Como funciona: Carregador sem fio

Na atualidade, existem diversos dispositivos eletrônicos que desempenham papéis importantes no cotidiano das pessoas, seja um smartwatch, um fone de ouvido ou o mais comum deles, o celular. E “atire a primeira pedra” quem nunca sofreu pelo fim da bateria de algum desses aparelhos. A evolução tecnológica trabalha constantemente para tornar cada vez mais prático o carregamento das baterias que alimentam esses dispositivos. A tecnologia mais recente e famosa nos dias atuais é a dos carregadores sem fios que tem diversas vantagens e desvantagens. Mas primeiro, você sabe como funciona um carregador wireless?

Indução eletromagnética

Há muito tempo atrás, no ano de 1831, o físico Michael Faraday descobriu o princípio da indução eletromagnética. Já era sabido que perturbações elétricas geram perturbações magnéticas, o que Faraday fez foi indagar o que aconteceria se feito o contrário e descobriu que dentro de um circuito elétrico com um campo magnético variável, uma corrente elétrica é induzida e percorre o fio que forma este circuito, definindo assim a indução eletromagnética que é o princípio básico de funcionamento dos carregadores sem fio.

É possível comprovar a descoberta de Faraday conectando uma fonte de tensão contínua (bateria) à uma solenóide (espira). O experimento é exemplificado na figura acima.  Ao fechar a chave, percebe-se que do outro lado, na outra solenóide, o amperímetro marca a presença de corrente circulante. Faraday montou esse experimento sabendo que algum tipo de onda atravessaria o anel e incitaria algum fenômeno elétrico na outra espira. Para melhor o direcionamento das linhas de campo é utilizado um núcleo ferromagnético, pois na indução eletromagnética há uma grande perda de energia pelo fato de que as linhas de campo dispersam-se em todas as direções. A corrente circula até que o campo magnético se estabilize. Quando a bobina da esquerda é desconectada da bateria o fluxo magnético altera de sentido e a corrente volta a circular, só que agora no sentido contrário, caracterizando a corrente como alternada. Faraday denominou de força eletromotriz induzida a ddp (diferença de potencial) existente pela passagem de corrente na solenóide da direita. 

Indução eletromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas eléctricas.

Mas afinal, como é a transmissão dessa energia e como que isso pode estar nos celulares?

Na base do carregador do celular, que deve estar conectado à tomada, existe um circuito transmissor onde encontra-se uma bobina transmissora. Esta, recebe a corrente vinda da tomada e cria um campo magnético. Do outro lado, encontra-se o aparelho que se deseja carregar, que necessita ser compatível com a tecnologia.  No aparelho deve haver um receptor com uma bobina receptora, onde aparecerá a corrente. No circuito receptor, a corrente alternada é transformada em corrente contínua que recarrega a bateria.

É importante perceber que a base do carregador está conectada na rede elétrica residencial, que é de corrente alternada. O experimento mostrado no tópico anterior é com corrente contínua pois utiliza a bateria, mas a corrente alternada fornecida pela tomada tem o mesmo efeito de inversão do sentido do campo magnético.

Os estudos de como utilizar uma energia sem fios se tornaram famosos com um cientista croata bastante conhecido, Nikola Tesla. No século XIX, Tesla conseguiu acender uma lâmpada de baixa potência utilizando as teorias de Faraday. A sua intenção era construir uma torre de transmissão de energia para toda uma cidade sem cabos, porém ele não obteve sucesso, já que é algo inviável devido a dispersão das linhas do campo magnético.

Para atingir mais eficiência na transmissão de energia, um grupo do MIT (Massachusetts Institute of Technology) descobriu um conceito chamado ressonância acoplada magneticamente. Ressonância é o fenômeno que acontece quando dois corpos vibram na mesma frequência e começam a trocar energia entre si. É com ela que se consegue maximizar a transmissão de energia sem fio. 

Dessa forma, tanto no circuito transmissor, quanto no receptor, existe o chamado circuito ressonador. Esse dispositivo faz com que ambos aparelhos vibrem na mesma frequência e permite que eles troquem energia mais eficientemente. Essa tecnologia não é nociva à saúde dos seres humanos, já que este modo de transferência de energia não é radioativo.

Vantagens e desvantagens

A tecnologia ficou conhecida mundialmente recentemente com a difusão de  dispositivos compatíveis com o carregamento wireless, mas será que ela é realmente útil ou as bases são só um modo de enfeitar o ambiente? 

• Vantagens:
  • Uma base pode ser compatível com diferentes dispositivos, então as marcas e os usuários não precisam ficar se preocupando com os plugues e saídas dos cabos;
  • É possível abandonar os cabos frágeis que quebram facilmente;
  • É bastante portátil.
• Desvantagens:
  • Para carregar a bateria é necessário mais tempo que o carregamento com cabo, pois embora a transferência seja maximizada ainda existem muitas perdas. Isso pode ser um fator bom, já que as baterias de íon lítio respondem melhor a um carregamento lento e com menos pacotes de energia.  
  • O material da traseira não pode ser de metal. Precisa ser de vidro ou plástico, porque o metal impede a transferência de energia. Então nem pense em comprar uma capinha robusta ou com pedaços de metal.  
  • Para usar o dispositivo enquanto carrega, é necessário usá-lo conectado à base. Distante da base ele não irá carregar. Porém, não é recomendada a utilização de nenhum aparelho enquanto ele é carregado.

Por: Giovanni Tomasco

Referências:

Shibukawa, G. H., Goveia, E. E., Andreola, R.. (2015) Transmissão de energia sem fio: estudo de elaboração de protótipo. IX EPCC

Daltio, Murilo Leonardelli. (2019). Sistema de transmissão de energia sem fio com ajuste automático de frequência de ressonância para maximização da potência transferida. Universidade Federal do Espírito Santo.

Andreola, Ricardo. (2018). Transmissão de energia sem fio: estudo por indução eletromagnética e acoplamento magnético ressonante. RECIT

Como funcionam os carregadores sem fio? (Acesso em: 25/06/2020) https://fisicaesuastecnologias.blogspot.com/p/1.html

Indução eletromagnética – Wikiwand (Acesso em: 24/06/2020) www.wikiwand.com/pt/Indu%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica