Sensores Capacitivos

Um sensor ou transdutor capacitivo é um condensador que exibe uma variação do valor nominal da capacidade em função de uma grandeza não elétrica. Uma vez que um condensador consiste basicamente num conjunto de duas placas condutoras separadas por um dielétrico, as variações no valor nominal da capacidade podem ser provocadas por redução da área frente a frente e da separação entre as placas, ou por variação da constante dielétrica do material.

Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear ou angular de um objeto; a unidade, a concentração de gases e o nível de líquidos ou sólidos; a força, o torque, a pressão e a temperatura; mas também detectar a proximidade de objetos, a presença de água e de pessoas, etc.

Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos são mais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do que o são os sensores indutivos, mas os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os indutivos. A precisão pode variar de 10 a 15 por cento em sensores capacitivos.

Os sensores capacitivos operam baseados no princípio da capacidade eletrostática de maneira similar às placas de um capacitor. O oscilador e o elétrodo produzem um campo eletrostático (nota: o sensor indutivo produz um campo eletromagnético). O alvo (objeto a ser detectado) age como uma Segunda placa do capacitor. Um campo elétrico é produzido entre o alvo e o sensor. Como a amplitude da oscilação aumenta, há um aumento da tensão do circuito do oscilador, e o circuito de detecção responde mudando o estado do sensor (ligando-o). Um sensor capacitivo pode detectar quase qualquer tipo de objeto. A entrada do alvo (objeto) no campo eletrostático perturba o equilíbrio da corrente do circuito do sensor, causando a oscilação do circuito do elétrodo e mantém esta oscilação enquanto o alvo estiver dentro do campo.

As partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva, um oscilador, um retificador de sinal, um circuito de filtragem e um circuito de saída.

- Na ausência de um alvo, o oscilador está inativo.
- A capacitância do circuito com a ponta de compensação é determinada pelo tamanho do alvo, sua constante dielétrica e distância até a ponta.
- Quanto maior o tamanho e a constante dielétrica de um alvo, mais este aumenta a capacitância. Quanto menor a distância entre a ponta e o alvo, maior a capacitância.


Sensores Capacitivos Blindados x Não-Blindados

Os sensores de proximidade capacitivos blindados são mais indicados para a detecção de materiais de constantes dielétricas baixas (difíceis de detectar), devido a seu campo eletrostático altamente concentrado. Isto permite que eles notem alvos que sensores não-blindados ignoram. Entretanto, isto também os torna mais suscetíveis à comutação falsa devido ao acúmulo de sujeira ou umidade na face ativa do sensor.

Os sensores blindados são construídos com uma faixa de metal ao redor do sensor. Isso ajuda a direcionar o campo eletrostático para frente do sensor e resulta em um campo mais concentrado.


As versões não-blindadas são equipadas com uma ponta de compensação que permite que o sensor ignore névoa úmida, poeira, pequenas quantidades de sujeira e pequenos respingos de óleo ou água que se acumulem no sensor. A ponta de compensação também torna o sensor resistente a variações da umidade ambiente. Versões não-blindadas são, portanto, uma melhor escolha para ambientes empoeirados e/ou úmidos.

As versões não-blindadas são também mais adequadas que as versões blindadas para uso com suportes plásticos para sensores, um acessório projetado para aplicações onde se faz a detecção de nível de líquido. O suporte é montado através de um furo num tanque e o sensor é inserido no receptáculo do suporte. O sensor detecta o líquido no tanque através da parede do suporte. Isto permite que o suporte sirva tanto para vedação do furo como para fixação do sensor.

Os sensores não blindados não possuem uma faixa de metal ao redor do sensor e conseqüentemente possuem um menor campo eletrostático concentrado. Muitos modelos não blindados são equipados com pontas de compensação, as quais fornecem aumento na estabilidade para o sensor. As pontas de compensação são discutidas posteriormente nessa seção.

Referências:

http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_07/senscapa.htm
http://s2i.das.ufsc.br/tikiwiki/apresentacoes/tecnicas-sensoreamento.pdf
http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_Sensores.pdf
http://www.ab.com/catalogs/C114-CA001A-PT-P/4capaive.pdf


Autores:
André de Lima Domingos
Emanoel Carlos de Souza Vitor

Michael Faraday

Quando se fala em ciência experimental, o nome de Faraday é sempre lembrado como de um dos maiores experimentadores da história da ciência. Mas quem foi este cientista e quais suas principais contribuições científicas?
Michael Faraday nasceu em 22 de setembro de 1791, em Newington Butts, Surrey, em Londres. Seus pais, James Faraday e Margaret Hastwell, já tinham dois filhos, Elizabeth e Robert e enfrentavam dificuldades financeiras para proporcionar boa formação educacional para os filhos. Quando Faraday estava com cinco anos a família se mudou para Londres e o salário de James, que trabalhava como ferreiro, mal dava para sustentar a todos (agora 4 filhos, nasceu uma menina após o Faraday). A situação financeira da família se agravou quando James faleceu em 1809, vítima de uma doença, provocando também uma precoce inserção de Faraday no mundo do trabalho.
Aos 13 anos, Faraday havia aprendido somente o necessário para ler, escrever e um pouco de matemática, mas já trabalhava ajudando no transporte do material e nas encadernações em uma livraria, de propriedade de um francês chamado George Riebau. Esse trabalho lhe proporcionou um amplo contato com livros e despertou sua curiosidade e interesse pelas ciências. Foi particularmente influenciado pela Enciclopédia Britânica e por um texto de auto-ajuda intitulado The Improvement of the Mind (A Melhoria da Mente). Como resultado de suas leituras realizou experiências químicas simples: certa vez teve acesso a um livro chamado “Experiências químicas”, e com o pouco dinheiro que tinha comprou instrumentos simples e começou a fazer as experiências que estavam no livro. Assim, foi modelando sua inteligência, desenvolvendo sua técnica. Conforme ele progredia, aumentava o seu interesse e a sua curiosidade. Ele lia todos os livros que lhe permitiam e tal dedicação chamou a atenção até mesmo de clientes da livraria.

• O Início da Carreira Científica

Foi através da ajuda de um desses clientes (William Dance) que, em 1812, Faraday assistiu a uma série de quatro conferências do químico Humphry Davy, na Royal Institution. Ele anotou cuidadosamente essas conferências e enviou uma cópia para o conferencista, lhe pedindo um emprego em qualquer função relacionada à atividade científica. Em março do ano seguinte, com a demissão de um assistente, Faraday conseguiu o emprego. Então, aos 22 anos, Faraday se tornou assistente de Humphry Davy em seu laboratório na Royal Institution de Londres. Também lhe foi concedida autorização para usar a aparelhagem do laboratório em estudos pessoais.
Davy foi um químico brilhante e seu laboratório era um dos mais bem equipados da Inglaterra. Com ele, Faraday fez um estudo sobre o cloro, experiências sobre difusão de gases e liquefação, dentre tantas outras atividades. Em outubro de 1813, Faraday acompanhou Davy em uma viagem pela França, Itália e Suíça, onde conheceu importantes cientistas de diferentes áreas (como Alessandro Volta e Joseph Gay-Lussac) e aprendeu a “ver” e “pensar” os problemas científicos. Durante vários anos, ele apenas auxiliou Davy em seus estudos em Química e foi assim que adquiriu uma grande habilidade experimental.
Essa habilidade o levou ao estabelecimento das leis básicas da eletroquímica, considerada uma importante contribuição ao desenvolvimento da Química. No entanto, foram suas pesquisas em outro ramo das ciências, na Física, que o tornaram mundialmente famoso.

• O Contato com o Eletromagnetismo

Faraday não havia se dedicado a pesquisas em Física até 1820, ano em que Ørsted divulgou a descoberta do eletromagnetismo, uma relação entre eletricidade e magnetismo que era esperada havia muito tempo, impressionando toda a comunidade científica da época. O fenômeno observado por Ørsted (o movimento da agulha de uma bússola em função da corrente elétrica que atravessava um fio próximo à bússola) apresentava propriedades de simetria desconhecidas até aquele momento (porque não se tratava de atrações e repulsões, mas sim de um efeito circular em torno do fio) e rapidamente cientistas em várias partes do mundo se voltaram para pesquisas nesta área.
Também Davy teve seu interesse desperto pela novidade e foi como assistente dele que Faraday teve seu primeiro contato com experimentos sobre eletromagnetismo. Ele registrou essa experiência em seu caderno de laboratório, em maio de 1821, e existem evidências que depois ele voltou sozinho ao laboratório para novas experiências. Provavelmente os resultados dessa iniciativa contribuíram para levar Richard Phillips, editor de uma importante revista da época (Annals of Philosophy), a convidá-lo para escrever um artigo de revisão sobre o novo campo de pesquisas eletromagnéticas.
Para escrever o artigo, Faraday teve que estudar grande parte do que havia sido publicado sobre eletromagnetismo até aquele momento. Nestes estudos repetiu os experimentos que os pesquisadores descreveram em seus artigos e buscou melhores interpretações para os mesmos. Essa atividade o levou ao correto entendimento do fenômeno relatado por Ørsted (embora ainda não houvesse clareza sobre o conceito de campo magnético, gerado pela corrente elétrica) superando interpretações equivocadas com as quais tinha se apegado anteriormente.
Estimulado por estas leituras e pelas controvérsias encontradas nos trabalhos que estudou, Faraday iniciou uma série de experiências inovadoras sobre rotações de imãs e fios condutores de eletricidade utilizando os efeitos eletromagnéticos. Na prática, ele conseguiu produzir rotações contínuas de fios e imãs em torno uns dos outros, ou em outras palavras, conseguiu transformar energia elétrica em energia mecânica. Esse trabalho, conhecido como "as rotações eletromagnéticas", constituiu sua primeira contribuição importante ao desenvolvimento da nova área.
A repercussão deste trabalho aumentou seu prestígio na comunidade científica e promoveu seu relacionamento com renomados cientistas, como o francês André Marie Ampère, com quem estabeleceu intensa correspondência discutindo os resultados de pesquisas de ambos.
Podemos dizer que o ano de 1821 foi realmente marcante na vida de Faraday. Além dos fatos já mencionados, ainda neste ano ele fez suas primeiras conferências públicas na Royal Institution (essas palestras se tornaram semanais a partir de 1826 e acrescidas de conferências natalinas destinadas aos jovens; ambas foram mantidas após seu falecimento e são realizadas até os dias atuais), ele foi recomendado por Humphry Davy para sucedê-lo na superintendência do laboratório.
A partir desse período o trabalho de Faraday já era independente, mas não significou mais tempo dedicado ao eletromagnetismo. Ao contrário, nos anos que se seguiram foram poucas as ocasiões em que intercalou suas pesquisas em Química com experiências sobre eletromagnetismo. Por seus trabalhos sobre Química ele se tornou membro da Royal Society, em 1824, e passou a exercer o cargo de diretor do laboratório no ano seguinte.
Em uma dessas ocasiões em que se dedicou ao eletromagnetismo, registrada em seu caderno de laboratório com data de 28 de dezembro de 1824, Faraday realizou uma experiência que marcou o início de sua busca pelo efeito da indução eletromagnética. A experiência consistiu em introduzir um imã em um solenóide (que transportava corrente elétrica por estar conectado aos pólos de uma bateria) cujas extremidades estavam ligadas a um galvanômetro (aparelho utilizado para detectar variação na corrente elétrica). A motivação da experiência pareceu seguir um raciocínio simples: se as correntes elétricas produziam efeitos sobre os imãs, os imãs deveriam produzir efeitos sobre as correntes elétricas. Embora saibamos que Faraday deveria ter observado alguma variação na corrente quando movimentava o imã no interior no solenóide, ele nada observou.
Esse resultado negativo se repetiu no final dos anos seguintes, quando permaneceu na busca da produção de corrente elétrica por efeito da presença de imãs ou por efeito da presença de outra corrente elétrica. Faraday finalmente alcançou seus objetivos em uma nova fase de pesquisas sobre eletromagnetismo que se iniciou somente em 1831, quando conseguiu que uma corrente elétrica em um circuito induzisse corrente em um outro circuito. Esse resultado foi obtido em 29 de agosto e outras experiências foram realizadas nos dias subsequentes.

• O Primeiro Gerador

No dia 17 de outubro de 1831, ele realizou seu experimento mais conhecido, conseguindo induzir corrente elétrica pela variação de um campo magnético. Foi a demonstração do primeiro gerador (também conhecido como dínamo), que transforma a energia mecânica em energia elétrica. São diversas as aplicações dos geradores em nosso mundo moderno, uma delas é sua utilização em nossas usinas hidrelétricas que são nossa principal fonte de energia elétrica.
No final daquele ano Faraday anunciou a formulação original que deu à lei da indução eletromagnética. Mas essa lei não foi apresentada através de uma equação matemática, como usualmente a conhecemos. A precária formação de Faraday não lhe permitia tais elaborações, de forma que a lei da indução só foi escrita em linguagem matemática posteriormente por James Clerk Maxwell e constitui uma das quatro leis fundamentais do eletromagnetismo. Foi também Maxwell que deu seqüência a seus estudos sobre as linhas de força, origem do conceito de campo.
Durante dez anos Faraday investigou, ainda que não continuamente, as conseqüências da indução em diferentes aplicações. Depois passou um período de quatro anos sem se dedicar à Física, retomando pesquisas nesta área de forma intensa em 1845. Nesse segundo grande período de pesquisas, Faraday fez duas grandes contribuições à ciência, investigou com sucesso o fenômeno do diamagnetismo e o efeito do magnetismo sobre a luz polarizada.
A possibilidade de utilizar a luz polarizada para investigar o estado dos corpos transparentes já havia sido testada por ele anteriormente (como revela seu caderno em anotações realizadas em 1822), porém, não havia sido levada adiante. Nessa segunda investida, Faraday utilizou vidros produzidos por ele mesmo (trabalhou por 4 anos em vidros para ótica. Obteve várias qualidades de vidro, conseguindo aperfeiçoar o telescópio) e persistiu nas investigações até descobrir a rotação magnética do plano de polarização da luz. Essa descoberta foi especialmente valorosa por revelar uma ponte entre o magnetismo e a óptica, ou seja, representar um caminho de unificação entre teorias de diferentes campos.

• O Fim da Carreira

Durante toda sua vida, Faraday nunca se beneficiou industrialmente (ou financeiramente) das aplicações de suas descobertas, tendo se mantido na Royal Institution até o fim de sua carreira. Atendeu chamados para consultoria em diversos trabalhos públicos e por trinta anos foi conselheiro da Trinity House. Sem nunca ter cursado uma universidade, recebeu títulos honorários e homenagens de toda parte do mundo, e ambos, Royal Society e Royal Institution, tentaram persuadi-lo a aceitar a presidência, ele dizia: “quero ser simplesmente Michael Faraday até o fim”. Ele queria continuar com suas experiências, se fosse presidente não teria tempo para isso.
Seus cadernos de laboratórios, conhecidos como "diários", foram preservados e publicados, se tornando uma importante fonte de dados sobre seu trabalho. Também sua correspondência foi editada e publicada, sendo que a maior parte das cartas preservadas foram recebidas por Faraday, o que significa que maior quantidade da correspondência ativa (escrita por ele) se perdeu. O estudo dessas publicações, juntamente com as diversas biografias existentes sobre Faraday, permitem maior conhecimento e entendimento da vida e do trabalho desse grande cientista.
Em 1839, Faraday contraiu uma doença séria, talvez causada por fadiga, apesar de existir uma enorme quantidade de diagnósticos para ela - da qual nunca conseguiu se recuperar inteiramente. Sofria dores de cabeça e, ao envelhecer, passou a apresentar falta de memória. Aposentou-se no verão de 1858. Apesar disso, em seus momentos derradeiros, coberto de honras, tornou-se um consultor muito competente do governo britânico sobre vários assuntos relacionados às ciências e recebeu da rainha Vitória, cujos filhos costumavam assistir às suas conferências anuais de Natal, o direito ao uso gratuito de uma casa ("Grace and Favor Residence"). Tal era seu renome que Lady Lovelace, filha do Lorde Byron, uma vez se ofereceu para copiar suas experiências.
Faraday se casou com Sarah Barnard em 1821. Dizem que ela era agradável, alegre e que gastava seus instintos maternais com suas sobrinhas e com seu marido, pois não teve filhos. Do ponto de vista religioso, Faraday era devoto, pertencendo à seita religiosa dos sandemanianos.
Seu gosto pela simplicidade impossibilitou que fosse enterrado na Abadia de Westininster, perto de Newton e de outros grandes cientistas. Morreu a 25 de agosto de 1867, aos 75 amos, em Hampton Court, no Middlesex, e foi enterrado no cemitério de Highgate.


Referências:

FARADAY, M. A história química de uma vela. As forças da matéria. Intr. James Clerk Maxwell. Trad. Vera Ribeiro. Rio de Janeiro: Contraponto, 2003.

GUERRA, A.; REIS, J. C.; BRAGA, M. Uma abordagem histórico-filosófica para o eletromagnetismo no ensino médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 21 (2): 224-248, 2004.

WILLIAMS, L. P. Michael Faraday: a biography. New York: Simon and Schuster, 1971.

http://www.ifi.unicamp.br/~ghtc/Biografias/Faraday/faradeletr.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday

http://www.perdiamateria.eng.br/Nomes/Faraday.htm

Autores:

André de Lima Domingos

Emanoel Carlos de Souza Vitor

Hans Christian Oersted

Hans Christian Oersted (1777 - 1851) foi um cientista dinamarquês que mudou o rumo dos estudos da eletricidade e do magnetismo após seu famoso experimento, que comprovou o deslocamento de uma agulha magnética de uma bússola ao ser aproximada de um fio condutor com presença de corrente elétrica, descobrindo o elo de ligação entre os dois fenômenos.

Oersted, desde cedo apresentou interesse pela ciência, influenciado pelo pai farmacêutico. Recebeu toda sua educação em casa junto com seu irmão, saíram de casa para fazerem o teste na Universidade de Copenhague, onde obtiveram sucesso em 1973. Formou-se em farmácia e mais tarde doutorou-se em filosofia kantiana. Em 1800, conheceu a pilha de Alessandro Volta e a partir de então começou a realizar experimentos com eletricidade. No ano seguinte lhe foi concedida uma bolsa de viagem para estudos, então Oersted foi à França e Alemanha, onde conheceu importantes expoentes da Naturphilosophie, como Schelling e Ritter.

Para os adeptos da Naturphilosophie, a natureza era um todo orgânico, a matéria e os fenômenos naturais seriam resultados da polaridade e dualidade de forças de atração e repulsão, os fenômenos da natureza (químicos, biológicos, mecânicos, elétricos e magnéticos) tinham o mesmo princípio básico e constituíam-se em manifestações distintas de uma mesma força definida como atividade pura. Após este contato com outros cientistas ou filósofos naturais (este termo era utilizado para pesquisadores de fenômenos da natureza), retornou para casa, tornou-se professor da Universidade de Copenhague, onde pesquisou sobre acústica e correntes elétricas, mas seus trabalhos foram influenciados por esta forma de pensar.

A dúvida da existência de alguma relação entre magnetismo e eletricidade não era exclusiva a Oersted, outros cientistas também pesquisavam a cerca do assunto e se correspondiam com ele. Mas Oersted estava inclinado a encontrar alguma relação entre os dois temas investigando a corrente elétrica e não a eletrostática.

Algumas fontes nos dizem que Oersted realizou acidentalmente seu experimento em que obteve sucesso ao observar que uma agulha imantada sofria deflexão, quando colocada próxima a um fio condutor por onde circulava corrente elétrica, e outras dizem que a descoberta foi fruto de um trabalho rigoroso e persistente, o que podemos afirmar é que em 1820 foram apresentados os resultados deste experimento em um artigo denominado "Experiências sobre o efeito do conflito elétrico (corrente elétrica) sobre a agulha magnética".

A teoria desenvolvida por Oersted para explicar o fenômeno ocorrido não foi tão bem aceita quanto os resultados práticos do seu experimento, pois segundo ele, o conflito elétrico (corrente elétrica) ao se tornar intenso não se mantinha no fio, ultrapassava esse limite, ocupando, então, todo o espaço, fazendo com que outros efeitos que não elétricos fossem percebidos. Após a apresentação em 1820, um outro importante cientista, André-Marie Ampère, redirecionou seus estudos para a relação entre eletricidade e magnetismo, que mais tarde foi seguido por outros destaques da ciência, quando finalmente foi modelado matematicamente o fenômeno observado por Oersted.

Como era comum na época, Oersted não se dedicou apenas a uma área do conhecimento, também foi poeta, escrevendo algumas séries de poemas. Foi o primeiro a decompor a alumina e obter alumínio puro, estudou a compressibilidade de gases e líquidos, inventou o piezômetro, que media a compressibilidade dos gases em alta pressão e

construiu em conjunto com Fourier a pilha termelétrica. Na nota de 100 danske kroner (moeda dinamarquesa) foi colocada a foto dele entre 1950 e 1970. Oersted também empresta

seu nome para a unidade de medida de

intensidade de campo magnético no sistema CGS.

Hoje existe uma estátua de Oersted no departamento de química e no instituto de matemática e ciências da Universidade de Copenhague, e foi nomeada como H.C Oersted em sua homenagem. E o primeiro satélite dinamarquês, lançado em 1999 também foi nomeado homenageando Oersted. Hans Christian Oersted morreu em 1851 com 74 anos.

O experimento deOersted

O experimento de Oersted pode hoje nos parecer simples, mas marcou profundamente a história, tanto que 1820 é tido como ano que se iniciou o eletromagnetismo, mas ainda hoje muitas pessoas ainda incorrem em erros ao tentar realizar novamente o experimento, por não atentarem a pontos simples como o posicionamento relativo entre o fio com corrente elétrica a agulha da bússola. No vídeo abaixo podemos observar que para existir movimentar a agulha magnética da bússola é necessário que agulha e fio estejam paralelos:

Descrição do experimento:

• Coloca-se um fio condutor retilíneo ligado a uma bateria, inicialmente com a chave aberta para que não haja fluxo de corrente elétrica, e uma bússola com a agulha paralelamente abaixo do fio, como abaixo:

• Fechando-se a chave veremos que a agulha da bússola irá girar, e invertendo o sentido da corrente veremos que a agulha irá girar para o sentido oposto:

• Desta maneira Oersted provou que um fio condutor percorrido por corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético, cujo sentido depende do sentido da corrente.

Referências utilizadas:

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/6433/5949

http://chem.ch.huji.ac.il/history/oersted.htm

http://www.youtube.com/watch?v=hYg82-aAbLw&feature=related

www.mig.rssi.ru

http://en.wikipedia.org/wiki/%C3%98rsted

http://www.infoescola.com/fisica/experiencia-de-oersted/