Nesta série de experimentos estamos mostrando como foi a montagem da mostra interativa de experimentos “Química, Quântica e Sociedade”, criada para comemorar o Ano Internacional das Ciências e Tecnologias Quânticas. 2025 foi escolhido pela ONU como o ano para se celebrar os avanços científicos e tecnológicos decorrentes do estudo da mecânica quântica. A mostra foi financiada pelo CNPq.
No artigo de hoje vamos mostrar como demonstramos a tranformação de energia luminosa em energia elétrica em painéis solares, um tema muito atual e importante.
Prepare o experimento
Para mostrar o funcionamento de uma placa solar, adquirimos um pequeno painel (11 x 8 cm) em uma loja para hobistas de eletrônica. Escolhemos um painel que conseguisse gerar uma corrente e voltagem suficiente para mover um pequeno motor elétrico com uma hélice (adquiridos na mesma loja). O mini painel tem tensão de saída 5,5 V e corrente de até 350 mA.
Decidimos que seria interessante posicionar o painel solar no telhado de uma casa em miniatura. Procuramos modelos de casas para a impressão 3D, e encontramos um que tinha o telhado em separado. O modelo, gratuito, pode ser encontrado aqui:
https://www.printables.com/model/448739-swiss-model-house
Imprimimos a casa em PLA branco e o telhado em PLA vermelho. Para o telhado, modificamos o modelo para inserir um encaixe para o painel solar. Criamos um suporte para o painel solar, que foi impresso também com plástico PLA vermelho. O suporte tem um furo para a passagem dos fios que vem do painel solar e um tubo que irá encaixar no telhado da casa.
Imprimimos também uma base para a casa, usando PLA verde.
Criamos um circuito conectado com o mini painel solar com LEDs azuis e resistores no interior da casa e deixamos também fios para se ligar o motor com uma hélice do lado de fora da casa.
Criamos um suporte para o mini motor elétrico DC, que foi impresso em PLA branco. Compramos esse motor já com a hélice de plástico e os fios com jacarés. O motor funciona com voltagens entre 3 e 6 V.
Use o experimento na sua aula (ou mostra)
Nós usamos uma luminária com uma lâmpada incandescente de 40W para iluminar o painel solar. O painel funciona muito bem quando exposto ao sol, mas nem sempre é possível ter acesso à luz solar em uma sala de aula ou ambiente interno.
Criamos uma nuvem preta com a impressão 3D para bloquear a luz da lâmpada e interromper o funcionamento do motor com a hélice.
O que acontece
Mas como um painel fotovoltaico funciona? O painel é um sanduiche com camadas de materiais semicondutores que são tratados para terem diferentes dopantes (átomos diferentes inseridos na estrutura cristalina).
Materiais semicondutores como o silício possuem elétrons na camada de valência que estão ocupados nas ligações com os átomos vizinhos. Quando a luz bate no painel solar, os elétrons ganham energia, saltando para um nível mais alto e passando para uma banda de condução, onde conseguem se movimentar e fazer a corrente elétrica cicular.
A corrente elétrica consegue fazer com que o LED se acenda ou com que a hélice do ventilador se movimente.
Finalmentes
Veja toda a série de montagens criadas para a mostra do Ano Internacional das Ciências e Tecnologias Quânticas aqui: https://www.xciencia.org/2025/06/20/quantica-com-experimentos-mostra-interativa-no-ano-internacional-das-ciencias-quanticas/.
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