Ao projetar um conjunto de microfone no outro dia, eu cheguei a uma cápsula de microfone condensador do Electret sem pensar. Para ser estritamente preciso pedi um pacote deles, esses pequenos microfones cilíndricos são de altíssima qualidade por seu preço relativamente pequeno.

Foi somente ao submeter o pedido que tive um pensamento pela primeira vez na minha vida: O que é um microfone condensador de electrões?

Um microfone condensador é suficientemente fácil de explicar. É um condensador formado a partir de uma folha condutora muito fina que funciona como o diafragma, montado na frente de outro condutor, geralmente um pedaço de malha. As ondas sonoras fazem vibrar o diafragma e essas vibrações alteram a capacitância entre o diafragma e a malha.

Se essa capacitância for incorporada em um circuito RC com uma impedância muito alta e uma alta tensão for aplicada, uma carga quase constante é colocada sobre ele. Como a carga permanece constante, a alteração da capacitância causa uma pequena flutuação de tensão que pode ser recuperada como o sinal de áudio do microfone. Microfones condensadores construídos dessa forma podem ser de qualidade extremamente alta, mas vêm às custas de precisar de uma fonte de alimentação de alta voltagem para alimentar a carga e um amplificador para amortecer e ampliar o áudio. wdwd

O microfone condensador do eletreto que comprei para centavos é um microfone condensador, então por que não há alimentação de alta voltagem? A resposta vem do material que compreende seu diafragma, um eletreto é um material que carrega uma carga permanente sem a necessidade de uma fonte de alta tensão para mantê-lo. O microfone com eletreto funciona exatamente da mesma forma que qualquer outro microfone condensador, mas a carga permanente em seu diafragma do eletreto é suficiente para produzir uma tensão recuperável através dele. A cápsula conterá um FET como um buffer de alta impedância para fornecer uma saída utilizável com uma fonte DC de uma única célula AA.

Então, tendo respondido à pergunta sobre o que é um microfone condensador de eletreto, resta uma pergunta mais fundamental: o que é exatamente um eletreto? Certamente não pode ser possível que um material retenha uma carga elétrica indefinidamente, isso é mágico, certo? Uma busca na web encontra algumas pessoas que parecem pensar assim, pois parece que os eleitores têm uma multidão de “pensadores alternativos” que procuram meios para colher essa carga estática como fonte de energia livre. Claramente alguma informação significativa é necessária, e para isso nos dirigimos aos muitos professores de química e física que colocaram seus materiais de curso online.

Dipolos, How Do They Work?

Um dipolo, em sentido químico, é uma molécula que possui uma diferença de carga eléctrica entre as suas diferentes partes. Em uma extremidade pode ser um grupo funcional com excesso de elétrons, enquanto na outra pode ser um grupo com déficit de elétrons. Um exemplo comumente citado de uma molécula com esta propriedade é a água, ela forma uma molécula H-O-H em forma de V com o oxigênio em seu ponto tendo uma carga negativa maior e os hidrogênios em seus pontos tendo uma carga positiva maior.

Um sólido feito de moléculas que contêm dipolos não tem uma carga estática, porque esses dipolos estão alinhados em uma ordem aleatória de modo que não ocorre nenhum gradiente de carga. Mas se todas as moléculas de um sólido pudessem ser alinhadas de tal forma que seus dipolos corressem na mesma direção, então suas extremidades negativas e positivamente carregadas seriam dispostas de trás para a frente. Pense neles como uma grande pilha de baterias em série, com o lado do material para o qual seus pólos negativos apontam tornando-se rico em elétrons e aquele para o qual seus pólos positivos apontam tornando-se deficientes neles.

É importante enfatizar que a analogia da bateria funciona apenas na medida em que ajuda a visualizar como os dipolos se alinham para criar um gradiente de carga unificado, e não para dar uma impressão de se comportar como se fossem uma bateria real. Para que um material de eletreto possua uma carga persistente, ele também deve ser um isolante, pois se fosse um condutor elétrico, a carga simplesmente se conduziria e se neutralizaria. Assim, nenhuma corrente pode fluir de um material de electret, e os sonhos de energia livre dos nossos pensadores alternativos na web devem inevitavelmente chegar a nada.

Electret DIY

Conhecendo agora o que é um material de electret, a próxima pergunta de qualquer leitor de Hackaday que se preze deve ser “Como posso fazer um? Para a qual a resposta é surpreendentemente simples, e você ficará satisfeito em ouvir uma que você tem uma chance de fazer você mesmo. Um sólido contendo moléculas com um dipolo é derretido e permitido fazer frio e solidificar na presença de um grande campo elétrico. Esta descrição de fazer um electrão, escrito por nós, deve levá-lo a começar na sua cozinha bem equipada, assumindo que a sua cozinha está equipada com uma fonte de alimentação de 30 kV.

Uma grande variedade de materiais pode ser usada para produzir electrões, incluindo uma série de polímeros normalmente disponíveis. Também existem electrets naturais dos quais o quartzo é um exemplo, e substâncias naturais das quais podem ser fabricados, tais como cera de carnaúba, cera de abelha e colofónia. Este PDF tem uma lista de alguns dos materiais e em particular dos polímeros (página 5).

Se você mesmo decidir fazer um material de eletreto, além de replicar um microfone de poucos centavos com grande esforço, que uso você poderia fazer dele? Uma pesquisa de Patentes do Google retorna aplicações acústicas esmagadoramente, com uma longa lista de microfones, transdutores e aparelhos auditivos. No entanto, existem alguns outros utilizados, por exemplo, um filtro de ar no qual a carga retida pelo electrão é suficiente para reter partículas de poeira carregadas no fluxo de ar. Há menções passadas online de seu uso passado como elementos de foco para displays CRT, e a página do eletret da Wikipedia menciona seu uso em fotocopiadoras, mas nenhuma dessas aplicações tem muita outra informação. Talvez seja melhor considerar a fabricação de eleitores domésticos como uma daquelas curiosidades que você pode apenas tentar porque você pode.

Se você fizer um eletret com sucesso, nós imploraríamos que você o escrevesse e o enviasse para nossa linha de dicas.

Electret imagens de cápsulas de microfone em banner: Engineer’s Garage.