Uma demonstração didática do funcionamento de uma célula solar envolve alguns dispositivos em que ocorram transformações visíveis de energia. Numa sala de aula é interessante mostrar a transformação da energia solar em eletricidade, mas a eletricidade não pode ser vista. Assim, damos a seguir diversos efeitos da eletricidade gerada por uma célula solar que podem ser vistos, ouvidos ou sentidos que enriquecem sua demonstração numa aula, exposição ou feira de ciências.
Os 1,8 volts máximos sob corrente de até 5oomA que a nossa célula solar fornece servem para alimentar muitos dispositivos simples, porém de efeitos interessantes a partir do ponto de vista didático.
Obs. Esta tensão foi obtida na célula que o autor usou quando fez o artigo.
Atualmente existem células baratas com tensões de 1,2 a 6 V que podem ser utilizadas.
A seguir descrevemos alguns pequenos dispositivos que podem ser alimentados com a nossa célula e, em alguns casos, a partir de fontes menos potentes como a luz ambiente, uma lâmpada comum a uma certa distância, etc.
Todo o material usado para estes dispositivos, na medida do possível, pode ser obtido até de velhos aparelhos eletrônicos fora de uso, o que os tornam atraentes para os professores de cursos secundários e mesmo de escolas técnicas que desejam enriquecer suas atividades práticas.
1. Comprovação da geração de energia por galvanômetro
Esta primeira experiência pode ser feita com a ajuda de um simples multímetro na sua escala de corrente que permita ler até 500 mA ou, então, um VU-meter (microamperímetro) de 0-200,uA ou próximo disso.
As ligações para os dois casos são mostradas na figura 1.
No caso do miliamperímetro do multímetro medimos a corrente de curto-circuito que chega para a célula sugerida a 500 mA no sol direto.
Para o caso de VU medimos a tensão que se mantém mais ou menos constante em torno de 1,8V para uma boa faixa de intensidades de iluminação.
Cobrindo e descobrindo a célula, o demonstrador pode mostrar aos alunos ou pessoas interessadas o movimento do ponteiro do instrumento que indica a produção de energia elétrica.
A polaridade do instrumento deve ser invertida se houver tendência a deflexão para valores menores que zero, tanto de corrente (multímetro) como de tensão (VU).
2. Alimentação de um pequeno motor
Temos aqui uma dupla conversão de energia: a luz é convertida em energia elétrica que, por sua vez, é convertida em energia mecânica num pequeno motor de corrente contínua.
Na figura 2 temos o modo de se fazer a ligação deste pequeno motor.
Devemos usar preferivelmente um motor pequeno para brinquedo de no máximo duas pilhas, do tipo “mole", já que os de eixo e rotor mais rígidos podem não partir com a iluminação plena da célula e mesmo exigir uma pequena ajuda.
A iluminação para este caso deve ser direta do sol ou de uma lâmpada de 60 a 100 W colocada a uma distância de 20 a 40 cm da célula, para uma demonstração em ambiente fechado.
Uma pequena hélice permite a construção de um “ventilador solar" e a colocação de um disco com gomos coloridos permite a realimentação simultânea da experiência do “disco de Newton” para a composição de cores. (figura 3)
3. Eletroímã e/ou galvanômetro
Um eletroímã experimental pode ser alimentado pela célula e com ele perto de uma bússola podemos até construir um galvanômetro experimental para detecção da corrente, atestando assim a produção de energia elétrica.
O eletroímã é obtido enrolando-se de 100 a 500 voltas de fio esmaltado fino (30 ou 32) num prego de 3 a 5 cm de comprimento ou um pequeno parafuso, conforme mostra a figura 4.
As pontas do fio devem ser raspadas no ponto de conexão à célula.
Iluminando a célula com uma luz de 60 a 100 W ou expondo-a ao sol, o eletroímã atrairá objetos de metal ferroso como pequenos pregos, alfinetes, limalhas, giletes etc.
Para termos o galvanômetro podemos usar a configuração mostrada na figura 5 em que utilizamos uma caixinha de papelão com uma bússola comum no seu interior.
A bobina é formada por 40 a 100 voltas de fio fino.
Iluminando ou fazendo sombra na célula veremos a movimentação da agulha atestando a produção de corrente pela mesma, a qual é responsável pelo campo da bobina.
Posicione a bússola de modo que o movimento seja maior. A iluminação para esta experiência pode ser fraca. Até mesmo a luz do teto de uma sala produzirá os efeitos desejados.
4. Eletrólise solar
Temos aqui uma experiência de dupla conversão de energia também: a luz é convertida em energia elétrica que, por sua vez, provoca uma reação química de decomposição da água (energia química).
Tudo o que precisamos é de um recipiente de vidro em que embocamos dois tubos de ensaio, conforme mostra a figura 6.
A solução é água + ácido sulfúrico na proporção de 1 parte para 20 (1 parte de água para 20 de ácido) e no polo positivo teremos o aparecimento de bolhas de oxigênio enquanto no negativo desprende-se o hidrogênio.
Mostre que, com iluminação mais intensa, a produção de bolhas aumenta.
5. Um barco solar
Na figura 7 damos uma sugestão de “barco solar" movido a luz do sol, como o nome sugere, e que pode ser usado em pequenos tanques ou piscinas.
O pequeno motor de 1,5 V movimenta uma hélice que impulsiona o barco pois joga o ar para trás (tipo aerobarco). O conjunto deve ser leve, feito de madeira balsa.
CONCLUSÃO
Com a associação de duas células obtemos uma tensão da ordem de 3,6 V que é suficiente para alimentar muitos dispositivos eletrônicos e elétricos que então poderão ser usados nas demonstrações.
A imaginação do professor ou do aluno é muito importante na criação de experiências que possam ser usadas para demonstrar o princípio de funcionamento de células solares.
Do mesmo modo, estas experiências servem também como ponto de partida para pesquisas sérias envolvendo o uso da energia solar.
Obs. Mais projetos podem ser encontrados no nosso livro Projetos eletrônicos educacionais com energia alternativa.
