A LINHA DE LECHER E SEU USO PARA UMA EXPERIÊNCIA DIDÁTICA DE ELETROMAGNETISMO

Josué Tadeu Borba1; Ângelo Antônio Leithold2 & Marcelo Alegria Brunning3

1 Professor Orientador do presente trabalho2 Aluno do Curso de Física (Astronomia)3 Aluno do Curso de Física (Astronomia)

Física Prática / Laboratório de Física / Física ênfase Astronomia/ Segundo Ano/ Quarto Período/Faculdades Integradas Espírita - FIES

Resumo - Este texto apresenta um exemplo do uso linha de Lecher para experimentos didáticos de radiofreqüência e propagação de ondas eletromagnéticas.

Abstract - This paper shows an example of the use of Lecher line for educational experiments and propagation of radio frequency electromagnetic waves..

(Palavras-chave:Lecher line, linha bifilar, campo elétrico, campo magnético.)

Introdução

O presente artigo apresenta uma experiência executada no LACEC (Laboratório de Construção de Equipamentos Científicos), onde foi construída uma Linha de Lecher, com a finalidade de comprovar numa linha de transmissão bifilar a propagação de ondas e verificação visual, através de sensores com lâmpadas de tensões e correntes induzidas.

Método

A linha de Lecher foi montada com duas barras de cobre com dois metros de comprimento, dispostas paralelamente a 5 centímetros de centro a centro, com cerca de um centímetro de diâmetro cada, operando na freqüência de 150 MHz (VHF - Very High Frequency). Foram construídos dois sensores, um de tensão, outro de corrente, dispostos nas barras paralelas de forma a ser deslocados longitudinalmente para verificar o máximo e mínimo de corrente e de tensão. Não havia entre os dispositivos nenhum contato elétrico entre si, nem com a linha. O sensor com duas placas metálicas paralelas à linha (Figura 1) é o de tensão. O sensor composto por uma bobina de uma espira (Figura 2) é o de

corrente. Também foram usadas lâmpadas de filamento de 12V e 0,1A em cada sensor.

Figura 1-Sensor de tensão. Figura 2- Sensor de corrente.

No sensor de corrente, o fio da bobina pôs em curto-circuito a lâmpada, não ocorreu tensão induzida. Para medir o comprimento de onda, a freqüência utilizada foi 150 MHz. Para alimentar a Linha de Lecher foi utilizado um transceptor de VHF com 50 Watts de potência, através de um balun de ¼ de onda, conforme a figura 3.

Figura 3 - Balun de Cabo Coaxial de ¼ de onda

Depois de instalados o balun, o transceptor e a linha ficando aberta no seu final, carregou-se o dispositivo com radiofreqüência para observar o comportamento dos sensores, em seguida, repetiu-se o procedimento pondo-se a linha em curto-circuito no seu extremo, com a finalidade verificar o comportamento do sistema através das variações de luminosidade das lâmpadas.

Após, para obter valores não nulos ao longo da linha, foi inserida uma carga resistiva com igual impedância característica da linha, ou seja, 300 ohms. Também foi utilizada uma antena dipolo dobrado, cuja impedância é 300 ohms na freqüência de ressonância, para servir de carga.

Resultados

Foram testados dois sensores um de tensão (Figura – 1) e outro de corrente (Figura – 2), deslocados livremente em direção à entrada, ou final da linha.

Quando ocorreu a situação de máximo de corrente e mínimo de tensão, presentes a um quarto de onda do final da linha, a lâmpada do sensor de corrente manteve seu brilho máximo, e a do sensor de tensão, o brilho mínimo (Fig – 4).

Figura 4 - Sensor de corrente

Não houve contato com a linha, no sensor de tensão, duas plaquetas de metal, formaram o divisor capacitivo. O circuito aberto, não induziu corrente, apenas a tensão do campo elétrico, conforme a figura 5.

Figura 5 – Sensor de tensão

Deixando a linha aberta, no extremo oposto à entrada, obteve-se tensão máxima e corrente nula. Com a linha em curto circuito no seu final, obteve-se tensão nula e corrente máxima. Com terminação de uma carga resistiva igual à impedância característica da

linha, a tensão e corrente obtidas mostraram valor não nulo e constante em todo seu comprimento.

Discussões e Conclusões

A experiência, apesar de ser executada com sucata, foi bem sucedida, pois provou que é possível, mesmo sem recursos, a criação de procedimentos e instrumentos de medição. O material utilizado foi todo retirado de equipamentos velhos, exceto as barras de cobre que foram emprestadas de terceiros devido seu alto valor.

O sensor de tensão, pelo fato de estar um pouco afastado do curto circuito do final da linha, teve naquele ponto uma pequena tensão induzida. Invertendo a posição dos sensores comprovou-se o nulo de tensão. O sensor de corrente também apresentou o mesmo problema, que foi sanado também pela inversão da posição com o sensor de tensão. Todos os testes realizados se mostraram condizentes com os pesquisados na literatura. Este é um trabalho prático, cuja finalidade é a montagem propriamente dita, sem matematizar, contudo, em artigo mais extenso, é possível fazer todos os levantamentos e formalismos, desde as medições de ondas estacionárias ao longo da linha, como a comprovação da polarização de antenas emissoras e receptoras horizontais e verticais.

A maior dificuldade para a construção dos instrumentos apresentados no presente texto, é a falta de ferramentas adequadas no LACEC, pois o que não é emprestado é doado. Fora as pequenas dificuldades, o trabalho serviu perfeitamente para o aprendizado do funcionamento das linhas de transmissão e propagação de ondas eletromagnéticas.

Referências

1. LEBAR, Ron, "The Lecher Line; Used in high frequency electronics, generation & measurement". Available: http://www.ronlebar.com/lecher.htm [08 set.2008]

2. University of Minnesota Physics Lecture Demonstrations – Lecher Wires - Available: http://groups.physics.umn.edu/demo/electricity/5N1050.html [08 set. 2008]