V NOITE ASTRONÔMICA DO CEMAB - 2008 e ciclo de oficinas durante o dia

Olá meninos!!

Aí estão algumas fotos da Noite Astronômica...Espero que tenham aproveitado e participado bastante!!

Abraços.

QUESTIONÁRIO 1 - CORRENTE E RESISTÊNCIA

QUESTIONÁRIO 1

1) São comuns dois submúltiplos da unidade de corrente elétrica: o miliampère (mA) e o microampère (µA).

Se mili indica a milésima parte e micro indica a milionésima pate da unidade, calcule as relações entre o ampère e esses submúltiplos.

2) A intensidade de corrente elétrica é mantida constante e igual a 500mA durante um minuto em um fio de prata.

a) Calcule a quantidade de carga de carga elétrica que atravessa uma secção reta desse fio durante esse intervalo de tempo.

b) Esboce o gráfico da intensidade de corrente (i) em função do tempo (t).

c) Interprete o significado físico da área sob esse gráfico.

3) Que vem a ser elétron livre? Que se entende por nuvem eletrônica? Onde é possível encontrar íons livres?

4) Qual a diferença entre condutores iônicos e condutores eletrônicos? Cite dois exemplos de cada um.

5) Que é corrente elétrica? Qual é o sentido convencional da corrente elétrica?

6) Qual a diferença entre corrente contínua e corrente alternada?

7) Como se determina a carga elétrica que atravessa um condutor a partir de um gráfico i x t?

8) Quando a corrente elétrica circula pelos elementos de um circuito elétrico fechado há alteração na intensidade de corrente que "entra" em cada elemento em relação à corrente que "sai" do mesmo?

9) Que ocorre com a energia elétrica transportada pelas cargas elétricas ao atravessarem:

a) uma pilha b) uma bateria c) uma lâmpada d) um ferro elétrico?

10) Por que um condutor se aquece ao ser percorrido por uma corrente elétrica? Qual o nome desse efeito?

11) Do que depende a resistência elétrica de um condutor? Qual sua unidade de medida no SI?

12) Que ocorre com a resistividade de um material quando sua temperatura é aumentada? Todos os materiais se comportam da mesma maneira? Cite exemplos.

13) Um condutor ôhmico apresenta resistência de 10 Ω e é percorrido por uma corrente de 3,0 A.

a) Calcule a tensão a que ele está submetido?

b) Calcule os valores da resistência e da itensidade de corrente se a tensão for aumentada 5 vêzes.

14) Assinale falso (F) ou verdadeiro (V) para cada uma das alternativas a seguir:

I - A resistência elétrica não depende da temperatura.
II - A resistência elétrica depende do material de que é feito o fio.
III - Quanto maior a área da secção transversal, maior a resistência elétrica.
IV - Quanto maior o comprimento, maior a resistência elétrica.
V - O inverso da resistência é chamado condutância.
VI - A condutância é medida, no SI, em siemens (S).

15) Um fio de resistência elétrica R tem comprimento L e área de secção transversal A. Estica-se esse fio até que seu comprimento dobre. Calcule qual será a nova resistência desse fio, supondo que não tenha havido alteração de sua resistividade nem de sua densidade.

16) Os metais são bons condutores elétricos, porque tem, no seu interior, um grande número de elétrons livres, que podem se deslocar de um ponto a outro do material.

Quando submetidos à ação de um campo elétrico, esses elétrons migram para os pontos de maior potencial, configurando dessa forma uma corrente elétrica.

Julgue os itens seguintes relacionados com o texto acima e também com o conhecimento de condução em metais:

(0) como os elétrons de condução têm o mesmo comportamento das moléculas de um gás, no interior do metal, é utilizada a expressão "gás de elétrons" para designar seu conjunto, ou "mar de Fermi", que foi quem primeiro descreveu sua propriedade.

(1) quando aplicamos uma ddp a dois pontos do metal, o campo elétrico passa a exercer forças sobre os elétrons de condução, o que faz sua velocidade variar.

(2) a corrente elétrica é constituída por um enorme número de elétrons, cada um dos quais se dirigindo lentamente ao pólo positivo.

(3) o filamento de uma lâmpada é um condutor metálico que se torna incandescente devido à corrente que percorre seu interior.

TEXTO 2 - O problema do mau contato

(Adaptado da obra: aprendendo Física, vol. 3, Marcos Chiquetto e outros).

Um dos problemas mais comuns em eletricidade é o mau contato. Ele pode ocorrer em qualquer ponto do circuito no qual haja contato entre dois condutores, por exemplo, numa emenda de fios, numa chave interruptora, num soquete de lâmpada, etc.

Geralmente, o mau contato é provocado por fixação insuficiente, devido a um parafuso mal apertado, uma mola enfraquecida num interruptor, uma lâmpada mal rosqueada, etc.

O grande problema do mau contato é que, se não for corrigido, sempre tende a piorar.

Um ponto de mau contato sempre apresenta maior resistência elétrica que o resto dos fios do circuito. Isso quer dizer que todo mau contato é um ponto de produção de calor.

Você aprendeu em Química que a velocidade das reações químicas sempre aumenta com o aumento da temperatura. Ora, todos os metais se oxidam, isto é, reagem com o oxigênio do ar, formando óxidos que se depositam em suas superfícies. A velocidade dessa reação, para o cobre, é muito baixa à temperatura ambiente, mas cresce na região do mau contato, devido à temperatura maior. Infelizmente, os óxidos que se formam são isolantes, o que aumenta mais a resistência elétrica no ponto do mau contato. Com isso, a temperatura aumenta mais ainda,o que aumenta a velocidade de oxidação. Assim, cria-se um ciclo vicioso, que só torna o roblema mais grave.

Esse problema é mais crítico em circuitos nos quais a intensidade de corrente é alta, como os chuveiros elétricos. Um mau contato no fio de um chuveiro elétrico vai fatalmente evoluir, até que o material de revestimento dos fios e as fitas isolantes comecem a se queimar. Portanto, ao detectar um mau contato, corrija-o imediatamente, pois mais cedo ou mais tarde você vai ter que consertá-lo.

O mau contato é perigoso, pois, não produzindo sobrecarga de corrente não provoca queima de fusíveis. Um mau contato num ponto de alta corrente, como uma chave geral, pode produzir um incêndio sem que os fusíveis se queimem.

" LEIA E ESTUDE, É FUNDAMENTAL PARA QUALQUER ATIVIDADE HUMANA."

ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA, UM BEM LIMITADO!

ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA, UM BEM LIMITADO!

Cleovam Pôrto
Introdução

Será que podemos contar com a energia em qualquer ocasião? Certamente você irá responder que sim, que devido à transformação de energia em outra, a conservação de energia, sempre será fácil obtê-la.

Porém isto é parte da história! Apesar de a energia não desaparecer, ela pode ficar muito escassa, inclusive para uso doméstico.

No Brasil, grande parte da energia provém de usinas hidrelétricas. Nelas, a água represada é utilizada para movimentar geradores eletromagnéticos que produzem corrente elétricas.

Na queda - d’água há transformação de energia potencial gravitacional em energia cinética. O movimento da água transfere movimento ao gerador eletromagnético, que o transforma em energia, chegando às cidades e distribuídas às nossas casas, etc.

Uso Racional de Energia Elétrica e Eletrodoméstico

O consumo de energia elétrica vem aumentando a cada ano em todo o Brasil. Em parte, isso ocorre porque o país está crescendo, o que significa mais indústrias, serviços, empregos etc. Mas por outro lado, há uma grande quantidade de desperdício, como a água, por exemplo, jorrando por aí, água pura para beber, lavando carros!

Além disso, há uma concentração do uso de energia elétrica no período das 18 às 21 horas. Essa é a hora em que as pessoas voltam do trabalho, do colégio etc. para suas casas. Desta forma, acendendo lâmpadas, ligando TV, tomando banho, ligam ventiladores ou aparelhos de ar condicionado; enfim, consomem muita energia ao mesmo tempo. Isso gera uma sobrecarga no sistema elétrico, podendo causar problemas no fornecimento.

Quando você economiza energia em sua casa, apartamento, chácara etc. você estará aliviando o seu bolso e economizando energia na sua casa, diminuindo a conta de energia sem perder nada do conforto que a vida lhe proporciona. Além disso, ajudando o Brasil a continuar crescendo sem problemas de abastecimento de energia.

Recomendações Gerais

· Sempre que você puder usar um aparelho elétrico fora do horário de pico (de 18 as 21 h), faça isto. É sinônimo de economia.

· Quando sair em viagem longa, desligue a chave geral da casa.

· O consumo de alguns eletrodomésticos, como geladeiras, freezers e aparelhos de ar condicionado, são medidos todo o ano por um centro de pesquisas do governo. Os campeões de economia nas suas respectivas categorias ganham Selo Procel de Economia de Energia. Na hora da compra, dê preferência a esses modelos.

Trabalho a ser desenvolvido de forma individual

Todos os alunos individualmente deverão desenvolver a atividade de forma individual, entregando esta na data definida. Para isto terá auxílio, de uma tabela anexa.

Um choque pode ter conseqüências mais sérias do que um susto

Os benefícios da energia elétrica todo mundo conhece. O que nem todo mundo sabe é que essa amiga do cotidiano pode nos causar sérias surpresas se não forem observados cuidados mínimos. Elas precisam ter consciência de que eletricidade mata e não é brincadeira! Portanto faça essas medidas com os aparelhos DESLIGADOS!

NOÇÕES DE CORRENTE ELÉTRICA

TEXTO I

CORRENTE ELÉTRICA

1. Corrente elétrica

Quando se fala da utilização da energia elétrica no cotidiano, na produção ou no transporte, tem-se em vista habitualmente o trabalho da corrente elétrica. A corrente elétrica é transportada da central elétrica ao consumidor por meio de fios.

O que é, portanto, a corrente elétrica que todos nós utilizamos no nosso cotidiano e o que é necessário para que ela surja e esteja disponível durante o período no qual precisamos?

A palavra “corrente” significa movimento ou fluxo de algo. Por exemplo, nos rios e nas canalizações corre a água, nos gasodutos, gás etc. Nestes casos costuma-se falar em corrente ou fluxo de água ou gás.

Mas o que é que se pode deslocar-se ou correr nos fios que ligam os consumidores à central elétrica? Já sabemos que nos corpos existem elétrons, cujo movimento explica diversos fenômenos de eletrização. O elétron possui uma carga elétrica negativa. Partículas maiores, os íons, são também portadoras de cargas elétricas. Portanto, nos condutores podem deslocar-se partículas carregadas de diversos tipos.

Corrente elétrica, portanto, é um movimento ordenado de partículas carregadas.

Para obter uma corrente elétrica no condutor, é necessário criar nele um campo elétrico. A ação deste campo faz com que as partículas carregadas, que podem se deslocar livremente neste condutor, se coloque em movimento no sentido da ação das forças elétricas, o que conduz o aparecimento da corrente elétrica.

No caso mais simples, a corrente elétrica surge num condutor que ligue um corpo carregado a um corpo não carregado ou a terra. Esta corrente é de muita curta duração, pois a carga do corpo eletrizado passa rapidamente para o outro corpo ou escoa para a terra. E quando o corpo perde a carga, desaparece o campo elétrico no condutor e, paralelamente cessa a corrente elétrica. Para que a corrente elétrica no condutor se mantenha durante um período bastante longo é necessário mantê-lo sob a ação do campo elétrico. No nosso caso, para alcançar este objetivo seria preciso fazer com que o corpo se mantenha permanentemente com carga, por exemplo, carregando-o com uma vareta eletrizada de vidro ou de ebonite. No entanto, não é difícil notar que este método de manutenção do campo no condutor não serve.

Na prática, o campo elétrico nos condutores é criado e pode ser mantido durante muito tempo pelas fontes de corrente elétrica.

Questões:

1. O que é que se tem em vista quando se fala da utilização prática da energia elétrica?
2. O que é a corrente elétrica?
3. O que é necessário fazer para que num condutor surja uma corrente?

2. Fontes de Corrente

As fontes de corrente elétrica têm sempre dois pólos, isto é, locais em que se acumulam cargas elétricas. Num dos pólos cumula-se a carga positiva e no outro a negativa. Entre os pólos existe um campo elétrico. Por isso, se os pólos estão ligados às extremidades de um condutor, por este condutor passa corrente elétrica.

Mas de onde surgem as cargas nos pólos da fonte de corrente?

Já sabemos que em cada corpo existem partículas carregadas negativamente, os elétrons, assim como prótons, cuja carga é positiva. Mas uma vez que o número de partículas de ambos os tipos nos corpos é igual, o corpo no seu todo não tem carga nenhuma (neutro). Se estas cargas forem divididas de forma a que uma parte de elétrons se acumule numa extremidade do corpo ficarão carregadas, isto é, formarão os pólos. Mas para dividir as cargas, é preciso realizar certo trabalho, pois os elétrons e os prótons atraem-se mutuamente.

Nas fontes de corrente realiza-se o trabalho de separação das cargas positivas das negativas. Mas, quando é realizado um trabalho, um tipo de energia transforma-se em outro. Nas diversas fontes de corrente em energia elétrica transformam-se outras espécies de energia.

Numa máquina elétrica, transforma-se em energia elétrica a energia mecânica.

O cientista italiano Alessandro Volta (1745 - 1827) observou o seguinte fenômeno. Quando numa solução ácida se colocavam placas de dois metais diferentes, numa das placas surgia uma carga negativa e na outra, uma positiva, isto é, formava-se uma fonte de corrente.

Esta fonte é chamada pilha galvânica de Volta (a palavra ”galvânica” é utilizada porque alguns dos fenômenos em que se baseia o elemento de Volta tinham sido descobertos antes disso pelo cientista Galvani).

Questões:

1. Como é composta uma fonte de corrente?
2. O que são os pólos duma fonte de corrente?
3. Como é constituída uma pilha de volta? (pesquise)!

Estudar e ler faz parte do crescimento individual e de uma grande nação!

ESTUDE E PESQUISE!

A FÍSICA DAS TEMPESTADES E DOS RAIOS

Marcelo M. F. Saba
Pesquisador do Grupo de Eletricidade Atmosférica.
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
C.P.515-12201-970
São José dos Campos,SP,Brasil
e-mail: saba@dge.inpe.br

Adaptado por CLEOVAM PÔRTO.

A Física das Tempestades e dos Raios

Como as nuvens se formam?

A origem de uma nuvem está no calor que é irradiado pelo Sol atingindo a superfície de nosso planeta. Este calor evapora a água que sobe por ser menos denso que o ar ao nível do mar. Ao encontrar regiões mais frias da atmosfera o vapor se condensa formando minúsculas gotinhas de águas que compõem então as nuvens.

Basta então calor e umidade?

Não. Na atmosfera a temperatura do ar diminui com a altura. Dependendo de quão rápida é esta diminuição, o crescimento de uma nuvem pode ser acelerado ou inibido. Alguns outros fatores podem também dar uma “mãozinha” para que a nuvem cresça: as montanhas, onde ventos batem forçando o ar quente subir, e as frentes frias, camadas de ar frio que funcionam como uma cunha empurrando o ar quente para cima. Sabemos ainda que para o vapor tornar-se uma gotinha d’água ele precisa encontrar na atmosfera partículas sólidas sobre as quais se condensar. Essas partículas estão sempre em suspensão no ar, mesmo nas regiões onde o ar é muito puro.

Todas as nuvens produzem relâmpagos?

Não. Somente as nuvens de tempestades, conhecidas como cumolonimbus, possuem os ingredientes necessários para produzir relâmpagos: ventos intensos, grande extensão vertical e partículas de gelo e água em diversos tamanhos.

Que aspecto tem as nuvens de tempestade?

Estas nuvens são enormes. Elas têm sua base em 2 ou 3 km e o topo em até 20 km de altitude! Podem ter 10 ou mesmo 20 km de diâmetro. Normalmente têm a sua base escura, pois a luz solar é absorvida e espalhada pelas partículas de água e gelo de que são formadas. O seu topo muitas vezes atinge a base da estratosfera (camada da atmosfera logo acima da troposfera, onde vivemos). Ao atingir a base da estratosfera, a nuvem não consegue mais subir, pois a temperatura nessa camada tende a aumentar devido à absorção do ultravioleta pela camada de ozônio. Assim ela se espalha horizontalmente na direção dos ventos nessa altitude, fazendo que a nuvem tenha o aspecto de uma bigorna. As nuvens de tempestade geralmente estão associadas a: chuvas torrenciais e enchentes, granizo ou “chuva de pedra”, ventos intensos ou “rajadas de vento”, e eventualmente os temíveis tornados. A quantidade de energia envolvida em apenas uma tempestade modesta é assustadora. Ela é várias vezes superior à energia liberada pela primeira bomba atômica detonada em um deserto dos Estados Unidos em 1945. A diferença é que a bomba atômica libera toda sua energia em uma fração de segundo, enquanto uma tempestade o faz durante um período de muitos minutos ou várias horas.

Qual o efeito das tempestades sobre o clima?

As tempestades são como grandes trocadores de calor. Ou seja, o ar que próximo ao chão encontrava-se, em dias de verão, a quase 40 °C, pode ser transportado até o topo da tempestade onde pode chegar com a temperatura de -70 °C. Existem estimativas de que o nosso planeta sem essas nuvens trocadoras de calor teria uma temperatura média 10 °C maior.

Por que as nuvens se eletrificam?

Ainda não há uma teoria definitiva que explique a eletrificação da nuvem. Há, no entanto, um consenso entre os pesquisadores de que a eletrificação surge da colisão entre partículas de gelo, água e granizo no interior da nuvem. Uma das teorias mais aceitas nos diz que o granizo, sendo mais pesado, ao colidir com cristais de gelo, mais leves, fica carregado negativamente, enquanto os cristais de gelo ficam carregados positivamente. Isso explicaria o fato de a maioria das nuvens de tempestade ter um centro de cargas negativas embaixo e um centro de cargas positivas na sua parte superior. Algumas nuvens apresentam também um pequeno centro de cargas positivas próximo à sua base.

Por que existem relâmpagos?

Quando a concentração de cargas no centro positivo e negativo da nuvem cresce muito, o ar que os circunda já não consegue isolá-los eletricamente. Acontecem então descargas elétricas entre regiões de concentração de cargas opostas que aniquilam ou pelo menos diminuem essas concentrações. A maioria das descargas (20%) ocorre dentro das nuvens, mas como as cargas elétricas na nuvem induzem cargas opostas no solo, as descargas podem também se dirigir a ele.

Quando e quem descobriu que os raios eram enormes descargas (faíscas) elétricas?

Em 1752, Benjamin Franklin propôs uma experiência para verificar se as nuvens possuíam eletricidade.Sugeria que uma pessoa subisse no alto de uma montanha em um dia de tempestade e verificasse se de uma haste metálica isolada do chão pulariam faíscas em direção aos dedos da sua mão. Era uma experiência arriscadíssima que ele mesmo não a realizou, talvez por não haverem montanhas suficientemente altas na Filadélfia, onde morava. Quem a realizou pela primeira vez foi Thomas François Dalibard, na França, em maio de 1752. Um mês depois, sem saber do sucesso da experiência na França, Franklin conseguiu uma maneira de a realizar na Filadélfia. Em um dia de tempestade empinou uma pipa e observou faíscas pularem de uma chave amarrada próximo da extremidade da linha à sua mão. Tanto uma como outra experiência não devem ser repetidas por ninguém. Várias pessoas morreram tentando repeti-las!

Como funciona o pára-raios?

Um pára-raios nem atrai nem repele os raios. Ele também não descarrega a nuvem como pensava Benjamin Franklin. Ele simplesmente oferece ao raio um caminho fácil até o solo que é ao mesmo tempo seguro para nós e para o que pretendemos proteger.

Quais os tipos de relâmpagos?

Aqueles que tocam o solo (80%) podem ser divididos em descendentes (nuvem-solo) e ascendentes (solo-nuvem). Os que não tocam o solo podem ser basicamente de três tipos: dentro da nuvem, da nuvem para o ar e de uma nuvem para outra. O tipo mais freqüente dos raios é o descendente. O raio ascendente é raro e só acontece a partir de estruturas altas no chão (arranha-céus) ou no topo de montanhas (torres, antenas). Os raios ascendentes têm sua ramificação voltada para cima.

O que é um raio bola?

O raio bola é o mais misterioso dos raios e, portanto o que mais intriga os cientistas. Ele já foi observado por milhares de pessoas e, no entanto não há até hoje medidas suficientes que possam comprovar qualquer uma das várias teorias elaboradas para explicá-lo. Normalmente o seu tamanho varia entre o de uma bola de ping-pong e o de uma grande bola de praia, e sua duração é em média 15 segundos; possui um colorido na maioria das vezes amarelado e luminosidade menor do que uma lâmpada de 100 W. Flutua pelo ar não muito longe do chão, e não segue necessariamente a direção do vento. Costuma desaparecer silenciosamente ou acompanhado de uma explosão.

Existem raios positivos e negativos?

Sim. Os raios têm a sua polaridade atribuída conforme o tipo de carga que neutralizam na nuvem. Portanto, se um raio neutralizar cargas negativas na nuvem ele é um raio negativo. Na prática não podemos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos adequados.

Quais as fases de um raio?

Um raio começa com pequenas descargas dentro da nuvem. Estas descargas liberam os elétrons que começarão seu caminho de descida em direção ao solo. Esse caminho de descida é tortuoso e truncado em passos de 50 metros, como que buscando o caminho mais fácil. Esta busca de uma conexão com a terra é muito rápida (330.000 km/h) e pouco luminosa para ser visto a olho nu. Quando essa descarga, conhecida como ‘líder escalonado’, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela uma outra descarga com cargas opostas, chamada de ‘descarga conectante’. Forma-se então o que é conhecido como o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. Por ele passa um gigantesco fluxo de cargas elétricas denominado ‘descarga de retorno’. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz.

O raio pisca?

Se houver cargas disponíveis na nuvem, uma outra descarga intensa (chamada ‘subseqüente’) pode acontecer logo após a primeira. Aproximadamente metade dos raios possui descargas subseqüentes. Eles são chamados de raios múltiplos. Em média o número de descargas subseqüentes em raios múltiplos é três, mas já foram observadas mais de 50 descargas subseqüentes em um mesmo raio. O tempo entre uma descarga e outra é, às vezes, suficientemente longo possibilitando ao olho humano ver não uma, mas várias descargas acontecendo no mesmo local; é quando vemos o raio piscar.

Sobe ou desce?

As duas coisas. Se pensarmos em termos das cargas elétricas que fluem no raio, concluiremos, como foi explicado anteriormente, que as cargas descem um bom trecho do caminho antes de se encontrarem com uma descarga que parte do solo subindo em direção a ela para formar o caminho do raio.

Por que os raios se ramificam?

A primeira descarga do raio geralmente apresenta-se muito ramificada pois no seu caminho até o solo as cargas elétricas buscam o caminho mais fácil (em termos de menor resistência do ar) e não o mais curto (que seria uma linha reta). O caminho mais fácil, geralmente em ziguezague, é determinado por diferentes características elétricas da atmosfera, que não é homogênea.

Qual a duração de um raio?

Um raio composto de várias descargas pode durar até 2 segundos. No entanto, cada descarga que compõe o raio dura apenas frações de milésimos de segundo.

Qual a sua voltagem e corrente?

A voltagem de um raio encontrase entre 100 milhões a 1 bilhão de Volts. A corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a corrente utilizada por 30 mil lâmpadas de 100 W juntas. Em alguns raios a corrente pode chegar a 300 mil Ampères!

Qual a energia envolvida em um raio?

Grande parte da energia de um raio é transformada em calor, luz, som e ondas de rádio. Apenas uma fração dela é convertida em energia elétrica. Sabemos que a duração de um raio é extremamente curta, assim, apesar dos grandes valores de corrente e voltagem envolvidos a energia elétrica média que um raio gasta é de 300 kWh, ou seja, aproximadamente igual à de uma lâmpada de 100 W acesa durante apenas quatro meses.

É possível utilizar a energia de um raio?

Para que pudéssemos utilizar essa energia, necessitaríamos não só capturá-la mas também armazená-la, o que é ainda impossível. Para capturar raios seria necessária uma quantidade muito grande de hastes metálicas para aumentar a chance de que fossem atingidas. No entanto, encontram- se em andamento pesquisas que tentam drenar as cargas elétricas das nuvens de tempestade com o auxílio de potentíssimos raios laser. A idéia é tentar, com o auxílio do laser, guiar o raio até um local onde fosse possível armazenar a sua energia.

Qual a sua espessura e comprimento?

O raio pode ter até 100 km de comprimento. Raios com esse comprimento geralmente envolvem mais de uma nuvem de tempestade. Apesar de seu grande comprimento, a espessura do canal de um raio é de apenas alguns centímetros.

Qual a temperatura de um relâmpago?

A temperatura é superior a cinco vezes a temperatura da superfície solar, ou seja, a 30.000 graus Celsius. Quando um raio atinge e penetra solos arenosos a sua alta temperatura derrete a areia, transformando-a em uma espécie de tubo de vidro chamado fulgurito.

O que é o trovão?

Muita gente acha que o trovão é o barulho causado pelo choque entre nuvens. Esta idéia é errada e muito antiga. Lucrécio (98-55 a.C.) acreditava que tanto o raio como o trovão eram produzidos por colisões entre nuvens. Na verdade é o rápido aquecimento do ar pela corrente elétrica do raio que produz o trovão. Assim como uma corrente elétrica aquece a resistência de nossos aquecedores, a corrente do raio, ao passar pelo ar (que é um péssimo condutor), aquece-o e ele se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. Nos primeiros metros a expansão ocorre com velocidade supersônica. Um trovão intenso pode chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock.

Como saber se o raio “caiu” perto?

A luz produzida pelo raio chega quase que instantaneamente na vista de quem o observa. Já o som (trovão) demora um bom tempo, pois a sua velocidade é aproximadamente um milhão de vezes menor. Para saber a que distância aconteceu o raio, comece a contar os segundos ao ver o seu clarão e pare de contar ao ouvir o seu trovão. Divida o número obtido por três e você terá a distância aproximada do raio até você em quilômetros. Essa conta se explica se tivermos em conta que a velocidade do som é de aproximadamente 330 m/s, ou seja, um terço de quilômetro por segundo.

Se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?

O som do trovão inicia-se com a expansão do ar produzida pelo trecho do raio que estiver mais próximo do observador e termina com o som gerado pelo trecho mais distante (sem considerar as reflexões que possa ter). Como vimos, o canal do raio pode ter dezenas de quilômetros. Assim, o som gerado por uma extremidade que esteja muito distante pode chegar dezenas de segundos depois de ouvirmos o som gerado por um trecho do canal que estiver mais próximo.

A que distância pode-se ouvir o trovão?

Um trovão dificilmente pode ser ouvido se o raio acontecer a uma distância maior do que 25 quilômetros. Isso deve-se à tendência que o som tem de curvar-se em direção a camadas de ar com menor temperatura (refração). Como a temperatura da atmosfera geralmente diminui com a altura, o som do trovão curva-se para cima passando por cima do observador.

Além da luz, o raio produz alguma outra radiação?

Além de produzir luz, o raio produz ondas eletromagnéticas em várias outras freqüências, inclusive raios-X. É comum ouvirmos ruídos e chiados ao sintonizarmos uma rádio AM em dia de tempestade. Isso ocorre porque o raio também produz ondas nesta faixa de freqüência. Graças a essa característica, antenas sincronizadas podem localizar o local de sua ocorrência com precisão simplesmente recebendo a onda eletromagnética produzida pelos raios.

O que são os raios induzidos?

Uma grande dificuldade no estudo dos raios é não poder reproduzi-los em laboratório. Como a natureza não avisa onde e quando o raio vai ocorrer, uma maneira alternativa de estudá-lo consiste em provocar o raio para que aconteça próximo aos instrumentos de medida e no momento em que estiverem preparados. Para que isso aconteça, foguetes especialmente preparados são lançados em direção à base de uma nuvem de tempestade. Eles têm aproximadamente 1 metro de comprimento e levam consigo uma bobina de fio de cobre que se desenrola ao longo da subida. O fio de cobre atua como um gigante pára-raios cuja presença induz a ocorrência do raio. A corrente elétrica do raio passa pelo fio e por instrumentos de medida na base de lançamentos. Outras medidas podem ser feitas também ao redor da base. Raios induzidos foram feitos pela primeira vez no Brasil na sede do INPE em Cachoeira Paulista, em novembro de 2000.


NOTAS:
Mais informações sobre o assunto podem ser encontradas na internet: http://www.lightning.dge.inpe.br/ e com o autor, Marcelo Saba, pelo e-mail: msaba@dge.inpe.br .
Osmar Pinto Jr. e Iara de A. Pinto. Relâmpagos. Ed.Brasiliense,1996.

LER É UMA FORMA DE ESTIMULAR A SUA INTELIGÊNCIA

UMA DAS FORMAS MAIS IMPORTANTES DE ESTIMULAR O NOSSO CÉREBRO É A

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LIVROS RECOMENDADOS

1) FÍSICA - A evolução dos vestibulares da UnB 90/96 -Ed. UnB
Autor: Cleovam Pôrto.

2) O UNIVERSO DOS QUANTA - Ed. FTD e CHC / USP
Autor(es): Olival Freire Jr. e Rodolfo Alves Carvalho.

3) FÍSICA CONCEITUAL - Ed. Artmed
Autor: Paul G. Hewitt

4) ASTRONOMIA - GUIA ILUSTRADO ZAHAR - Ed. Zahar
Autor: Ian Ridpath

5) RELÂMPAGOS - Ed. Brasiliense
Autor: Osmar Pinto Jr. e Iara Almeida Pinto

ELETRICIDADE E SUAS APLICAÇÕES

A ELETRICIDADE E SUAS APLICAÇÕES - FÍSICA - 2008


Prof. Cleovam Pôrto (organizador)


OPINIÃO / ENTREVISTA*

1) Pergunta – A eletricidade é perigosa ?
Resposta – É muito perigosa. Nossas casas recebem tensões de 110 V, 127 V ou 220 V, dependendo da sua localização. Qualquer dessas tensões é capaz de matar uma pessoa.

2) P – Mas não é a corrente elétrica que mata ?
R – Sim, mas não existe corrente elétrica sem tensão. Na verdade, uma corrente elétrica de 30 miliampères, passando pelo coração, já é perigosa. Se atingir os 50 miliampères, pode ser fatal. O corpo de uma pessoa adulta tem uma resistência elétrica que varia de 2000 Ω** a 5000 Ω ( para crianças, esses valores são ainda menores). Se a gente multiplicar o menor valor de corrente que oferece perigo – 30 miliampères ou 0,03 ampères – pela menor resistência elétrica do corpo de uma pessoa adulta – 2000 Ω - vamos obter a menor tensão que já oferece perigo, ou seja: 0,03 A x 2000 Ω = 60 V. Essa é quase a tensão máxima a que um adulto pode ser submetido sem muito perigo. Como se vê, ela é bem menor do que a fornecida pelas companhias de eletricidade. Imagine agora uma situação mais perigosa: uma pessoa com baixa resistência elétrica – 2000 Ω - submetida à maior tensão doméstica, 220 V. Seu corpo será percorrido por uma corrente elétrica de 110 mA, mais do que o dobro dos 50 mA fatais! E 220 V é provavelmente, a tensão doméstica mais comum em nosso país.

3) P – E no caso de uma criança ?
R – Aí a situação fica mais grave porque a sua resistência elétrica – e física também – é ainda menor. Para crianças, o valor máximo de tensão a que ele pode ser submetida, sem perigo, em qualquer situação, é 24 V.

4) P – Existem padrões internacionais de segurança ?
R – Claro. Existem normas estabelecendo o valor de 65 V com tensão máxima de contato para um adulto. No entanto, uma pessoa pode estar em condições adversas: descalça, molhada ou com as mãos suadas, por exemplo. Nesses casos, as tensões limites são de 42 V para adultos.

5) P – Por que os passarinhos que pousam nos fios elétricos não são eletrocutados ?
R – Porque as duas patas do passarinho estão ligadas ao mesmo potencial e, para que haja corrente elétrica, é preciso que haja uma diferença de potencial. É o que estamos chamando de tensão. Por isso, as tomadas tem pelo menos, dois pinos, o que equivale a uma entrada e uma saída. Sem isso, não pode haver um circuito, e, sem circuito, não há corrente elétrica.

6) P – Então uma criança pode enfiar o dedo no buraco da tomada ?
R – NÃO! Isso é ainda mais perigoso do que colocar dois dedos da mesma mão em cada buraco!

7) P – Mas não existe um só pólo ? Como há corrente ?
R – Aí é que está o problema. Não existe só um pólo. Toda instalação elétrica tem sempre, pelo menos, um terminal da rede elétrica ligado à terra. Isso é necessário para que, caso haja algum defeito de isolação numa ligação qualquer, a corrente elétrica possa ter por onde escoar. Senão, ela pode atingir a primeira pessoa que encoste em algum lugar que tenha contato com essa ligação. Por isso, a terra funciona também como um terminal de tensão. Se uma criança descalça ou, pior ainda, de joelhos, enfiar o dedo na tomada, o perigo é enorme. Se ela estiver sobre um piso cerâmico ou encostar a outra mãozinha na parede, pode levar um choque muito forte, chegando até a ser fatal!

8) P – E por que colocar um só dedo é mais perigoso que colocar dois dedos da mesma mão ?
R – Porque colocando dois dedos, embora o choque seja inevitável, a corrente elétrica deve passar apenas pelos dedos. Certamente, vai queimar e doer muito, mas não será fatal. Agora, imagine a criança com o dedo num pólo da tomada e a outra mãozinha encostada na parede. É fácil perceber que, nesse caso, a corrente elétrica vai passar pelo corpo da criança e, nesse percurso, estará o seu coração. Por isso, o perigo é maior.

9) P – Por isso é que é perigoso soltar pipas perto da rede elétrica ?
R – Exatamente. Os fios da rede elétrica, principalmente os de alta tensão, são fios nus, desencapados. As linhas que se usam para soltar pipas são isolantes, para as tensões domésticas. Mas, para as altas tensões da rede, elas se tornam condutoras. Se a linha da pipa encostar ou enroscar-se num desses fios e a criança estiver descalça, ou encostar em algum muro ou parede, estabelecendo um contato com a terra, fecha-se o circuito e ela pode se ferir gravemente. Isso porque nesse caso, também, a corrente elétrica vai atravessar todo o seu corpo, podendo passar pelo coração.

10) P – Se a linha da pipa às vezes é condutora e às vezes não é, como a gente sabe quando um corpo é condutor ?
R – Em geral, quando se fala em condutores e isolantes, fica subtendido que estamos pensando em tensões domésticas, que não ultrapassam os 220 V. Nesse caso, quase tudo que não é metal pode ser considerado isolante. Plástico, vidro, borracha, madeira, papel e até linhas de pipa. Mas para tensões muito altas, como a da rede elétrica, talvez só o plástico, o vidro e a borracha sejam confiáveis.

11) P – Quer dizer que a água não é muito isolante ? Então é perigoso tomar banho de chuveiro elétrico ?
R – Se a resistência elétrica não for blindada e tiver contato direto com a água, existe algum perigo. Pode acontecer de a resistência queimar, interrompendo o circuito do chuveiro, e a corrente passar para o corpo da pessoa através da água. Mas os riscos dessa corrente não são muito grandes, ela tende a percorrer apenas a superfície do corpo.

12) P – Tudo isso significa que a gente corre muito perigo em casa ?
R – Não. Uma instalação elétrica bem feita é absolutamente segura. O perigo ocorre quando ela não é feita por profissionais ou quando se fazem as famosas gambiarras.

13) P – Como socorrer uma pessoa que está sofrendo uma descarga elétrica ?
R – Em primeiro lugar, nunca se deve tocar na pessoa atingida porque a corrente elétrica passa de uma pessoa para outra. Deve-se desligar as chaves, desarmar os disjuntores ou tirar os fusíveis, interrompendo a corrente elétrica. Se isso não for possível, deve-se isolar a pessoa atingida com material isolante, como caibros de madeira, por exemplo.
Em seguida iniciar, imediatamente, uma respiração artificial. E uma outra pessoa deve chamar um médico. Não se deve interromper a respiração artificial, nem mesmo para pedir socorro.

*Ω = ohms; grandeza física que mede a resistência elétrica.

** Gaspar, Alberto, A eletricidade e suas aplicações. Editora Ática. São Paulo, 1996.


OS ELÉTRONS SÃO RÁPIDOS, MAS A CORRENTE É LENTA***

Quando acendemos uma lâmpada, não notamos nenhuma demora entre o instante de acionamento do interruptor e o instante de acendimento da lâmpada.
À primeira vista, poderíamos imaginar que os elétrons se deslocam rapidamente pelo fio, já que a corrente parece atingir a lâmpada instantaneamente.
No entanto, essa conclusão apressada é falsa: a velocidade média dos elétrons é da ordem de milímetros por segundo. A corrente elétrica se estabelece rapidamente no fio inteiro por que as forças elétricas atingem os elétrons com a velocidade da luz.
Assim, quando acionamos o interruptor, os elétrons livres do fio inteiro começam a se mover praticamente ao mesmo tempo. Os elétrons do filamento da lâmpada, do interruptor e dos fios entram em movimento quase simultaneamente. Tudo se passa como se os elétrons fossem bolinhas amarradas num barbante; puxando o barbante, todas as bolinhas entram em movimento juntas.
Na verdade, essa idéia das bolinhas funciona como uma descrição do movimento médio dos elétrons. Se pensarmos em cada elétron livre isoladamente, o movimento é mais complexo: devido à agitação térmica eles já têm movimento mesmo antes de a lâmpada ser acesa.
Em qualquer metal, os elétrons livres se movem com velocidades muito altas, da ordem de milhares de quilômetros por segundo. Chocam-se continuamente com os átomos, percorrendo trajetórias caóticas em ziguezague, mas seu deslocamento médio é nulo.
Quando é aplicada no fio uma diferença de potencial, os elétrons passam a avançar entre um choque e o próximo. Esse avanço é que é lento, da ordem de milímetros por segundo.

(*** Adaptado: Aprendendo física vol. 3, Marcos Chiquetto e outros, Editora Scipione )

COMO FUNCIONA O FORNO DE MICROONDAS

Imagine um cercado com bolas de ping-pong e alguns bastões todos em repouso. Agora imagine que os bastões subitamente comecem a girar para um lado e para o outro, como hélices semi-giratórias, golpeando com isso as bolas de ping-pong adjacentes.

Um forno de microondas funciona de maneira semelhante. Os bastões são as moléculas de água ou outras moléculas polares, obrigadas a girar de um lado para o outro, em ritmo com as microondas enclausuradas no interior do forno. As bolas de ping-pong são as moléculas não-polares que constituem a maior parte da massa dos alimentos em cozimento.

Cada molécula de água é um dipolo elétrico que tende a se alinhar com o campo elétrico, da mesma forma que a agulha de uma bússola tende a se alinhar com um campo magnético. Quando o campo elétrico começa a oscilar, as moléculas de água também fazem o mesmo. E quando a frequência de oscilação do campo se iguala a sua própria frequência natural, as moléculas de água passam a se movimentar muito energicamente - em ressonância. A comida é cozida por uma espécie de "atrito cinético", quando o movimento semigiratório das moléculas de água (ou de outras moléculas polares) comunicam a agitação térmica às moléculas circundantes. As paredes metálicas do forno refletem as microondas para cá e para lá, cozinhando rapidamente os alimentos.

Papel seco, pedaços de placas de isopor ou outros materiais recomendados para uso em fornos de microondas não contém água ou outras moléculas polares, de modo que asmicroondas os atravessam sem efeito algum. O mesmo acontece com o gelo, onde as moléculas de água estão em posições fixas e não podem oscilar de um lado para o outro. (Física Conceitual - Paul G. Hewitt).

CONDUTORES E ISOLANTES, SEMICONDUTORES E SUPERCONDUTORES.

• CONDUTORES E ISOLANTES

É facil estabelecer uma corrente elétrica em metais porque um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Ao contrário, eles são praticamente livres para vagar pelo material.

Tais materiais são chamados de condutores. Os metais são bons condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual sãobons condutores de calor. Os elétrons de suas camadas mais externas estão "frouxos".

Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados e pertencem de fato a átomos individuais. Eles não são livres para vagar por entre os outros átomos do material. Consequentemente, não é fácil fazê-los fluir. Esses materiais são maus condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual eles são normalmente maus condutores de calor. Esses materiais são chamados isolantes.

Todas as substâncias podem ser ordenadas de acordo com sua facilidade de conduzir corrente elétrica. No topo dessa lista, situam-se os bons condutores, e no fim os bons isolantes. As extremidades da lista estão muito distantes. A condutividade de um metal, por exemplo, pode ser mais do que um milhão de trilhão de vezes maior do que a de um isolante como o vidro. Num fio elétrico duplo comum, os elétrons fluem por vários metros do fio em vez de fluirem diretamente de um fio para o seu vizinho através dos poucos centímetros do siolamento de borracha que os separa.

• SEMICONDUTORES

Uma determinada substância pode ser classificada como condutora ou isolante, dependendo de quão fortemente seus átomos seguram os elétrons. Um pedaço de cobre é um bom condutor, enquanto um de madeira é um bom isolante. Certos materiais tais como o germânio e o silício, entretanto, não são bons condutores nem bons isolantes. Esses materiais caem no meio da faixa de resistividade elétrica, sendo condutores medíocres em sua forma cristalina purae tornando-se excelentes condutores quando apenas um átomo em 10 milhões é substituído por uma impureza, que adiciona ou retira elétrons da estrutura cristalina. Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e algumas vezes como condutores são chamados de semicondutores. Camadas finas de materiais semicondutores empilhadas juntas formam os transistores, usados para controlar o fluxo de corrente em circuitos, detectar e amplificar sinais de rádio e produzir oscilações elétricas em tranmissores; atuam também como chaves digitais. Esses minúsculos sólidos foram os primeiros componentes elétricos em que materiais com características elétricas diferentes não foram conectados por fios, mas unidos fisicamente numa só estrutura. Eles requerem muito pouca potência e, usados normalmente, duram longo tempo.

Um semicondutor também conduzirá eletricidade quando luz de cor apropriada incidir nele. Uma placa de selênio puro normalmente é um bom isolante, e qualquer carga elétrica colocada sobre sua superfície ali permanecerá por longos períodos, desde que esteja escuro. Se a placa for exposta à luz, entretanto, a carga escapará para fora da placa quase que imediatamente. Se uma placa de selênio carregada for exposta a um padrão luminoso, tal comoo padrão de claro e escuro que constitui esta página, por exemplo, a carga escapará apenas das áreas expostas à luz. Se um pó plástico preto fosse espalhado sobre ela, ele grudaria apenasnas áreasue estão carregadas, onde a placa não foi exposta à luz. Agora, se um pedaço de papel, com uma carga elétrica localizada sobre seu verso, fosse colocado sobre a placa, o pó plástico preto seria transferido para o papel, formando o mesmo padrão que digamos, o desta página. Se o papel fosse, então, aquecido de modo a derreter o plástico e a fundí-lo com o papel, você poderia pagar alguns centavos por ele, e chamá-lo de cópia xerox.

• SUPERCONDUTORES

Um condutor ondinário oferece apenas uma pequena resistência ao fluxo de carga elétrica. Um isolante oferece uma resistência muito maior (abordaremos o tópico sobre resistência elétrica mais à frente). Notavelmente, a temperaturas suficientemente baixas, determinadas materiais adquirem resistência nula (ou condutividade infinita) ao fluxo de carga. Esses são os materiais supercondutores. Uma vez que a corrente elétrica tenha sido estabelecida num supercondutor, ela fluirá indefinidamente. Sem resistência elétrica alguma a corrente passa pelo material sem sofrer perda de energia: nenhum aquecimento ocorre durante o fluxo da carga. A supercondutividade em metais próximos ao zero absoluto foi descoberta em 1911. Em 1987, foi a descoberta a supercondutividade em"altas" temperaturas (acima de 100 K) num composto não -metalico. Presentemente, estão sendo objeto de intensas pesquisas materiais que são supercondutores tanto em baixas como em altas temperaturas. As potenciais aplicações incluem transmissão de energia agrandes distâncias sem perdas e veículos de alta velocidade magneticamente levitados, para substituir os trens.

O QUE É FÍSICA

FÍSICA É A CIÊNCIA DAS COISAS NATURAIS

Por intermédio dela, procuramos compreender o mundo em que vivemos, interagindo com ele como se fosse um jogo de detetive. Formulamos questões sobre a natureza, fazemos hipóteses sobre o seu funcionamento e investigamos, pormeio de experimentos, a validade de nossas idéias. Quando nossas questões são particurlamente boas ou nossos experimentos especialmente astutos, a natureza nos responde de forma inusitada abrindo uma nova porta para o nosso entendimento de como o mundo funciona.
Por ser uma ciência básica, as idéias fundamentais da Física estão presentes em todas as outras ciências, da Biologia à Química, da Astronomias à Geologia.
Compreender o mundo permitefazer muitas coisas (invenções, aplicações, criar tecnologia) mas não buscamos compreender o mundo apenas para produzir algo objetivo.

VOCÊ SABIA?

A localização na Terra pelo sistema de posicionamento global (GPS),formado por um conjunto de satélites, só é possivel graças a relógios atômicos governados por efeitos quânticos e sujeitos a correções de tempo da teoria da relatividade. (SBF)

FÍSICA HOJE

Dado o conteúdo tecnológico da sociedade em que vivemos e as perspectivas de um futuro ainda mais tecnológico, a formação em Física torna-se importante para diversas profissões.

MEDICINA

O primeiro prêmio Nobel outorgado na área de Física, em 1901, foi para Wilhelm C. Röntgen, pela descoberta do raio - X. Ele foi tão perspicaz que imediatamente percebeu uma aplicação possível inventou a radiografia.

Por muito tempo esta foi a única técnica de imagem interna disponível para diagnósticos médicos. Técnicas de imagem médica baseada em outros processos físicos, como ressonância magnética ( prêmio Nobel de Física em 1944 e 1952 e de Medicina em 2003) e emissão de pósitrons (prêmio Nobel de Física em 1933, 1936 e 1939), tornaram-se corriqueiras a partir dos anos 1980: imagem por ressonância magnética (MRI) e tomografia por emissão de pósitrons (PET).Isso ilustra o caráter profícuo de descobertas em Física para aplicações que visem ao bem estar da humanidade.

(A descoberta dos raios-X levou à primeira técnica de diagnóstico médico por método de imagens internas, gerando grandes avanços na medicina)

POLÍTICA

Na esfera política, decisões importantes terão de ser tomadas em tópicos que vão desde meio ambiente à futura base energética nacional, passando por transgênicos e clonagem terapêutica. É importante que a sociedade e seus representantes sejam devidamente esclarecidos por assessores com boa formação científica.

VESTUÁRIO ESPORTIVO

Nos últimos anos, tem sido cada vez mais importante o desenvolvimento de trajes adequados para o desempenho de elite nos diferente esportes. Por exemplo, na natação, a quebra de recordes foi facilitada por trajes de corpo inteiro que minimizam o atrito com a água.

(O domínio do processo física chamado ressonância magnética levou à tomografia). (SBF)

FÍSICA É A CIÊNCIA DAS COISAS NATURAIS

Por intermédio dela, procuramos compreender o mundo em que vivemos, interagindo com ele como se fosse um jogo de detetive.Formulamos questões sobre a natureza, fazemos hipóteses sobre o seu funcionamento e investigamos, por meio de experimentos, a validade de nossas idéias.Quando nossas questões são particulamente boas ou nossos experimentos especialmente astutos, a natureza nos responde de forma inusitada abrindo uma nova porta para o nosso entendimento de como o mundo funciona.
Por ser uma ciência básica, as idéias fundamentais da Física estão presentes em todas as outras ciências, da Biologia á Química, da Astronomia á Geologia.
Compreender o mundo permite fazer muitas coisas ( invenções, aplicações , criar tecnologia) mas não buscamos compreender o mundo apenas para produzir algo objetivo.(SBF)