Explorando a Condutividade Elétrica com o micro:bit

Objetivo

Vamos investigar se um material possui condutividade com o microbit, mas para isso precisamos entender os fundamentos da condutividade.

Introduzindo conceitos

Condutividade

A condutividade elétrica é uma propriedade fundamental dos materiais que se refere à sua capacidade de permitir ou dificultar o movimento de cargas elétricas, principalmente elétrons. Essa característica desempenha um papel crucial no entendimento e na aplicação de princípios elétricos em uma variedade de contextos, desde a fabricação de dispositivos eletrônicos até o design de sistemas elétricos.

Nos materiais condutores, como metais, os elétrons na camada externa dos átomos estão fracamente ligados e têm mobilidade relativamente alta. Isso permite que os elétrons se movam facilmente através do material quando uma diferença de potencial é aplicada, resultando na condução eficiente da corrente elétrica. Exemplos de materiais condutores incluem cobre, alumínio e prata.

Em contraste, nos materiais isolantes, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos, o que dificulta significativamente seu movimento. Como resultado, a condutividade elétrica desses materiais é consideravelmente mais baixa. Exemplos de materiais isolantes comuns incluem plásticos, vidro e borracha.

A compreensão da condutividade elétrica é vital para diversas aplicações práticas. Por exemplo, na fabricação de circuitos elétricos, é crucial escolher materiais condutores para garantir uma transmissão eficiente de corrente. Além disso, em sistemas de isolamento elétrico, a seleção de materiais isolantes apropriados é essencial para prevenir vazamentos indesejados de corrente.

Causas da Condutividade

A condutividade elétrica de um material está intrinsecamente relacionada à sua estrutura atômica e ao comportamento dos elétrons na camada externa dos átomos. As diferenças na ligação e mobilidade dos elétrons entre materiais condutores e isolantes explicam as variações na capacidade desses materiais de conduzir corrente elétrica. Vamos elaborar sobre as causas da condutividade em materiais condutores e isolantes:

Materiais Condutores:

1. Ligação Metálica:
   • Nos materiais condutores, como metais, a ligação metálica é uma característica fundamental. Nesse tipo de ligação, os átomos compartilham elétrons de forma bastante livre, resultando em uma “nuvem” de elétrons livres que pode mover-se pelo material.
   • A mobilidade desses elétrons livres é alta devido à fraca atração entre eles e os núcleos atômicos, permitindo a fácil condução de corrente elétrica.
2. Banda de Condução:
   • Em sólidos condutores, os elétrons na camada mais externa têm uma sobreposição significativa, formando uma banda de condução. Essa banda permite que os elétrons movam-se facilmente sob a influência de um campo elétrico aplicado.

Materiais Isolantes:

1. Ligação Covalente e Iônica:
   • Nos materiais isolantes, como plásticos e vidro, os átomos estão ligados por ligações covalentes ou iônicas fortes. Essas ligações mantêm os elétrons fortemente associados aos átomos.
2. Banda Proibida:
   • Materiais isolantes têm uma banda de energia proibida significativamente maior entre a banda de valência (onde os elétrons estão normalmente) e a banda de condução. Essa grande diferença de energia impede que os elétrons se movam facilmente para a banda de condução.
3. Movimento Restrito de Elétrons:
   • Devido à forte ligação, os elétrons têm movimento restrito e não podem se deslocar facilmente no material. Isso resulta em uma baixa condutividade elétrica.

Vamos Codar?

Montando o Circuito

1. Na parte inferior de um micro:bit, há cinco pinos grandes. Quando você conecta o pino 1 e o GND (pino de aterramento) com um fio de jacaré, isso completa um circuito elétrico.
2. Nota de segurança: nunca conecte diretamente os pinos GND e 3V juntos, ou você pode danificar seu micro:bit.
3. Se você conectar dois fios de jacaré, um ao pino 1 e outro ao pino GND, pode colocar um material, como folha de prata ou filme plástico, entre as extremidades dos dois fios para testar se o material é condutor ou isolante.

Funcionamento

O projeto utiliza seleção. Se um circuito elétrico for estabelecido (porque o material conduz), o micro:bit mostrará um coração em seu display de LED e tocará a nota dó médio.

Caso contrário, se um circuito não for estabelecido, o micro:bit limpará seu display de LED, e uma nota não será tocada (o micro:bit é instruído a tocar uma nota na frequência de 0Hz).

O programa utiliza um loop contínuo ou infinito para continuar testando até que você desconecte seu micro:bit da fonte de alimentação.

Materiais

• Micro:bit (ou simulador MakeCode)
• Editor MakeCode
• Pacote de bateria (opcional, mas recomendado)

Programação

Considerações

A realização desse experimento com o micro:bit oferece uma maneira prática e interativa de entender os conceitos de condutividade elétrica. Ao explorar materiais condutores e isolantes, você pode visualizar instantaneamente os resultados no display de LED do micro:bit e ouvir as notas musicais correspondentes.

Essa atividade não apenas fortalece a compreensão teórica da condutividade, mas também destaca a aplicação prática desses conceitos. A capacidade de personalizar o experimento, ajustando os materiais utilizados, proporciona uma experiência educativa envolvente.

Além disso, a programação do micro:bit, com sua interface amigável, torna o aprendizado da eletricidade e programação acessível a estudantes de diferentes idades. Este projeto serve como uma introdução  ao mundo da eletricidade e seus fundamentos.