O maravilhoso espetáculo dos raios

 

Valter Luiz Líbero
Instituto de Física de São Carlos, IFSC-USP
Email: libero@ifsc.usp.br

 

Poucos fenômenos da natureza despertam tanto nossa atenção como os raios, ou relâmpagos. Apesar de muitas vezes nos amedrontarem, há uma beleza intrínseca no brilho, na grande extensão espacial, suas ramificações no céu e até mesmo no barulho que causam, denominado trovão. No entanto, as causas e os mecanismos de origem dos raios não são muito conhecidos, e poucas pessoas sabem que são essenciais para o nosso planeta, estando associados até mesmo à evolução da vida no nosso planeta.

Em essência, os raios são descargas elétricas originadas pelo acúmulo de cargas opostas entre duas regiões da atmosfera. O fluxo de carga pode ocorrer de uma nuvem para outra, de uma nuvem para a superfície da Terra, ou de uma estrutura metálica alta para a nuvem, sendo este caso bem menos frequente (cerca de um em cada 100 raios sobem). O mecanismo de origem dos raios é complexo e ainda motivo de estudos. Basicamente, ao se formar uma nuvem de tempestade (aquelas escuras), devido aos processos de evaporação da água, há ciclos de transformação de água líquida em cristais de gelo e em granizos, isso em grandes alturas. Nesses ciclos, por colisão, os granizos ficam com cargas negativas e por serem mais pesados concentram-se na base da nuvem; os cristais de gelo ficam carregados positivamente e se espalham pela nuvem. Com isso há o surgimento de um campo elétrico dentro da nuvem que ao atingir um valor crítico (capaz de romper a rigidez dielétrica ou isolação elétrica do ar) possibilitará a descarga elétrica nuvem-nuvem; esses são os raios mais frequentes. Há também a formação de um campo elétrico entre a nuvem e a superfície da Terra, que ao romper a isolação do ar também origina um raio descendente, chamado precursor, mas esse nós não vemos. Esse mesmo campo elétrico induz cargas de sinal oposto na superfície terrestre, que podem iniciar um movimento de subida de cargas; é o raio ascendente, que também não vemos. Esses dois raios precursores, cujos caminhos são ramificados, podem se encontrar e assim fechar um caminho nuvem-terra (como se um finíssimo fio condutor fosse ligado entre nuvem e terra), pelo qual se inicia uma descarga de altíssima intensidade, torna o ar um plasma muito aquecido favorecendo ainda mais a passagem das cargas. Esse é o raio que vemos. O aquecimento súbito do ar provocado por esse raio intenso e a consequente expansão do ar dá origem ao trovão. Podem ocorrer outras descargas pelo mesmo caminho precursor. Assim, o raio pode ser visto como regulador de um equilíbrio elétrico necessário entre céu e terra.

Os raios não são manifestações de alguma falha, ou mesmo de descuido nosso para com o planeta. Sempre existiram e desempenharam papel fundamental no processo de formação da vida no nosso planeta; na verdade até hoje desempenham. Uma boa parte do ozônio de nossa atmosfera origina-se em descargas atmosféricas. Raios ocorrem também em outros planetas, principalmente nos gigantes gasosos Júpiter e Saturno. Somente uma estatística mais aprimorada, que já está em curso, pode revelar se está havendo algum desequilíbrio na quantidade de raios, e as conseqüências disso para o nosso planeta.

Tipicamente, a tensão elétrica, isto é, a força em volts, necessária para um raio ocorrer é da ordem de um milhão de vezes aquela que utilizamos em nossas casas (tipicamente 110 volts). A corrente elétrica, que é o fluxo de carga presente num raio, é cerca de 2000 vezes a que circula numa residência (tipicamente 50 ampères com chuveiro ligado). A temperatura do ar ao redor de um raio pode alcançar 25 mil graus. No entanto, apenas uma fração da energia do raio está na corrente elétrica, sendo a maior percentagem contida na forma de calor, radiação eletromagnética (luz e ondas de rádio), e como o processo todo, desde a formação dos precursores até a descarga final, dura cerca de um segundo, resulta numa energia elétrica da ordem de apenas 300 KWh, equivalente ao consumo de uma lâmpada de 100 W acesa durante 4 meses. Então, apesar dos valores de tensão e corrente serem altos, dada a curta duração dos raios, teríamos que armazenar a energia de muitos raios para que essa fonte de energia fosse proveitosa. Além do mais, é praticamente impossível prever exatamente onde um raio irá cair!

A queda de raios causa diversas mortes anualmente. No Brasil, nos últimos dez anos pelo menos 1320 pessoas morreram vítimas dos mesmos. Os prejuízos materiais chegam a um bilhão de reais ao ano, normalmente relacionados à queima de aparelhos eletrônicos, ou destruição de linhas de transmissão de energia, telefonia ou de dados. Ao cruzarmos uma linha de transmissão de eletricidade, podemos ver um ou mais fios elétricos ligando os topos das torres de sustentação dos cabos; eles são denominados fios terra. Não há corrente sendo transportada nesses fios; eles estão aí para proteger os cabos de transmissão. Um raio terá mais chance de cair nesses fios terra e assim se desviar para o chão através das torres, sem atingir os cabos de transmissão.

O Brasil registra uma incidência muito alta de raios. Não se sabe ao certo a razão disso, mas o Brasil é um país tropical e de extensão territorial enorme. A rica vegetação brasileira causa uma evaporação de grande proporção, facilitando a formação de nuvens. A enorme extensão terra-mar contribui para que haja muita alteração climática, favorecendo o aparecimento de tempestades. Há também correlações entre períodos de grande incidência de raios em certas regiões do Brasil e os fenômenos La Niña e El Niño. Há indicações, ainda em debate, que a cada grau de aumento da temperatura global, pode corresponder a 10 ou 20% de aumento no número médio de raios. Tem havido um aumento na incidência de raios em centros urbanos, que tem sido atribuído ao aumento da poluição e da temperatura média nesses centros.

Outro fator que tem influência na origem dos raios são certas partículas emanadas pelo Sol, pois elas podem ajudar no desencadeamento da corrente que forma os raios precursores (elas ajudam a romper a isolação elétrica do ar). Neste ano de 2012 está ocorrendo o pico de manchas solares, que tem período de 11 anos, e o efeito disso na incidência dos raios está sendo monitorado.

Algumas ações podem ajudar na prevenção dos danos causados por raios. Em grandes edificações, o uso de para-raios é obrigatório. Um para-raio é uma estrutura metálica usualmente em forma de ponta colocada em lugar alto, que visa estabelecer um caminho mais fácil, seguro e controlado, para o raio chegar ao solo. Ao contrário do que se pensa, a ação de um para-raio é bem limitada em alcance, protegendo basicamente uma área de diâmetro igual a sua altura do solo.

Durante tempestades, deve-se evitar lugares planos e abertos, pois ali você será o ponto mais alto do chão e de maior facilidade para a descarga chegar ao solo. Não fique embaixo de construção metálica que não esteja aterrada, como ranchos de teto de zinco erguidos sobre pilares de madeira ou mesmo tijolos; isso é comum em fazendas. Um raio que caia nesse teto verá sua cabeça como o ponto de maior facilidade para se escoar para o chão. Não fique próximo a árvores, pois estas podem facilitar a queda de um raio (são úmidas e infincadas no solo). Não podendo se esconder numa edificação fechada, como uma casa ou mesmo um carro, você também não deve deitar no chão. Uma descarga próxima pode induzir correntes no chão que passarão por todo o seu corpo, podendo matá-lo (é por isso que animais morrem com freqüência vítimas de raios, pois a corrente induzida no solo pode entrar por uma pata e sair por outra, com chance de passar pelo coração). O melhor é colocar os pés juntos, dobrar os joelhos, abaixar a cabeça e fechar os braços ao seu redor (e não cair dessa posição!). Em meio a uma tempestade, jamais fique nadando, seja na praia ou em piscina, andando a cavalo ou de bicicleta, ou jogando futebol. Enfim, evite fazer o papel de para-raio!

Ao contrário do que se ouve, raios podem sim cair no mesmo lugar, e de fato há muitos registros de múltiplos raios em edificações metálicas de grande altura. Vítimas de raios não incorporam nada de especial, além dos tristes malefícios de queimaduras e avarias no sistema nervoso. Isolantes entre o solo e uma pessoa não garantem sua segurança. Há exemplos de pessoas em carrocerias abertas de caminhões que foram atingidas por raios e com consequências fatais. Mesmo isolada do chão, o raio pode atingir uma pessoa e se dirigir para a estrutura mais próxima que lhe dê caminho ao solo. Já, pessoas dentro de estruturas metálicas fechadas, como um veículo, não são afetadas por raios, pois estes não penetram em corpos metálicos fechados, mas se espalham pela superfície do mesmo e se escoam para algum outro corpo externo na proximidade. Durante uma tempestade não é aconselhável tomar banho, usar telefones fixos, ou mesmo ficar perto de equipamentos que tenham conexões externas, como televisores, ou microcomputadores (conectados a redes). Os riscos, embora pequenos nessas situações, existem.

Não é possível prever onde um raio irá cair, mas pode-se mapear regiões onde caem com mais frequência. O Grupo de Eletricidade Atmosférica, ELAT, do INPE, tem implantado nos últimos anos uma rede de monitoramento de raios, que irá certamente melhorar as estatísticas de incidência de raios no Brasil. Também no INPE, nós temos o Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos, Cptec, que presta relevante serviço de previsão meteorológica para todo Brasil, particularmente para o setor agrícola; é o centro mais avançado nessa área em toda América Latina. O mapeamento mais detalhado das áreas de maior ocorrência de tempestades contribuirá para melhor entendermos, por exemplo, porque o Brasil é um dos campeões mundiais em incidência de raios.

Outras informações a respeito da origem desse fascinante e importante fenômeno natural, seu mecanismo de atuação e como minimizar seus malefícios podem ser encontradas nas referências abaixo.

1 - http://pt.wikipedia.org/wiki/Raio_(meteorologia)

2 - http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/raio_relampago/

3 - http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/fisica/eletricidade/eletricidade_e_magnetismo/fisica_tempestade

4 - http://www.vocesabia.net/ciencia/brasil-e-o-pais-mais-atingido-por-raios/

5 - http://www.cptec.inpe.br

A História Sobre Eletricidade e Magnetismo

Até o fim do século 18, eletricidade e magnetismo eram ciências totalmente desconectadas entre si, consideradas apenas como curiosidades de laboratório. Em ambos os casos, conheciam-se apenas fenômenos estáticos, em que não havia movimentação de cargas, ou seja, corrente elétrica.

Em se tratando de eletricidade, na Grécia antiga já era conhecido o fenômeno de eletrização por atrito, pois sabia-se que o âmbar, uma resina amarelada, quando atritado com pele de animais, atrai partículas leves, como sementes ou fragmentos de palha. Curiosamente, o nome do âmbar, em grego, é “elektron”, gerando assim o nome da palavra eletricidade e da partícula elementar elétron. Em 1600, William Gilbert, médico inglês, publicou seu tratado De Magnete, onde menciona outros corpos que se eletrizam por atrito, tais como o vidro e o enxofre.

A existência de dois tipos de cargas foi descoberta por Charles François du Fay em 1733, quando mostrou que duas porções do mesmo material, como o âmbar, eletrizadas por atrito com um tecido, repeliam-se, mas o vidro eletrizado atraia o âmbar eletrizado. Posteriormente, Benjamim Franklim chamou o tipo de carga contida no vidro de positiva e a contida no âmbar de negativa. Assim, esses e alguns outros experimentos mostraram que cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem, além de que um corpo neutro é um corpo que contem a mesma quantidade de cargas positivas e negativas.

Em relação ao magnetismo puro, também na Grécia antiga se conhecia as propriedades de um minério de ferro encontrado na região da Magnésia, a magnetita (Fe₃O₄): um pedaço de magnetita é um imã permanente que atrai pequenos fragmentos de ferro. Muito antes de ter uma relação com a eletricidade, em 1100 A.C. os chineses já haviam descoberto que uma agulha de magnetita capaz de se orientar livremente num plano horizontal alinha-se aproximadamente na direção norte-sul. Eles usavam este aparelho como uma bússola para navegação.

No tratado publicado por William Gilbert em 1600, ele cita pela primeira vez que a própria Terra atua como um grande imã.

Um imã permanente, como, por exemplo, a agulha magnética de uma bússola, tem um pólo norte N e um pólo sul S, sendo fácil verificar, com dois imãs, que seus pólos de mesmo nome se repelem e que os pólos de nome contrários se atraem. Tendo como base esse fato, é possível pensar em criar uma ciência do magnetismo analogamente à eletricidade, com cargas positivas e negativas. Entretanto, experiências mostram que não é possível separar um pólo de outro em um imã.

Os experimentos realizados que mostraram alguma relação entre a eletricidade e a magnetismo só foram feitos no início do século 19, onde se verificaram os efeitos magnéticos das correntes. Com o grande experimento de Faraday, ele mostrou o fenômeno de indução eletromagnética, ou seja, a variação de campos magnéticos com o tempo produzia campos elétricos.

O efeito contrário, que eletricidade implicava em magnetismo, foi predito teoricamente por Maxwell quando formulou a teoria clássica do eletromagnetismo. A verificação experimental da teoria foi feita por Hertz através da produção de ondas de rádio.

Como um esforço final para consolidar eletricidade e magnetismo, no inicio do século 20, o eletromagnetismo, como já era chamado, foi incorporado à teoria da relatividade restrita de Einstein, e percebeu-se que campos elétricos e magnéticos são partes de um campo mais geral, denominado campo eletromagnético. Posteriormente o eletromagnetismo foi incorporado à ciência do muito pequeno, a mecânica quântica, onde outros resultados interessantes puderam ser tirados.

DEUS CRIOU TUDO O QUE EXISTE?

O texto a seguir não tem necessidade de ser comentado, porém quem quiser fique á vontade. Coloquei, pois achei bastante interessante, mesmo tendo dúvida que tal debate tenha ocorrido, porém o grande cientista envolvido neste debate era humanista judeu e acreditava em Deus.
O referido texto trás conceitos fundamentais da física, e algo para pensarmos e reformularmos nossos conceitos em relação à ciência e a fé.
Um grande abraço a todos.
Professor Henrique
Este artigo se refere a um suposto debate entre um nobre estudante e um professor de uma Universidade de Berlim, por volta de 1914.
Alemanha
Início do século 20
Durante uma conferência com vários universitários, um professor da Universidade de Berlim desafiou seus alunos com esta pergunta:
“Deus criou tudo o que existe?”
Um aluno respondeu valentemente:
“Sim, Ele criou.”
“Deus criou tudo?”
Perguntou novamente o professor.
“Sim, senhor”, respondeu o jovem.
O professor respondeu,
“Se Deus criou tudo, então Deus fez o mal? Pois o mal existe, e partindo do preceito de que nossas obras são um reflexo de nós mesmos, então Deus é mau?”
O jovem ficou calado diante de tal resposta e o professor, feliz, se regozijava de ter provado mais uma vez que a fé era um mito.
Outro estudante levantou a mão e disse:
“Posso fazer uma pergunta, professor?”
“Lógico.” Foi a resposta do professor.
O jovem ficou de pé e perguntou:
“Professor, o frio existe?”
“Que pergunta é essa? Lógico que existe, ou por acaso você nunca sentiu frio?”
O rapaz respondeu:
“De fato, senhor, o frio não existe. Segundo as leis da Física, o que consideramos frio, na realidade é a ausência de calor. Todo corpo ou objeto é susceptível de estudo quando possui ou transmite energia, o calor é o que faz com que este corpo tenha ou transmita energia.
O zero absoluto é a ausência total e absoluta de calor, todos os corpos ficam inertes, incapazes de reagir, mas o frio não existe. Nós criamos essa definição para descrever como nos sentimos se não temos calor”
“E, existe a escuridão?”
Continuou o estudante.
O professor respondeu: “Existe.”
O estudante respondeu:
“Novamente comete um erro, senhor, a escuridão também não existe. A escuridão na realidade é a ausência de luz.
A luz pode-se estudar, a escuridão não!
Até existe o prisma de Nichols para decompor a luz branca nas várias cores de que está composta, com suas diferentes longitudes de ondas.
A escuridão não!
Um simples raio de luz atravessa as trevas e ilumina a superfície onde termina o raio de luz.
Como pode saber quão escuro está um espaço determinado? Com base na quantidade de luz presente nesse espaço, não é assim?
Escuridão é uma definição que o homem desenvolveu para descrever o que acontece quando não há luz presente”
Finalmente, o jovem perguntou ao professor:
“Senhor, o mal existe?”
O professor respondeu:
“Claro que sim, lógico que existe, como disse desde o começo, vemos estupros, crimes e violência no mundo todo, essas coisas são do mal.”
E o estudante respondeu:
“O mal não existe, senhor, pelo menos não existe por si mesmo. O mal é simplesmente a ausência do bem, é o mesmo dos casos anteriores, o mal é uma definição que o homem criou para descrever a ausência de Deus.
Deus não criou o mal.
Não é como a fé ou como o amor, que existem como existem o calor e a luz.
O mal é o resultado da humanidade não ter Deus presente em seus corações.
É como acontece com o frio quando não há calor, ou a escuridão quando não há luz.”
Por volta dos anos 1900, este jovem foi aplaudido de pé, e o professor apenas balançou a cabeça permanecendo calado…
Imediatamente o diretor dirigiu-se àquele jovem e perguntou qual era seu nome?
E ele respondeu:
“ALBERT EINSTEIN.”

ELETRODINÂMICA

Corrente Elétrica
Ao se estudarem situações onde as partículas eletricamente carregadas deixam de estar em equilíbrio eletrostático passamos à situação onde há deslocamento destas cargas para um determinada direção e em um sentido, este deslocamento é o que chamamos corrente elétrica.
Estas correntes elétricas são responsáveis pela eletricidade considerada utilizável por nós.
Normalmente utiliza-se a corrente causada pela movimentação de elétrons em um condutor, mas também é possível haver corrente de íons positivos e negativos (em soluções eletrolíticas ou gases ionizados).
A corrente elétrica é causada por uma diferença de potencial elétrico (d.d.p./ tensão). E ela é explicada pelo conceito de campo elétrico, ou seja, ao considerar uma carga A positiva e outra B, negativa, então há um campo orientado da carga A para B. Ao ligar-se um fio condutor entre as duas os elétrons livres tendem a se deslocar no sentido da carga positiva, devido ao fato de terem cargas negativas, lembrando que sinais opostos são atraídos.
Desta forma cria-se uma corrente elétrica no fio, com sentido oposto ao campo elétrico, e este é chamado sentido real da corrente elétrica. Embora seja convencionado que a corrente tenha o mesmo sentido do campo elétrico, o que não altera em nada seus efeitos (com exceção para o fenômeno chamado Efeito Hall), e este é chamado o sentido convencional da corrente.
Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) na secção transversal de um condutor se considera o módulo da carga que passa por ele em um intervalo de tempo, ou seja:



Considerando |Q|=n e
A unidade adotada para a intensidade da corrente no SI é o ampère (A), em homenagem ao físico francês Andre Marie Ampère, e designa coulomb por segundo (C/s).
Sendo alguns de seus múltiplos:
 

Continuidade da corrente elétrica
Para condutores sem dissipação, a intensidade da corrente elétrica é sempre igual, independente de sua secção transversal, esta propriedade é chamada continuidade da corrente elétrica.
Isto implica que se houver "opções de caminho" em um condutor, como por exemplo, uma bifurcação do fio, a corrente anterior a ela será igual à soma das correntes em cada parte desta bifurcação, ou seja:
 
Resistência Elétrica
Ao aplicar-se uma tensão U, em um condutor qualquer se estabelece nele uma corrente elétrica de intensidade i. Para a maior parte dos condutores estas duas grandezas são diretamente proporcionais, ou seja, conforme uma aumenta o mesmo ocorre à outra.
Desta forma:
 
A esta constante chama-se resistência elétrica do condutor (R), que depende de fatores como a natureza do material. Quando esta proporcionalidade é mantida de forma linear, chamamos o condutor de ôhmico, tendo seu valor dado por:
 
Sendo R constante, conforme enuncia a 1ª Lei de Ohm: Para condutores ôhmicos a intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional à tensão (ddp) aplicada em seus terminais.
A resistência elétrica também pode ser caracterizada como a "dificuldade" encontrada para que haja passagem de corrente elétrica por um condutor submetido a uma determinada tensão. No SI a unidade adotada para esta grandeza é o ohm (Ω), em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm.
Pode-se também definir uma grandeza chamada Condutância elétrica (G), como a facilidade que uma corrente tem em passar por um condutor submetido à determinada tensão, ou seja, este é igual ao inverso da resistência:
 
E sua unidade, adotada pelo SI é o siemens (S), onde:
 
Geradores de corrente elétrica
A corrente sempre existe enquanto há diferença de potencial entre dois corpos ligados, por um condutor, por exemplo, mas esta tem pequena duração quando estes corpos são eletrizados pelos métodos vistos em eletrostática, pois entram rapidamente em equilíbrio.
A forma encontrada para que haja uma diferença de potencial mais duradoura é a criação de geradores elétricos, que são construídos de modo que haja tensão por um intervalo maior de tempo.
Existem diversos tipos de geradores elétricos, que são caracterizados por seu princípio de funcionamento, alguns deles são:

Geradores luminosos

São sistemas de geração de energia construídos de modo a transformar energia luminosa em energia elétrica, como por exemplo, as placas solares feitas de um composto de silício que converte a energia luminosa do sol em energia elétrica.

Geradores mecânicos

São os geradores mais comuns e com maior capacidade de criação de energia. Transformam energia mecânica em energia elétrica, principalmente através de magnetismo. É o caso dos geradores encontrados em usinas hidroelétricas, termoelétricas e termonucleares.

Geradores químicos

São construídos de forma capaz de converter energia potencial química em energia elétrica (contínua apenas). Este tipo de gerador é muito encontrado como baterias e pilhas.

Geradores térmicos

São aqueles capazes de converter energia térmica em energia elétrica, diretamente.

Quando associados dois, ou mais geradores como pilhas, por exemplo, a tensão e a corrente se comportam da mesma forma como nas associações de resistores, ou seja:
•    Associação em série: corrente nominal e tensão é somada.
•    Associação em paralelo: corrente é somada e tensão nominal.
•    Corrente contínua e alternada
•    Se considerarmos um gráfico i x t (intensidade de corrente elétrica por tempo), podemos classificar a corrente conforme a curva encontrada, ou seja:
•   
•    Corrente contínua
•   
•    Uma corrente é considerada contínua quando não altera seu sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa.
•    A maior parte dos circuitos eletrônicos trabalha com corrente contínua, embora nem todas tenham o mesmo "rendimento", quanto à sua curva no gráfico i x t, a corrente contínua pode ser classificada por:
•   
•    Corrente contínua constante
•    
•    Diz-se que uma corrente contínua é constante, se seu gráfico for dado por um segmento de reta constante, ou seja, não variável. Este tipo de corrente é comumente encontrado em pilhas e baterias.
•   
•    Corrente contínua pulsante
•    
•    Embora não altere seu sentido as correntes contínuas pulsantes passam periodicamente por variações, não sendo necessariamente constantes entre duas medidas em diferentes intervalos de tempo.
•    A ilustração do gráfico acima é um exemplo de corrente contínua constante.
•    Esta forma de corrente é geralmente encontrada em circuitos retificadores de corrente alternada.
•   

•    Corrente alternada        
•    Dependendo da forma como é gerada a corrente, esta é invertida periodicamente, ou seja, ora é positiva e ora é negativa, fazendo com que os elétrons executem um movimento de vai-e-vem.
•    Este tipo de corrente é o que encontramos quando medimos a corrente encontrada na rede elétrica residencial, ou seja, a corrente medida nas tomada de nossa casa.
•    Resistores
•    São peças utilizadas em circuitos elétricos que tem como principal função converter energia elétrica em energia térmica, ou seja, são usados como aquecedores ou como dissipadores de eletricidade.
•    Alguns exemplos de resistores utilizados no nosso cotidiano são: o filamento de uma lâmpada incandescente, o aquecedor de um chuveiro elétrico, os filamentos que são aquecidos em uma estufa, entre outros.
•    Em circuitos elétricos teóricos costuma-se considerar toda a resistência encontrada proveniente de resistores, ou seja, são consideradas as ligações entre eles como condutores ideais (que não apresentam resistência), e utilizam-se as representações:
•    
•    Associação de Resistores
•    Em um circuito é possível organizar conjuntos de resistores interligados, chamada associação de resistores. O comportamento desta associação varia conforme a ligação entre os resistores, sendo seus possíveis tipos: em série, em paralelo e mista.

ELETRICIDADE - MATERIAL DE SALA DE AULA

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Apostila Física Eletricidade

O tempo urge e a materia abunda...

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OBRA E VIDA

FÍSICOS


1.    Charles A. de Coulomb    1º BIMESTRE
2.    Charles du Fay                 1º BIMESTRE
3.    James P. Joule                  2º BIMESTRE
4.    Descartes                        2º BIMESTRE
5.    Thomas Edison                3º BIMESTRE
6.    César Lattes                    3º BIMESTRE
7.    Marie Curie                     4º BIMESTRE
8.    James Clerk Maxwell       4º BIMESTRE

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Considera-se um corpo eletrizado quando este tiver número diferente de prótons e elétrons, ou seja, quando não estiver neutro. O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este fique eletrizado denomina-se eletrização. Alguns dos processos de eletrização mais comuns são:
O estudo da eletricidade originou-se de observações que, aparentemente, foram feitas pela primeira vez pelos gregos. Na realidade, é possível que outros povos tenham também observado esses fenômenos, mas os relatos mais antigos de que temos registro são dos gregos, e assim atribui-se a eles a primazia desse feito.
A primeira observação foi feita com um material denominado âmbar. Semelhante ao plástico, resulta do endurecimento da seiva de árvores de uma espécie extinta. Tales de Mileto, o primeiro filósofo do qual temos conhecimento, parece ter sido também o primeiro a chamar atenção para o fato de que o âmbar, após ser atritado com lã ou pelo de animal, adquire a propriedade de atrair objetos “leves”, como, por exemplo, penas, fios de algodão, papel picado, etc.
Depois de algum tempo e alguns estudos sobre o âmbar foi constatado que a eletricidade não era exatamente uma propriedade exclusiva do âmbar, mas tratava-se de um fenômeno generalizado e que podia ser observado em diversas substâncias. Hoje sabemos que estamos rodeados de uma série de fenômenos elétricos e de suas incontáveis aplicações práticas: rádio, transmissão via satélite, internet, chapinha, chuveiro elétrico, etc.
Em alguns momentos do nosso cotidiano nos deparamos com situações um pouco estranhas, nas quais tomamos choques em maçanetas de portas, na tela da TV, ou até mesmo quando encostamos em outra pessoa. Esses pequenos choques ocorrem em razão da eletricidade estática que adquirimos diariamente. Essas cargas são adquiridas por alguns processos de eletrização conhecidos há séculos. São três os processos de eletrização: eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução.
Processos de eletrização
Eletrização por atrito
Como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas.
Eletrização por contato
Dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade.
Eletrização por indução
Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.
Como citado anteriormente, algumas vezes, ao abrirmos a porta do carro levamos um pequeno choque. Esse choque é proveniente do processo de eletrização por atrito, pois, ao se movimentarem, os automóveis e outros veículos se eletrizam por atrito com o ar. Isso é mais notado em locais de clima seco. É muito comum um passageiro levar um choque quando o ônibus chega à parada: basta ele se encostar a qualquer uma das partes metálicas do veículo. Nesse caso, o passageiro faz o papel de fio terra.
Muitas vezes, também é possível levar um choque quando se desce de um automóvel. Geralmente, o veículo está eletrizado por atrito com o ar e, ao descer do carro, a pessoa estabelece um contato entre a carcaça metálica eletrizada do carro e a terra. Eis uma das causas de choque elétrico.
No entanto, existe outra razão para ocorrer o choque elétrico ao se descer de um carro: o passageiro, por ficar sentado no banco, causa atrito entre o tecido de sua roupa e o tecido do banco do veículo. Assim, a pessoa fica eletrizada e, ao descer do carro, carrega essas cargas elétricas espalhadas em seu corpo. Quando, então, toca em um metal (carro), este faz escoar as cargas para a terra, ocasionando o choque elétrico.

UM PASSO MAIS PRÓXIMO DAS ESTRELAS

A fonte de energia para o futuro da humanidade pode estar escondida dentro de um minúsculo cilindro dourado que cabe na ponta de um dedo... e que é usado como alvo para os quase duzentos feixes do laser mais energético do mundo.
Há várias décadas que os cientistas perseguem o sonho de conseguir replicar em laboratório e de forma controlada a fusão nuclear - o mecanismo natural através do qual as estrelas produzem a sua imensa energia. Para isto, é preciso pegar em dois isótopos do elemento hidrogênio e obrigá-los a fundirem-se, formando hélio e liberando energia. Mas esta união é muito difícil de atingir, devido à repulsão mútua dos isótopos, e as condições físicas em que esta se consegue ultrapassar são extremamente sensíveis.
Um dos  principais métodos considerados para se tentar alcançar a fusão é o chamado confinamento magnético, em que um anel de plasma - um gás ionizado - é mantido a altas temperaturas num volume restrito. Um exemplo de um sistema deste tipo é o projeto internacional ITER, agora em desenvolvimento no sul de França. O outro método é a fusão por confinamento inercial, em que um pequeno alvo atestado de "combustível" nuclear é irradiado por um grande número de feixes laser de alta intensidade, comprimindo-o de modo a que as condições para se obter fusão sejam atingidas no seu núcleo. Também na Europa, está em desenvolvimento o projeto HIPER , que explora esta via alternativa. (Portugal é representado em ambos os projetos pelo Instituto de Plasma e Fusão Nuclear, unidade de investigação do Instituto Superior Técnico, Lisboa)
Agora, num artigo publicado na revista Science desta semana, cientistas do Laboratório Lawrence Livermore, na Califórnia, dão conta de um avanço significativo na tentativa de atingir fusão nuclear usando lasers. Para isso, usaram aquele que é o maior laser do mundo - o mega-projecto National Ignition Facilitv (NIF) - que foi inaugurado em Maio de 2009 e começa agora a dar os primeiros resultados de sucesso. O NIF, cuja construção se iniciou em 1997, tem um total de 192 feixes laser de alta energia, gerados ao longo de uma cadeia de amplificação que ocupa um espaço equivalente ao de três campos de futebol. O coração do NIF consiste numa enorme câmara de aço esférica, com três andares de altura, onde cada um dos feixes entra por uma pequena janela e é focado no centro. Aqui encontra-se o pequeno cilindro dourado, chamado hohlraum, cujo interior é iluminado de forma simétrica pelo total dos feixes (ver imagem). A energia luminosa que atinge este alvo é de 1.8 milhões de Joules, concentrada em impulsos cuja duração é inferior a um centésimo de milionésimo de segundo. Desta vez, ainda não foi utilizada toda a energia - apenas cerca de 40%. Mesmo assim, trata-se de um novo recorde mundial de energia produzida por um laser, sendo 20 vezes superior ao máximo atingido anteriormente. E a colossal potência equivalente seria suficiente para fazer evaporar num segundo toda a água de 50 piscinas olímpicas.
Na fusão por confinamento inercial, os feixes laser criam um "banho" de raios-x dentro do hohlraum, em cujo interior está colocada uma micro-cápsula contendo o combustível. O raios-x fazem com que a cápsula seja comprimida e a sua temperatura se eleve de forma quase instantânea até milhões de graus. As densidades atingidas levam a que se dê a fusão dos átomos no seu interior. Se a energia libertada for superior a toda a  energia que foi investida para a produzir, temos uma fonte eficiente.
Espera-se que este processo seja a chave para se atingir a fusão, só que o caminho até lá se chegar está cheio de dificuldades técnicas. Por exemplo, a irradiação do alvo tem que ser feita de forma extremamente simétrica e homogênea, já que quaisquer desequilíbrios perturbam e inviabilizam o processo. Outro problema que preocupa os investigadores há três décadas tem a ver com o plasma criado pelos lasers dentro do hohlraum. Acontece que os lasers são de tal forma intensos que, ao interagirem com o interior do pequeno cilindro, vaporizam a sua matéria, criando uma "sopa" de partículas carregadas entre as suas paredes. Pensava-se que esta "sopa" de plasma atuaria como um nevoeiro, prejudicando a capacidade da cápsula ser uniformemente iluminada, e afetando inevitavelmente a eficiência de absorção da luz.
O que as recentes experiências realizadas no NIF demonstraram é que o plasma não reduz a capacidade de absorção de energia como se temia, mas que até pode ser manipulado favoravelmente de forma a otimizar a iluminação da cápsula e a uniformidade da compressão. Foi uma prova dramática de que aquele que se receava que fosse um dos principais problemas pode afinal ser ultrapassado. É um dos resultados mais promissores em toda a história da fusão nuclear.
Entretanto, uma vez concluída esta fase de demonstração, os investigadores do NIF contam iniciar em Maio as experiências com alvos efetivamente carregados de combustível, e utilizando a 100% a energia que pode ser produzida pelo sistema. Com estes parâmetros, eles estão convictos de que a demonstração de fusão nuclear pode estar para muito breve. No ano em que se comemoram os 50 anos da invenção do laser, seria um presente a condizer.