 5 – Sinal de saída DC de 12 volts de uma fonte chaveada

Como o osciloscópio estava previamente configurado para 5 volts por divisão, alterações na tensão de saída da ordem de centenas de milivolts até 1 volt não seriam facilmente perceptíveis. Para resolver este problema podemos agir de duas formas distintas, a primeira é configurar o osciloscópio para mostrar 500 milivolts por divisão, isso faria com que a linha que mostra o nível de tensão se elevasse tanto que desaparecia da tela, nesse caso deveríamos agir no controle de posição vertical para que a linha voltasse a aparecer na tela (caso seu instrumento possua essa característica) e assim poderíamos observar alterações no sinal, que no caso da figura 6, ultrapassam 1 volt de amplitude, o que fatalmente acarretaria problemas no equipamento. No caso de tensões da ordem de 24 volts ou mais, pode acontecer de o instrumento não conseguir deslocar a linha até que a mesma apareça novamente na tela do osciloscópio, nesse caso uma segunda opção seria mudar o acoplamento do osciloscópio para AC, configurar para uma leitura de 1 volt por divisão e verificar o nível de oscilação (Figura 7). Caso o nível de oscilação esteja elevado, como por exemplo 0,5 volts em uma saída de 5 volts, ou 0,8 volts em uma saída de 9 ou 12 volts, a fonte estará com problemas e um dos principais suspeitos como componente defeituoso, será o capacitor ou capacitores de filtro.




Figura 6 – Oscilação na saída DC de uma fonte chaveada - osciloscópio com acoplamento DC




Figura 7 – Oscilação na saída DC de uma fonte chaveada - osciloscópio com acoplamento AC

13.7.11

Controlandos brinquedos com microcontroladores PIC

Controlando brinquedos com microcontroladores PIC

Defferson Rodrigues Martins das Neves
deffersonr@yahoo.com.br

Utilizar os princípios da engenharia reversa é uma ótima maneira de descobrir como dispositivos, máquinas e equipamentos, eletrônicos ou não, funcionam. O objetivo do artigo que aqui se inicia é, através da desmontagem e análise das partes de um brinquedo eletrônico, conhecer os componentes, e o funcionamento do circuito de controle do mesmo e assim modificar seu funcionamento.

A técnica de “engenharia reversa” é ampla e mundialmente difundida no meio da pesquisa, projeto e desenvolvimento de produtos. Todos os tipos de indústrias alguma vez já se utilizaram de seus benefícios. O termo “engenharia reversa” se reveste de um complexo significado, mas basicamente podemos dizer que, a engenharia reversa consiste em desmontar uma máquina para descobrir como ela funciona. É bem provável que nossos leitores tenham iniciado seus “estudos” na área da eletrônica justamente com a engenharia reversa. Quem nunca desmontou um carrinho, um robô de brinquedo, um “liquidificadorzinho”, um radinho de pilhas, ou coisas parecidas, simplesmente pelo prazer de ver como funcionam, ou então retirar um “motorzinho” ou aquele alto-falante? Quem poderia imaginar que nesse momento estava realizando não mais que, a tal “engenharia reversa”?

A técnica da engenharia reversa é muito poderosa, aliada a consulta a bons livros, anotações, informações da internet e datasheets, pode elevar o nível de conhecimento a altos patamares.

Vamos propor nesse artigo a desmontagem de um carrinho de controle remoto, descobrir o seu funcionamento e inserir inteligência ao mesmo, através de um microcontrolador PIC previamente programado.

“Como observação destacamos que o trabalho que iremos iniciar fará uso de microcontroladores e sua programação, não vamos nos ater às técnicas de gravação ou ao funcionamento dos mesmos, presume-se que os leitores que se proponham a desenvolver as seguintes tarefas tenham conhecimento suficiente em gravação e funcionamento dos PICs, porém para os que ainda não chegaram lá as revistas da editora Saber (Eletrônica Total, Saber Eletrônica e Mecatrônica Fácil) já publicaram diversos artigos que satisfazem esse objetivo, recomendamos que o leitor entre em contato com o marketing da revista para verificar quais números adquirir.”

Nesse ponto podemos expor um objetivo secundário do artigo, que é oferecer mais uma opção aos interessados em montar dispositivos microcontrolados, mas que não possuem intimidade suficiente com montagens mecânicas, o artigo demonstrará que é possível utilizar em seus projetos, partes que já estejam montadas, agregando a elas a eletrônica conseguindo assim um excelente resultado final.

Pois bem, sigamos adiante. O carrinho utilizado em nossa engenharia reversa será o da figura 1, não há nada de especial nele, é um carrinho de controle remoto comum, adquirido em um bazar beneficente, por um ótimo preço porém, sem o controle remoto. Você verá no decorrer do artigo que a maioria dos carrinhos de controle remoto existentes no mercado nacional atenderá nossas necessidades.




Figura 1 – carrinho de controle remoto comum

O primeiro passo será desmontar o carrinho (figura 2), de forma que possamos ter acesso a placa de circuito impresso com os componentes conforme a figura 3.




Figura 2 – desmontando o carrinho




Figura 3 – Placa de circuito de controle do carrinho

Com o acesso a parte interna do carrinho já podemos iniciar o processo de análise do circuito e do funcionamento mecânico. De imediato podemos verificar que existem dois motores no interior do compartimento, um que faz o carrinho andar para frente e para trás e outro que faz as rodas da frente virar para a direita e para a esquerda. Seguindo os fios que estão conectados nos dois motores descobriremos que eles estão ligados à placa de circuito impresso, e estudando um pouco a placa identificaremos que os motores estão na verdade, conectados, a duas pontes H, formadas por transistores. O motor de direção, está conectado a transistores de baixa potência do tipo BC548/558, já o motor de tração, que movimenta o carrinho para trás e para frente está conectado a transistores de média potência como os do tipo BD135/136. Essas informações já nos revelam muita coisa sobre o funcionamento, já sabemos que ambos os motores são ligados a pontes H, que é uma forma muito comum de controlar motores de corrente contínua, como é do conhecimento de muitos de nossos leitores (figura 4).




Figura 4 – 4 transistores de média potência formando uma ponte H e mais 4 de pequena potência ao fundo

Para os que não sabem o que é uma ponte H, ou como funcionam, as revistas da editora Saber já publicou vários artigos relacionados ao assunto e o livro Eletrônica Básica para a Mecatrônica, da mesma editora, traz um capítulo completo a respeito. Essas configurações são encontradas na grande maioria dos carrinhos a controle remoto.

Continuando nossa análise do circuito, encontraremos na placa o circuito integrado RX2C (figura 5).




Figura 5 - CI RX2 – controle remoto com 5 funções


Com uma rápida busca em sites de datasheets, descobriremos que existe um par de circuitos integrados - RX2/TX2 - que funcionam de forma complementar (figura 6), um gerando sinais através de comandos de entrada, e o outro decodificando esses sinais e transformando em comandos de saída.




Figura 6 – funcionamento do par de CIs TX2/RX2

Após uma bela “olhada” no datasheet dos componentes, o que podemos concluir? Que o TX2 funciona do seguinte modo, um pulso negativo (verifique no datasheet) em um dos pinos 1, 4, 5, 6 ou 14, fará com que na saída, pino 8, apareça um trem de pulsos correspondente. Já o RX2, que é o que nos interessa, funciona de maneira exatamente inversa, recebe um trem de pulsos em sua entrada, pino 3, e aciona a saída correspondente a esse trem de pulsos, pinos 6, 7, 10, 11 ou 12 (direita, esquerda, para trás, para frente e turbo, respectivamente). Estes CIs são utilizados em praticamente todos os brinquedos que utilizam a configuração de controle remoto comum e o datasheet dos componentes apresenta propostas de implementações interessantes, realizando as conexões entre ambos os componentes via RF, IR ou cabo.

Levantamos então mais uma importantíssima informação, já sabemos qual pino do RX2 controla qual função do nosso carrinho, isso significa que, se retirarmos o CI do circuito o substituirmos por um novo componente que forneça os sinais nos pinos correspondentes poderemos controlar nosso carrinho de uma forma diferente da prevista inicialmente, vamos então para a parte seguinte da nossa engenharia reversa, substituir o RX2 por um microcontrolador PIC e programar o mesmo para que o carrinho faça exatamente aquilo que quisermos, adicionando assim “inteligência” em nosso brinquedo.

O carrinho possui ainda a etapa de radiofrequência, que recebe o sinal de rádio do controle remoto, amplifica esse sinal e oferece ao CI RX2, porém para nosso projeto não nos interessa no momento.

Nosso microcontrolador PIC, terá uma tarefa simples, gerar os sinais necessários para que o carrinho se mova para trás, para frente e faça curvas sem a necessidade do controle remoto. Para isso iremos utilizar um programa (listado ao fim do artigo ou que poderá ser baixado no site da revista (os editores da revista deverão decidir sobre isso)), que faz simplesmente isso, aciona os pinos do PORTB do PIC 16F84, de forma que cada um dos 4 bits menos significativos do PORTB seja responsável por um comando (nosso carrinho não possuía o comando turbo). O programa está bem comentado, explicando o que cada instrução ou bloco realiza, o mesmo pode ser alterado para que o carro execute qualquer manobra, no entanto o leitor deve ficar atento para não “setar”, ou seja, não colocar o valor “1” nos bits que correspondam a, para trás e para frente ou direita e esquerda, ao mesmo tempo, isso fará com que o carrinho não execute nenhuma ação e poderá inclusive curto circuitar os transistores da ponte H, danificando os mesmos.

Montaremos o circuito da figura 7, que é o circuito mais simples para fazer um PIC funcionar, a montagem desse circuito foi realizada em uma placa de circuito impresso universal (figura 8), mas nada impede que os leitores mais experientes confeccionem suas próprias placas, sempre atentando que o ideal para o microcontrolador é que seja utilizado um soquete, já que o mesmo será retirado do circuito por diversas vezes para gravação.




Figura 7 – diagrama esquemático do circuito de controle microcontrolador




Figura 8 – circuito de controle microcontrolado montado em uma placa universal

Essa placa será fixada no carrinho da maneira que o leitor ache melhor. O circuito será alimentado pelos 6V provenientes das 4 pilhas do carrinho, por isso foi acrescentado um diodo 1N4001 em série com a fonte para que haja uma queda de 0,7 volts no diodo, e o PIC seja alimentado com aproximadamente 5,3V. Dos pinos do PORTB0, PORTB1, PORTB2 e PORTB3 do PIC saem fios que são ligados respectivamente onde estavam os pinos 6, 7, 10 e 11 do RX2 que foi retirado da placa (figura 9), são esses os fios que levarão os sinais gerados pelo PIC para a placa de controle do carrinho, substituindo assim o CI RX2.




Figura 9 – fios que vem da placa do microcontrolador soldados onde anteriormente estava o CI RX2

Na figura 10, pode-se verificar o resultado final da montagem, lembrando que o leitor poderá decidir a melhor forma de fixar a placa com o PIC no carrinho. Caso você queira verificar o carrinho em funcionamento acesse os links http://www.youtube.com/watch?v=vnNTt4CaOvk ou http://www.youtube.com/watch?v=uV3YpmEpNEc, você verá o carrinho se movendo com o programa que foi fornecido gravado no PIC, altere da forma que quiser.




Figura 10 – resultado final

Nossa engenharia reversa está terminada, os objetivos foram alcançados, descobrimos como funciona mecânica e eletricamente um carrinho a controle remoto, aprendemos como funciona os CIs mais comuns utilizados nesses brinquedos e ainda dotamos nosso brinquedo de “inteligência” através de um microcontrolador PIC. Esse é sem dúvida um excelente método para aprender mais, não só sobre eletrônica, mas também sobre uma infinidade de coisas, utilizem-se dele sempre que possível, boas experiências a todos e até a próxima.

Bibliografia

SOUZA, D. J. Desbravando o PIC. 4ª ed. São Paulo: Érica , 2000.

MARTINS, N. A. Sistemas Microcontrolados – uma abordagem com o microcontrolador PIC 16f84. 1ª ed. São Paulo: Érica, 2005.

BRAGA, N. C. Eletrônica Básica para a Mecatrônica. 1ª ed. São Paulo: Saber, 2005.

7.9.10

Manutenção de telas de Notebooks

Manutenção de telas de Notebooks

Segue link para artigo sobre manutenção de telas de Notebooks.

http://www.guiadohardware.net/tutoriais/manutencao-telas-lcd/

 

15.8.10

A escolha da ferramenta certa


Acompanho as publicações da editora saber a muito  tempo, e acredito que muitos dos leitores das revistas Mecatrônica Fácil, Eletrônica Total e Saber Eletrônica, assim como eu, iniciam suas experiêcias na área da eletrônica e robótica ainda adolescentes, e uma das grandes dificuldades encontradas para a realização de determinado projeto, montagem ou experiência, é o fato do hobista (futuro profissional, técnico ou engenheiro) não possuir a ferramenta correta para determinado trabalho.

Já pudemos ler nas publicações das revistas acima mencionadas, artigos que nos orientavam utilizar a ferramenta correta para um trabalho específico, como por exemplo não utilizar um ferro de solda muito potente para soldar semicondutores, com o perigo de queima dos componentes, e ainda podemos citar diversos outros exemplos, como não utilizar chaves de fenda ou philips muito pequenas para apertar ou soltar parafusos grandes, não utilizar um martelo para encaixar ou soltar uma determinada peça, quando na verdade seria necessário um saca-polias ou ferramente similar, utilizar chaves de boca ou sextavadas com o tamanho correto da porca ou parafuso, com risco danificar o mesmo, e uma infinidade de outras oportunidades onde o uso de uma ferramenta inadequada pode causar um prejuízo a montagem, manutenção ou projeto, ou ainda danificar uma peça ou componente.

No entanto o que gostaria de ressaltar nesta oportunidade, mais que a escolha da ferramenta correta para determinada função, é a qualidade de tal ferramenta. Como mencionado no início do artigo, iniciei minha trajetória na área de eletrônica com meus 12 anos de idade, naquela época minha família, assim como eu, dispunhá-mos de poucos recursos finaceiros, e, comprar uma simples chave de fenda era quase que um sacrifício. A saída então era comprar ferramentas de marcas desconhecidas e qualidade duvidosa, a preços baixos é claro, sempre pensando estar fazendo um grande negócio, idéia esta, que não persistia mais que alguns meses, pois logo a ferramenta se tornava imprestável, e o dinheiro empenhado, jogado fora.

Algumas décadas se passaram, atualmente faço um curso técnico em telecomunicações na ETEC Getúlio Vargas, e qual a minha surpresa, quando na primeira aula de soldagem, onde meus colegas de classe deveriam trazer cada um um kit de ferramentas, percebi que muitos deles haviam adquirido ferramentas que não durariam 1 mês se fossem utilizadas com certa frequência e até ferros de solda que não conseguiram atingir a temperatura suficiente para que a solda atingisse o ponto de fusão.

Não é a pretenção deste artigo, eleger essa ou aquela marca de ferramente, mesmo por quê, existe uma infinidade de marcas de qualidade no mercado, a intensão é somente alertar aos novos amantes da eletrônica e róbotica a respeito da existência de ferramentas que não valem a pena investir o seu dinheiro. Muitas vezes compramos determinado produto por ser muito mais barato que outro, e aparentemente satisfazer as mesmas necessidas, em relação as ferramentes isso nem sempre é verdade, tome cuidado, procure comprar suas ferramentas em lojas especializadas, mais vale uma única chave de fenda que permanecerá com você, em condições perfeitas de uso, por muito tempo, que um kit fantástico de chaves de fenda e philips que se tornarão inservíveis antes mesmo de você terminar sua primeira montagem.

3.6.10

Substituição (troca) da unidade ótica de CD/DVD players

Após alguns anos da revolução do CD, substituindo as antigas fitas cassete (que muitos de nossos leitores nem imaginam o que sejam) e um pouco mais recentemente a revolução do DVD (substituindo as antigas fitas VHS, também pouco conhecida dos leitores mais jovens), o que se vê são CD players e DVD players que parecem que possuem uma vida útil bem curta, ou seja, após algum tempo de utilização, os aparelhos simplesmente não conseguem mais ler nossos CDs ou DVDs, ou ainda no caso dos DVD players, lêem apenas CDs e não conseguem ler DVDs, ou ainda, conseguem ler apenas DVDs originais. O momento em que isso acontecerá, dependerá da frequência de utilização do equipamento e do tipo de mídia (qualidade e tipo de CD ou DVD) que utilizamos no mesmo, mas a verdade é que, mais cedo ou mais tarde o aparelho apresentará esse problema.




figura 1



Os players atuais foram projetados para “ler” e reproduzir qualquer tipo de mídia, seja ela uma mídia gravada industrialmente ou de forma amadora, como é o caso das cópias que realizamos em casa. A unidade ótica (figura 1), é o componente responsável por realizar a leitura dos dados que estão no CD ou DVD, essa leitura é feita basicamente da seguinte forma: um diodo laser emite um feixe laser que reflete no CD ou DVD e volta a um foto diodo onde é realizada a leitura dos dados da mídia (figura 2).



figura 2



A solução adota pela indústria para que a unidade ótica possa ler qualquer tipo de mídia, é uma solução que muitos de nossos leitores já conhecem, trata-se de um controle automático de ganho, ou seja, a unidade ótica tenta realizar a leitura dos dados, caso a mídia não seja de boa qualidade ou esteja com arranhões ou sujeira, e não consiga refletir adequadamente o feixe laser, então o sinal (laser) será aumentado até que o fotodiodo consiga receber a informação corretamente, todo esse processo é natural e esperado, no entanto ele diminui muito a vida útil da unidade ótica, tendo em vista a mesma trabalhar com tensões, correntes e potências mais elevadas. Por isso, o ditado popular diz que mídias que não são originais “estragam” os players. Na verdade, estas midias não estragam os players, elas apenas diminuem a vida útil do mesmos.



Esta, foi uma sucinta introdução a respeito do funcionamento das unidades óticas.



O que se percebe então, é que, quando um equipamento começa a não ler mais algum determinado tipo de mídia, na grande maioria das vezes, o problema está na unidade ótica, e veremos agora que é muito simples a sua substituição.



Antes de iniciar a substituição propriamente dita, é bom termos em mente que as unidades óticas são componentes extremamente sensíveis e que podem se danificar facilmente, por isso alguns cuidados devem ser tomados durante seu manuseio como por exemplo usar pulseiras antiestática aterradas se possível. Você percebera que as unidades óticas são vendidas com um lacre de proteção antiestática (um pingo de solda em um ponto do circuito que aterra os diodos para evitar queima por energia estática) (figura 3).


figura 3



Esse pingo de solda só deve ser retirado (com ferro de solda e sugador) após a unidade ótica estar devidamente conectada ao circuito, e se por algum motivo a unidade tenha que ser retirada do circuito ou manuseada, deve-se colocar novamente um pingo de solda no local indicado. Uma boa prática para retirar ou colocar esse pingo de solda é utilizar uma estação de solda aterrada como a da figura 4, caso seja utilizado um ferro de solda comum (figura 5), você deve aquecê-lo o suficiente, desligá-lo da rede de energia elétrica e executar a solda, assim você evitará a queima da unidade ótica por fuga de tensão proveniente da rede.



figura 4



figura 5



A substituição da unidade ótica é um procedimento relativamente simples, você deverá retirar do aparelho em manutenção, todo o mecanismo de reprodução de midias, como os exemplos mostrado nas figuras 6 e 7 (para isso basta você abrir o aparelho, retirar os parafusos que prendem o mecanismo ao chassi e desconectar os fios que fazem a conexão com a placa principal), e levá-lo em uma loja de componentes eletrônicos, como as que existem na região da rua Santa Efigênia, na cidade de São Paulo.



figura 6



figura 7

A vantagem de você levar o mecanismo completo é que você também poderá adquiri-lo completo, porém, como o que você deve substitui é apenas a unidade ótica, então, você poderá adquirir o mecanismo completo (com bandeja de CD/DVD), apenas o mecanismo de leitura (com unidade ótica e motor) ou ainda, apenas a unidade ótica. Caso encontre os mecanismos completos, opte por comprá-los dessa forma, a diferença de custo não é grande e você terá todas as partes envolvidas na execução de mídias renovadas, porém caso você encontre mecanismos diferentes mas com a mesma unidade ótica, não haverá problema, basta desmontar o mecanismo e substituir apenas a unidade ótica, e ainda, haverá o caso de você encontrar apenas a unidade ótica, caso em que você também apenas substituirá a unidade defeituosa. Acompanhe as figuras 8, 9, 10 e 11, para verificar como as unidade óticas podem se apresentar no mercado.



figura 8



figura 9



figura 10



figura 11

Vale lembrar que todas as unidades óticas possuem dois trimpots em seu corpo, esses trimpots servem para ajustar o ponto de funcionamento ideal de cada unidade, este ajuste é realizado na fábrica e de forma alguma deve ser alterado. Você pode aumentar a corrente sobre os diodos da unidade ótica agindo sobre esses trimpots, isso pode fazer com que uma unidade ótica que não lê CDs ou DVDs, volte a fazê-lo, no entanto é um procedimento que pode destruir a unidade ótica e só deve ser realizado como tentativa e último recurso, mesmo que o player volte a ler mídias, isso não durará muito tempo e logo você deverá substituir definitivamente a unidade ótica.



De posse da nova unidade ótica, ou ainda de um mecanismo completo, basta montá-lo no CD player ou DVD player da mesmo forma que o mecanismo defeituoso foi retirado, conectar novamente os fios de ligação a placa, retirar o pingo de solda de proteção e seu equipamento estará novo em folha.



Boa sorte a todos e até a próxima.