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leituras de física GREF versªo preliminar ELETROMAGNETISMO para ler, fazer e pensar 30. Diferentes formas de comunicaçªo 31. Alô,...,pronto. Desculpe , engano! 32. Radio ouvintes 33. Plugados na Televisªo 34.Luz, câmara,..., A˙ˆO! 35.Transmissªo aØrea de informaçıes 36.Radiaçıes EletromagnØticas 37.Salvando e gravando 38.Tamanhos sªo documentos 39. Partículas e interaçıes 40. Exercícios 30 a 40

Eletricidade 05

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30 a 40 leituras de versã o prelim inar 36.Radiações Eletromagnéticas 37.Salvando e gravando 38.Tamanhos são documentos 39. Partículas e interações 40. Exercícios 30. Diferentes formas de comunicação 31. Alô,...,pronto. Desculpe , engano! 32. Radio ouvintes 33. Plugados na Televisão 34.Luz, câmara,..., AÇÃO! 35.Transmissão aérea de informações ELETROMAGNETISMO para ler, fazer e pensar

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Page 1: Eletricidade 05

leituras de

físicaGREF

versão preliminar

ELETROMAGNETISMOpara ler, fazer e pensar

30. Diferentes formas de comunicação31. Alô,...,pronto. Desculpe , engano!

32. Radio ouvintes33. Plugados na Televisão

34.Luz, câmara,..., AÇÃO!35.Transmissão aérea de informações

36.Radiações Eletromagnéticas37.Salvando e gravando38.Tamanhos são documentos39. Partículas e interações40. Exercícios

30 a 40

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Leituras de Física é uma publicação do

GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de FísicaInstituto de Física da USP

EQUIPE DE ELABORAÇÃO DAS LEITURAS DE FÍSICAAnna Cecília CopelliCarlos ToscanoDorival Rodrigues TeixeiraIsilda Sampaio SilvaJairo Alves PereiraJoão MartinsLuís Carlos de Menezes (coordenador)Luís Paulo de Carvalho PiassiSuely Baldin PelaesWilton da Silva DiasYassuko Hosoume (coordenadora)

ILUSTRAÇÕES:Fernando Chuí de MenezesMário Kano

GREF - Instituto de Física da USPrua do Matão, travessa R, 187Edifício Principal, Ala 2, sala 30505508-900 São Paulo - SPfone: (011) 818-7011 fax:(011) 818-7057financiamento e apoio:Convênio USP/MEC-FNDESub-programa de educação para as Ciências (CAPES-MEC)FAPESP / MEC - Programa Pró-CiênciaSecretaria da Educação do Estado de São Paulo - CENP

A reprodução deste material é permitida, desde que observadas as seguintes condições:1. Esta página deve estar presente em todas as cópias impressas ou eletrônicas.2. Nenhuma alteração, exclusão ou acréscimo de qualquer espécie podem ser efetuados no material.3. As cópias impressas ou eletrônicas não podem ser utilizadas com fins comerciais de qualquer espécie.

junho de 1998

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30Diferentes formasde comunicação

Vamos descobrir osmistérios que envolvemas diferentes modos decomunicação. Ordene

as cenas de acordo coma linha do tempo.

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30 Som, imagem e telecomunicaçãoNo início deste curso, foi feita uma classificação dosaparelhos e componentes que integram o que se podechamar de "mundo da eletricidade".Isso permitiu a formaçãode vários grupos, que se constituiram em temas de estudo.Um deles foi o chamado elementos de comunicação einformação. A partir deste momento, faremos um estudodetalhado de alguns desses elementos.

Rádio, TV, telefone, gravador, toca-discos, video,..., sãoexemplos de aparelhos que utilizamos para estabelecer acomunicação. Otelefone, porexemplo, permite acomunicação entreduas pessoas, já como rádio e a TV, acomunicação se dáentre muitas pessoas.

Com o telefone, as pessoas se comunicam diretamenteenquanto que comrádio e TV acomunicação pode serfeita "ao vivo" ouatravés de mensagemgravada. Este últimotipo tanbém inclui ovideo, as fitas cassetese também os cd's.

Tais circuitos elétricos também utilizam o poste como apoiomas não estão ligados aos circuitos residenciais e, por essemotivo, quando ocorre interrupção no fornecimento deenergia, os telefones continuam funcionando.

Os telefones celulares, por sua vez, têm sua própria fontede energia elétrica: uma bateria, que fica junto ao aparelho.Além disso, tanto o som emitido como o recebido utilizauma antena, através do qual é feita a comunicação. A partirda antena doa p a r e l h otelefônico, amensagem éenviada a outrasantenas querecebem eenviam amensagem atéque esta sejacaptada pelaantena do outroaparelho .

Um aspecto interessante dos diferentes modos decomunicação é que algumas vezes se faz uso de fios,enquanto outras envolvem o espaço.

Nos telefones comuns, por exemplo, a comunicação entreos aparelhos é feita através de fios que formam grandescircuitos elétricos independentes da rede de distribuição.

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Os aparelhos de rádio portáteis também podem ter apossibilidade de usar fonte de energia próprias: as pilhas.Tais fontes, fornecem energia para a funcionamento doscomponentes internos dos aparelhos. Outras vezes afonte de energia é a usina e aí o aparelho está conectadoà tomada.Independente do tipo de fonte utlizada. é atravésda antena que as mensagens são recebidas.

De forma semelhante ao rádio, a televisão tambémnecessita de uma fonte de energia, que em geral é a usinaquando o aparelho é ligado à tomada, para fazer funcionarseus componentes internos. Mas as mensagens, incluindo-se o som e as imagens, são recebidas através de umaantena conectada ao aparelho. Tal antena, hoje em dia,pode ser interna, externa, coletiva, parabólica, dentreoutros tipos.

Mais recentemente, as chamadas tv's a cabo, rebecem asmensagens através de fios e não mais por meio de antenas.Eles são especialmente colocados para esse fim e fixadosaos postes de rua.

Nas comunicações internacionais, seja por telefone ou TV,além das antenaslocais se faz usodos satélitesa r t i f i c i a i s ,colocados emórbita através defoguetes, ficando aaproximadamente40.000 km daTerra.

Eles recebem as mensagense retransmitem para a Terraaos locais onde encontram-se as antenas das estações.A energia de um satélite éobtida com as bateriassolares que cobrem as suasparedes exernas. Quandoele encontra-se na parte nasombra da Terra ele éalimentado pelas baterias.

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exercitando...

1. Que elementos ou dispositivos ou aparelhos fazemparte dos sitemas de comunicação que mais usamosnos dias de hoje? A figura ao lado é uma dica paravocê se inspirar na resposta.

2. Retome a figura que abre esta leitura (página 117) eprocure numerá-las de acordo com o aparecimento decada forma de comunicação ao longo da história dahumanidade.

3. Na comunicação através de sons hoje em dia, algunsdispositivos são comuns. Quais são eles?

4. Os micros computadores utilizam mensagensgravadas em diversos meios. Quais são eles?

6. Na comunicação que utiliza rádio, as informações chegamao aparelho pela tomada ou pela antena?

7. No caso da televisão, o som e a imagem chegam até oaparelho pela tomada, pela antena ou por ambas?

8.A presença de matériaentre a estação transmissorade informações e osaparelhos receptores énecessária para a ocorrênciada comunicação de sons e/ou imagens?

5. Através do processo de magnetização, podemos gravarsons e imagens. Que dispositivos utilizam esta forma deguardar informações?

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31Alô,..., pronto.

Desculpe, engano!Nessa aula você vai

aprender como o som étransformado em

eletricidade e depoisrecuperado como som

Alô .... pronto; desculpe ..... engano.

Quem não disse uma destas frases aotelefone! Mas quem sabe o que ocorre com a

voz que vai e a voz que vem?

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31 Microfone e Alto-falante

O microfone é um dispositivo utilizado para converter osom - energia mecânica -em energia elétrica. Osmodelos mais comunspossuem um diafragmaque vibra de acordo comas pressões exercidaspelas ondas sonoras.

No microfone de indução,as variações de pressão doar movimentam uma

bobina que está sob ação deum campo magnéticoproduzido por um ímãpermanente. Nesse caso, como movimento, surge na bobinauma corrente elétrica induzidadevida à força magnética, queatua sobre os elétrons livres docondutor.

Nos microfones mais antigos - os que utilizam carvão - asvariações de pressão do ar atingem o pó de carvão,comprimindo-o e descomprimindo-o. Este pó de carvãofaz parte de um circuito elétrico que inclui uma fonte deenergia elétrica. A compressão aproxima os grãos decarvão, diminuindo a resistência elétrica do circuito. Destaforma, a corrente elétrica varia de intensidade com omesmo rítmo das alterações da pressão do ar.

Atividade: Operação desmonte

Arrume um alto-falante usado, que possa serdesmontado mas antes, observe-o e responda asquestões a seguir:

a. que materiais fazem parte de sua fabricação?

b. o que torna o alto falante tão pesado?

c. qual o elo de ligação entre o cone de papelão e abase?

d. agora sim! abra o interior do alto-falante e verifiqueos demais compomentes

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Como a bobina e o cone estão unidos quando ela entra emmovimento, as vibrações mecâncias do cone se transferempara o ar, reconstituindo o som que atingiu o microfone.

A corrente elétrica obtida no microfone, que representa osom transformado, é do tipo alternada e de baixafrequência. Assim, o som transformado em corrente elétricapode ser representado conforme a figura a seguir.

No alto-falante ocorre a transformação inversa àquela domicrofone:a corrente elétrica é transformada em vibraçõesmecânicas do ar, reconstituindo o som inicial.Para tanto, é necessário o uso de uma bobina, um cone(em geral de papelão) e um ímã permanente ou umeletroímã.Quando a corrente elétrica, que representa o somtransformado, se estabelece na bobina do alto-falante, pelofato de ela estar sob a ação de um campo magnético criadopor um ímã (ou por um eltroímà), a bobina com correnteelétrica fica sob a ação de forças e entra em movimento.A intensidade das forças magnéticas depende daintensidade da corrente elétrica que atinge a bobina.

Os primeiros alto-falantes surgiram entre 1924 e 1925, comoequipamento capaz de amplificar o som produzido pelosfonógrafos elétricos primitivos.

Para melhorar a reprodução e reduzir os efeitos deinterferência, o alto-falante passou a ser montado em caixaacústica.

As caixas acústicas de alta qualidade possuem sempre maisde um alto-falante, para cobrir melhor toda faixa defrequência audíveis. As unidades pequenas (tweeters), comdiafragma de apenas 3 a 5 cm, são responsáveis pela faixade frequência dos sons agudos. Além do tweeter (uma oumais unidades), a caixa deve possuir um alto-falante debaixa frequência (woofer) de 25 cm (10 polegadas) dediâmetro, cobrindo a faixa de frequência que vaisaproximadamente 300 a 500 hertz, e uma unidade defrequência intermediária, de mais ou menos 15cm (6polegadas) de diâmetro, apresenta entre 500 hz e 4 k Hz.

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As ondas sonoras são variações da pressão do ar, esua propagação depende assim de um meio material.À medida que a onda se propaga, o ar é primeirocomprimido e depois rarefeito, pois é a mudança depressão no ar que produz o som.

As ondas sonoras capazes de ser apreciados peloouvido humano têm frequências variáveis entre cêrcade 20 hertz e 20 000 hertz.

A voz feminina produz um som cuja freqüência variade entre 200 Hz a 250Hz, enquanto a masculinaapresenta uma variação de 100 a 125 Hz.

Para transmitir a voz humana ou uma música é precisoconverter as ondas sonoras em sinais elétricos, e depoisreconvertê-los em sonoras a fim de que possam serouvidas. O primeiro papel é desempenhado pelomicrofone e segundo pelo alto-falante.

No ar à temperatura ambiente, o som se propaga comuma velocidade aproximada de 340m/s. Já a luz viajaa quase 300.000 km/s. É por esta razão que o trovãoé ouvido depois da visão do relâmpago.

Que tal um pouco de som?

matéria temperatura(C)

velocidade(m/s)

água 15 1450

ferro 20 5130

granito 20 6000

Além da freqúência, as ondas sonoras também sãocaracterizadas pelo seu tamanho ou comprimento deonda.

Esse comprimento pode ser calculado por umaexpressão que o relaciona com sua freqüência evelocidade de propagação:

velocidade = freqúência x comprimento de onda

Para se ter uma idéia do tamanho das ondas sonorasaudíveis pelos seres humanos, basta dividirmos o valorda velocidade de sua propagação pela sua freqüência.Assim, para 20Hz, o comprimento da onda sonora seráde 17 metros. Já para ondas sonoras de 20.000 Hz, ocomprimento da onda será de 1,7 cm.

As ondas sonoras são ondas mecânicas que precisamde um meio material para se propagarrem, provocandovibração deste meio no mesmo sentido de suapropagação. Por esta razão, elas são denominadas deondas longitudinais. O vácuo não transmite o som,pois ele precisa de um meio material para se propagar.

exercitando...

1.De que modo omicrofone de indução faz atransformação do som emcorrente elétrica?

2.Qual o princípio defuncionamento domicrofone que usa carvão?

3.Qual o tipo detransformação de energiaque ocorre no alto-falante?

4. O som se propaga novácuo? justifique.

5. Calcule o comprimentode onda de uma ondasonora cuja freqüência é250Hz e se propaga no arcom uma velocidade de340 m/s.

6.Calcule o comprimentode onda do som doexercício anterior,admitindo que suapropagação agora se dá naágua com uma velocidadede 1400 m/s.

7. As ondas sonoras temfreqüência de 20 a 20.000Hz. Que valores decomprimento de ondadelimitam estasfreqüências?

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32Rádio

ouvintesO que acontece quando

sintonizamos umaestação de rádio vocêvai saber nesta aula.

Se ligue!

O mecanismo que envolve a transmissão de umainformação de algo que ocorre distante ou próximo denós parece algo extraordinário ou mágico. É mesmo!

E a Física pode ajudar-nos a compreenderum pouco mais esse mecanismo.

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32 Rádio

O estudo de como um rádio consegue captar os sinais transmitidos pelas estações começará com estaatividade, onde identificaremos algumas de suas partes essenciais e as funções que desempenham.Assim, é fundamental ter à mão um 'radinho'. Siga o roteiro de investigação abaixo e faça suas anotaçõesno caderno.

Qualquer aparelho de rádio apresenta um botão parasintonia da estação, outro para volume, visor paraidentificação da estação, alto-falante e antena (mesmo o"radinho de pilha" tem uma antena que se localiza na parteinterna do aparelho), além de uma ligação com a fonte deenergia elétrica (pilha e/ ou tomada).

A função desta fonte de energia é fazer funcionar o circuitoelétrico interno do aparelho. As mensagens são recebidasatravés da antena que pode ser interna ou externa.Posteriormente, o som, ainda transformado em correnteelétrica, é enviado até o circuito do alto-falante.

O papel alumínio, age como um espelho em relação à luze, por isso, o rádio deixa de receber as informações quandoembrulhado.

Mesmo desligado, a antena está recebendo as informaçõestransmitidas pelas estações, entretanto, elas não sãotransformadas e recuperadas como som, pois os circuitoselétricos enconstram-se desligados.

1. Que informações encontram-se no visor das estações?

2. Quais são os comandos com os quais usamos o aparelho?

3. Que fonte de energia ele utiliza?

4. Por onde são recebidas os sinais emitidos pelas estações?

5. Embrulhe um rádio portátil ligado em papel alumínio. O que ocorre?

6. Aproxime o rádio ligado a um liquidificador ligado. O que ocorre?

O sistema pelo qual transmitimos o som do rádio envolvevárias etapas. No microfone da estação até o alto-falantedo aparelho receptor, o som passa por várias fases e sofrediversas transformações:

- produção de som pela voz humana, música, etc;

- as ondas sonoras, que são variações da pressão do ar queatingem o microfone;

- no microfone o som é convertido em corrente elétricaalternada de baixa frequência;

- esta corrente elétrica de baixa frequência é "misturada"com uma corrente de alta frequência, produzida na estação.que serve para identificá-las no visor do aparelho. Alémdisso, esta corrente elétrica de alta freqúência serve comose fosse o veículo através do qual o som será transportadoatravés do espaço até os aprelhos de rádio;

OBSERVAÇÃO DO RÁDIO PORTÁTIL

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- essa "nova" corrente elétrica se estabelece na antena daestação transmissora e através do espaço a informação sepropaga em todas as direções;

- a antena do aparelho de rádio colocada nesse espaçocaptará essa informação;

- se o aparelho estiver sintonizado na frequência da correnteproduzida pela estação, o som poderá ser ouvido peloalto-falante.

Tanto para enviar o som até os aparelhos como parasintonizar a estação é necessário um circuito chamado decircuito oscilante, constituído de uma bobina e de umcapacitor.

Para carregar as placas do capacitor basta ligá-lo aosterminais de uma bateria. Isso provocará um movimentode cargas tal que as placas ficarão eletrizadas positivamentee negativamente.Nessa situação dizemos que o capacitore s t a r ácompletamentec a r r e g a d o .Nessa situaçãodizemos que ocapacitor estarácompletamentecarregado.

Ligando-se o capacitor carregado a uma bobina (fig. a),surge uma corrente elétrica variável no circuito. Estacorrente, cria um campo magnético ao redor do fio que étambém variável (fig.b).De acordo com a lei deFaraday, a variação destecampo fará induzir nocircuito, e sobretudo nabobina, um campoelétrico. Este campo,agirá de forma a tonarmais lento o processo dedescarga do capacitor,conforme prevê a lei deLenz (fig.c).Posteriormente, eleservirá para recarregar asplacas do capacitor(fig.d).

Tais "capacidades"dependemfundamentalmente de suasdimensões geométricas.

Desse processo de cargae descarga do capacitorresulta uma corrente elétrica do tipo alternada. A frequênciadesta corrente dependerá da "capacidade" do capacitorde acumular cargas e também da "capacidade" de induçãoda bobina. Alterando-se tais "capacidades", podemos obtercorrentes alternadas de qualquer freqüência.

É justamente isso que fazemos quando mexemos no botãode sintonia do aprelho para localizar uma estação de rádio.Para ajustar a freqüência do circuito oscilante do rádio coma da estação que desejamos sintonizar, alteramos a área deeletrização do capacitor, ao girarmos o respectivo botão.

A área de eletrização utilizadacorresponde à parte comumnas duas placas, indicada coma cor cinza escura nas duasposições da figura.

A bobina é um fio condutor enrolado em forma de espirale o capacitor é constituído de duas placas condutoras,separadas por um material isolante e representado nocircuito pelo símbolo ( ). Os dois traços verticaisrepresentam as placas separadas pelo isolante.

A CORRENTE ALTERNADA NO CIRCUITO OSCILANTE

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Não chute qualquerresposta. Faça naprática e comprove!

exercitando...

1. Em que unidades estão medidas e qual é a grandezaque nos permite identificar uma estação de rádio?

2. Essa grandeza se refere a que?

3. Qual o comportamento apresentado pelas chamadasondas de rádio, quando envolvemos um rádio portátilem:

a. papel comum

b. plástico

c. papel celofone

d. papel alumínio

4. Para que servem as pilhas ou a energia elétrica quechega através dos fios?

5. Do que é composto o corcuito oscilante e como estãoligados?

6. Qual a função do circuito oscilante na recepção deuma estação de rádio?

7. Quando mexemos no botão de sintonia, que alteraçãoelétricos estão ocorrendo no circuito oscilante? Explique.

8. Que outros sinais podem ser captados por um rádio?Dê exemplos.

9. Indique as transformações pelas quais passa o somdesde sua origem, na estação, até este ser chegar juntoa um ouvinte.

10. É possível fazer um rádio funcionar sem fonte deenergia elétrica (pilha, bateria ou mesmo usina)?

Rádio SEMSEMSEMSEMSEM pilha ( sem bateria, sem tomada, ...)

É possível fazer um rádio sem aumentaro consumo na conta de luz ou pilha! Sigaas intruções e monte o seu!

Lista de material

. base de madeira (25x25cm);

. canudo de papelão ou PVC de15cm de comprimento de 3cm;

. 45m de fio de cobre esmaltadonúmero 28 ou 30;

. fone de ouvido simples;

. 2 capacitores de cerâmica: um de250pF (C1) e um de 100pF (C2);

. diodo de silício ou germânio;

.15 percevejos;

. fita adesiva e lixa fina

diodo

fio terracapacitor C1

bobinafonedeouvido

capacitor C2

antena: use aproximadamente 20 m de fio e coloque a 5m de altura do chão;

bobina: enrole 100 voltas do fio de cobre no canudo de modo que elas fiquem bem juntas;fixe as extremidades com fita adesiva; lixe as pontas e 1cm de largura ao longo da bobina;

capacitores: C1 é ligado em paralelo à bobina; C2 é ligado no diodo e no fio terra.

diodo é ligado entre os capacitores e o fone nos terminais do C2.

DICAS PARA MONTAGEM

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33Plugados na

TelevisãoO mecanismo pelo qual

um aparelho de TVreconstitui a imagem

recebida, serádesvendado nestas

páginas! Tome atento.

Como a informação sobrea imagem é captada pelosaparelhos de TV? De que

maneira o aparelho de TVreproduz na tela cenas

que se passam a distância?

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33 Televisão

Ao ligarmos um aparelho de TV, trazemos para dentro denossas casas imagens e sons referentes a acontecimentosque estão ocorrendo ou que já ocorreram em determinadoslocais. Esses aparelhos, tal como os rádios, funcionam comoum terminal de comunicações, estabelecendo uma "ponte"com o local onde a informação é gerada e transmitida.O processo de transformação do som em corrente elétricana comunicação televisionada é o mesmo já discutido norádio. Portanto, vamos nos deter em como a imagem embranco e preto é gerada e produzida.

Na estação geradora de imagem, a cena a ser transmitidaé focalizada pela câmara de TV. Esta faz a "leitura" da cenalinha por linha, como fazemos a leitura de um livro daesquerda para a direita e de cima para baixo . Nesse processoas variações de luninosidade de cada pequena região dacena captada são transformadas em corrente elétrica.Assim, na comunicação que envolve a imagem, a câmarade TV é o dispositivo reponsável pela sua captação e suatransformação em corrente elétrica.

Roteiro de observação e atividades junto ao aparelho de TV

1. A televisão necessita de uma fonte de energia quegeralmente é a usina. Qual é sua função?

2. Os sinais emitidos pelas estações são recebidos poronde?

3. Ligue um aparelho elétrico: liquidificador, furadeira,perto de um aparelho de TVligada. O que ocorre?

4. Os números que identificam as estações de rádiosão muito diferentes das estações de TV. Procure saberjunto a um técnico, informações a esse respeito.

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O tubo de imagem é o elemento essencial nos aparelhosde TV. Sua função é inversa daquela realizada pela câmarade TV, ou seja, a de transformar a corrente elétrica variávelgerada por ela em imagem.

O feixe eletrônico faz a varredura da tela de TV de modosemelhante à leitura de um livro. Tal varredura é feitacom certa rapidez para que nossos olhos não percebamo desaparecimento de uma linha e o surgimento deoutra, e além disso, nos dê a sensação de movimentoda imagem. Para tanto, é levado em conta a condiçãoque tem a retina dos nossos olhos em reter a imagem deum ponto luminoso durante 1/20s após a mesma ter sidorecebida: é o que se denominada persistência visual.

O tubo da imagem possui um filamento que, estandosuperaquecido, libera elétrons por efeito chamadotermoiônico. A parte interna da tela é recoberta por ummaterial que emite luz ao receber o impacto dos elétronsdo feixe. Este fenômeno é denominadofotoluminescência. O fósforo possui esta propriedade,por isso é o material utilizado no revestimento da tela daTV.

Ao sintonizarmos uma estação de TV, o aparelho receptorseleciona a corrente elétrica, que representam as imagens.Esta corrente variável é aplicada ao filamento do tubo deimagem e produz um feixe eletrônico cuja intensidadevaria no mesmo ritmo.

O material que recobre internamente a tela de TV possui apropriedade de continuar emitindo luz durante um períodode tempo após receber o impacto do feixe eletrônico. Essefenômeno é denominado fosforescência.Assim, o sistema de varredura da tela de TV pelofeixe eletrônico leva em conta a persistência visuale a fosforescência do material.No Brasil, a tela de TV é composta por 252 linhaspor quadro, e o feixe eletrônico tem que fazer avarredura dessas linhas completando 30 quadrospor segundo. Essa frequência na sucessão dequadros está ligada com a persistência visual, poisquando um quadro é susbstituído pelo seguinte, aindapersiste naretina a imagem do quadro anterior.

Televisão ColoridaNa televisão colorida, a tela do tubo de imagem é recoberta com milhares de pontos fosforescentes emgrupos de três. Cada um desses três pontos produz uma das três cores primárias, vermelho, verde ou azul,quando sobre ele incide o feixe de elétrons, um para cada cor primária. Em um tubo de imagens coloridas, hátrês canhões de elétrons, um para cada cor primária. Os feixes desses canhões passam através de pequenosorifícios em uma placa reguladora de modo quecada canhão excitará apenas os pontosfosforescentes de cor apropriada. contudo doisdos canhões , ou todos os três, podem agir nomesmo instante. A intensidade do feixe e,portanto, o brilho da côr, são controlados pelascores que a câmara vê. Deste modo, pode serproduzida qualquer variação de colorido. Estestrês feixes varrem a tela do tubo de imagens,cobrindo o tubo completamente trinta vezes porsegundo e produzindo uma radiante imagemcolorida.

O tubo de imagem

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A eletricidade e o magnetismodando aquela força para a imagem exercitando...

1. Através de que processo é obtida a luminosidade na tela do aparelhode TV?

2. O que é persistência visual? Que papel ele desempenha quandoassistimos TV?

3. De onde são retirados os elétrons que formam o feixe eletrônico? Quenome recebe o processo envolvido e como ele ocorre?

4.Como se obtém a varredura da tela pelo feixe eletrônico? Explique oprocesso.

teste seu vestibular

1. Um feixe de elétrons incide, horizontalmente, no centro de um anteparo,conforme a figura.

a. estabelecendo-se, naregião, um campo magnéticovertical e para cima, o feixede elétrons desviará. Queposição ele atinge oanteparo?

b. se além do campomagnético, for aplicado umcampo elétrico, vertical e parabaixo, qual a posição que ofeixe atingira no anteparo?

O feixe eletrônico é constituído de elétron em alta velocidade. Emcolisão com o material fosforescente da tela, surge um ponto luminoso,que corresponde à transformação de energia cinética em luminosa.

Para obter-se este efeito, os elétrons provenientes do filamento precisamser acelerados para atingirem altas velocidades. Além disso, para quepossam fazer a varredura de todos os pontos da tela, eles precisam serdesviados.

Para que os elétrons do feixe sejam acelerados, um campo elétrico,produzido por placas eletricamente carregadas, é produzido na regiãopróxima ao filamento. Através da ação deste campo sobre os elétrons,que são partículas eletricamente carregadas, eles ficam sob a ação daforça elétrica, cujo valor é calculado pela equação: F

e = q

ex E.

Já o desvio do feixe elétrônico é obtido com a ação de uma força denatureza magnética. Para tanto, através de dois pares de bobinas,colocados nas direções vertical e horizontal, são criados dois camposmagnéticos na região onde vão passar os elétrons que formam o feixe.Tais campos magnéticos são originados por correntes elétricas. Devidoà interação que existe entre os campos magnéticos e os elétrons emmovimento, uma força de natureza magnética altera a direção demovimento e, portanto, o local onde se dará sua colisão com a tela. Estaforça magnética, tem um valor quepode ser calculado pelac expressão:F

m = q

e . B . v, considerando que o

ângulo entre a velocidade dos elétronse os campos magnéticos é 900.

A direção e o sentido desta força podeser obtida fazendo uso da "regra da mãoesquerda, conforme indica a figura:

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13

3

filme: O meu carregador

cena 12 - tomada externa

versão 15 - bloco 4

Luz, câmara,...,AÇÃO!

Como a câmara deTV capta a imagem

da cena e atransforma em

eletricidade? É sóvocê acompanhar as

páginas a seguir!

34

Page 20: Eletricidade 05

13

4

34 Luz, câmara,..., AÇÃO!

Sua focalização é feita pela objetiva e, através de um arranjode lentes, a imagem desta cena é projetada sobre umatela de mica recoberta de material sensível à luz. Estematerial, ao ser atingido pela luz, produz uma separaçãode cargas com os elétrons desligando-se dos seus átomos.Como resultado deste processo, tem-se a formação de

uma eletrizaçãonesta tela ondecada pequenaregião eletriza-se de acordocom o grau deluminosidadeda cenafocalizada.

O aparelho de TV que temos em nossas casas, recebe sinaisde som e imagem que são transmitidos pela estação.Paratransmití-los, é necessário transformar sons e imagens emcorrente elétrica. O som é transformado em corrente elétricapelo microfone e as imagens são transformadas em correnteelétrica com o uso da câmara de TV. Vejamos como issoacontece.

A cenafocalizada éuma região quedifunde a luzproduzida oupelo Sol oupelas lâmpadasquando se tratade um estúdio.

A câmara de TV A transformação da cena emimagem eletrostática

Semelhanças e diferenças na captação daimagem: aponte umas e outras observando uma

câmara fotográfica e a câmara de TV

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13

5

Na face frontal da tela acumulam-secargas positivas e na outra face ascargas negativas. Quanto maior aluminosidade, maior a eletrizaçãoproduzida no material fotossensível.

O processo de transformação da cena em corrente elétricaé completado com a varredura da imagem eletrostática dacena, que é realizada por um feixe eletrônico semelhanteao existente no tubo de tv. A varredura do feixecorresponde à leitura da cena, linha por linha e o seudirecionamento é controlado pela interação do campomagnético produzido por corrente elétrica em bobinas.

Tal processo de "leitura" corresponde ao descarregamentodas regiões eletrizadas onde seencontram as cargas positivas.Assim, tais regiões sãoneutralizadas e as cargas negativasda face posterior de movematravés de um circuito conectadoà placa, formando uma correnteelétrica proporcional à cargapostiva existente. Assim, oresultado da varredura de todoo mosaico corresponde àtransformação da imagemeletrostática nele projetada emcorrente elétrica variável.

corrente elétrica

O feixe elétrônico é constituido de elétrons retirados deum filamento super aquecido, por um processo semelhanteao do tudo da TV: efeito termoiônico.Através da ação de um campo elétrico, eles sãoacelerados.Este dispositivo emissor e acelerador de elétronsé conhecido como canhão eletrônico.No Brasil, a tela da câmara de TV tem 525 linhas e a suavarredura é feita 60 vezes por segundo. Já em países ondea corrente elétrica da rede tem 50 Hz de freqüência, atela é dividida em 625 linhas.É a quantidade de linhas que determina a definição daimagem.

Numa tela de câmara de TV ou mesmode aparelho de TV de alta definição, hámais de 1000 linhas. Conseqüentemente,a imagem obtida é muito mais nítida.

feixe eletrônico

O césio é um material que se comporta dessa forma e porisso é usado no recobrimento da tela de mica. Esta telarecoberta de grânulos de césio, formando fileiras justapostashorizontalmente, recebe o nome de mosaico.

Quando o mosaico recebe a imagem da cena focalizadapela objetiva da câmara, este fica sujeito a ter regiões comdiferentes luminosidades que corresponde às partes dacena com maior ou menor incidência de luz. As regiõesmais claras da imagem se apresentam eletrizadas com maiorquantidade de cargas positiva que as regiões mais escuras.A diferença de luminosidade entre o claro e o escurocorresponde à "imagem eletrostática", constituída decargas positivas, da cena que se pretende transmitir.

A "leitura elétrica" daimagem eletrostática da cena

Page 22: Eletricidade 05

13

6

exercitando ...

Como você já estudou, a luz, entre outrascoisas é também energia!

Assim sendo, quando a luz incide sobre osmateriais, há transferência de energia paraos seus átomos. Algums materiais como océsio, o berílio, o germânio, perdem algunsde seus elétrons quando se incide luz sobreeles.

Quando isso ocorre, os físicos afirmam queos átomos ficaram eletrizados, pois onúmero de prótons ficou maior que onúmero de elétrons.

Estes elétrons que se afastaram dos seusátomos absorveram uma quantidade deenergia além daquela que eles já possuiamquando ligados aos seus átomos.

Quem forneceu esta quantidade de energiaextra foi a luz que incidiu sobre eles. Estefenômeno, que é denominado de efeitofotoelétrico, tem hoje em dia váriasaplicações, dentre as quais as pilhas solaresque alimentam os satélites e naves espaciais,que fornecem energia elétrica para os seusaparelhos.*

*ver mais detalhes na leitura 38.

Como é que a luz consegueeletrizar ?

1. Qual a principal transformação de energia que é feitapela câmara de TV, considerando o início e o final doprocesso?

2. Que efeito a luz exerce sobre a placa de mica recobertacom césio?

3. O que se entende por "feixe eletrônico" e qual a suafunção neste processo de comunicação?

4. O que é efeito termoiônico?

5. Compare o funcionamento de uma câmara de televisãoe de um tubo de um aparelho de TV. O que de maisimportante se pode concluir? As figuras abaixo, são auxilarespara uma boa resposta.

a. câmara de TV

b. tubo de um televisor

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137

35Transmissão aérea

de informaçõesAgora você vai saber

como é feita atransmissão das

programações pelasestações de rádio e TV.

Qual é a sua onda?

Page 24: Eletricidade 05

138

35 Transmissão aérea de informaçõesQuando descrevemos as principais etapas do processo decomunicação pelo rádio e pela televisão, a antena foi

identificada como oelemento através doqual a propagação dainformação se dá apartir da estaçãoemissora e tambémcomo captador dainformação nosaparelhos recptores (

de rádio e de TV ) que temos em nossas residências.

Na estação transmissora, a antena é conectada a um circuitode modo que os seuselétrons livres sãoacelerados na freqüênciada corrente que serve deidentificação da própriaestação. Uma versãosimplificada de partedeste circuito permite-nos compreender comose dá esse processo.

O circuito da direita é do tipo oscilante, semelhante aoanalisado na leitura sobre o rádio. Sua função é originaruma corrente de alta freqüência.É através da freqüênciadesta corrente, que são identificadas as estações de rádioe também os canais de TV. Já o circuito situado a esquerda,contém uma bobina ligada a um fio reto com extremidadelivre e a outra extremidade ligada à Terra. Este correspondeao circuito elétrico da antena sendo denominado de circuitooscilante aberto.A proximidade entre as duas bobinas dosdois circuitos permite que a corrente alternada de altafreqüência existente no circuito oscilante induza umacorrente também alternada no circuito reto comextremidade livre.

Desse modo, esta corrente produzirá no espaço ao redordo fio, um campo magnético, conforme ilustra a figura.

Uma vez que a corrente elétrica induzida no circuito reto évariável, o campo magnético criado por ela acompanhaestas variações, resultando num campo magnético tambémvariável.

De acordo com o que prevê a lei de Faraday, numa regiãodo espaço em que há variação do campo magnético ocorrea indução de um campo elétrico. Como o campo magnéticovaria, o campo elétrico gerado também é variável.

Pelo fato destes campos estarem indivisivelmente ligadosentre si, eles recebem o nome de campoeletromagnético, o campo total formado por eles.Estecampo, propaga-se para o espaço em todas as direções, apartir do circuito da antena, com uma velocidade de300.000 km/seg.

Numa coisa parecida com uma reação em cadeia, ocorreuma sucessão de campos magnéticos gerando camposelétricos a partir do fio, conforme ilustra a figura.

Como são enviadas as informações

Page 25: Eletricidade 05

139

Se a corrente elétrica no fio da antena varia periodicamente,isto é, da mesma forma, as variações do campo magnéticose repetirão periodicamente, o mesmo acontecendo como campo elétrico gerado.

Podemos dizer que os campos magnéticos e elétricos quesão gerados a partir da antena e se propagam pelo espaçoapresentam uma variação uniforme correspondente a umaonda, só que eletromagnética.

f

A cada estação, de rádio ou TV, corresponde um certovalor da freqüênciada ondaeletromagnética quecarrega consigo asinformações que sãotransmitidas.

Como todas asondas, elas sepropagam com umacerta velocidade ecom a energia quetransportam, sãocapazes de gerarem,no fio da antenaatingido por elas,uma correnteelétrica, que varia namesma freqüência daonda.

Aparelhos como rádio, TV, dentre outros, quando colocadosna região do espaço onde encontra-se ocampo eletromagnético produzido por umaestação, são capazes de receber e processaras informações enviadas. Para tanto, elesdispõem de antenas que podem serinternas( no caso de rádios portáteis) ouexternas.

Este é o primeiro passo para que ainformação seja recebida, mas não é oúnico. O aparelho precisa estar ligado esintonizado. Vejamos o que isso significa.

Os aparelhos receptores de rádio e TV têm associados aocircuito da antena também um circuito oscilante. Para queeste circuito esteja apto a receber todas as estações, ocapacitor deste circuito apresenta a característica que podervariar a sua capacidade de acúmulo de cargas quando desua eletrização.

Quando mexemos no botão de sintonia com o aparelholigado, estamos mexendo na posição das placas de umcapacitor variável e, assim, alteramos a sua capacidade deacumular cargas, para menos (figura a) ou para mais (figurab).

É esta alteração que torna possível a sintonia das diversasestações. Isto pode ser explicado pelo fato da freqüênciada onda eletromagnética portadora da informação, ter ounão "permitida" a sua entrada no circuito oscilante doaparelho. Esta condição só ocorre quando o carregamentodas placas do capacitor for tal que a corrente elétrica variávelcriada neste circuito, tiver a mesma freqüência da ondaeletromagnética portadora da informação. Somente nestacondição, o sinal enviado pela estação uma vez chegandoaté a antena do aparelho, tem a sua informação processadapelo mesmo, tornando-a acessível.

A RECEPÇÃO DAS INFORMAÇÕES

capacitor variável:a partehachurada indica o local dasplacas que pode acumular cargas

fig.a

fig.b

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COMO SE PREPARA A INFORMAÇÃO PARA ENVIÁ-LA ATÉ AS ANTENAS ONDE ESTÃOOS APARELHOS RECEPTORES E COMO SE RECUPERAM AS INFORMAÇÕES

Primeira etapa: codificação da informação

A primeira transformação por que passam som e imagem na etapa decodificação é a sua transformação em corrente elétrica. Isto é realizadorespectivamente pelo microfone e pela câmara de TV conforme jádiscutimos nas leituras 32 e 34. Tais correntes elétricas têm baixafreqüência e por isso, não são apropriadas para serem aplicadas emantenas transmissoras.

Assim sendo, a transmissão das informações referentes a som e imagemrequerem um "veículo" que as transporte a longas e médias distâncias.Este "veículo" são as ondas eletromagnéticas de alta freqüência chamadasde ondas portadoras. É justamente através do valor da freqüência daonda portadora que sintonizamos a estação desejada e recebemos asinformaçòes transportadas por ela.

A etapa que permite o envio das informações através da antena -chamada de modulação - consiste na produção de alterações naamplitude ou na freqüência da onda portadora de reproduzi-las deforma idêntica a das correntes elétricas que representam o som ou aimagem. Para visualizar o processo de modulação, podemos representar,por exemplo as ondas sonora e de alta freqüência antes (fig. a) e depois(fig. b).

exercitando ....

Elabore 5 questões que foram respondidas neste texto. Não vale usarcoisas do tipo: o que é, quem disse..., quem fêz..., etc.

Estando o aparelho receptor ligado e uma vez feita a sintonia com aestação desejada, a onda eletromagnética portadora da informaçãocodificada, reproduz no circuito do aparelho receptor a corrente elétricacorrespondente.

Posteriormente, esta corrente elétrica acionará um alto falante, se elacorresponder a um som, ou a um canhão eletrônico se tal correntecorresponder a uma imagem.

Segunda etapa: recuperação da informação

fig.arepresentaçãoda ondaportadorae da ondasonora

fig. b representação da onda sonora modulada emamplitude (AM) e em freqüência (FM)

Page 27: Eletricidade 05

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36

Você vai conhecer anatureza das radiaçõese o que distingue uma

da outra

ESPECTRO DAS RADIAÇÕESRadiaçõesEletromagnéticas

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36 Radiações Eletromagnéticas

Além do caráter de síntese, o trabalho de Maxwell anteviua possibilidade de novos fenômenos. Um deles se refereao fenômeno das radiações eletromagéticas.

Vejamos como:

Quando uma usina hidroelétrica ou termoelétrica entra emfuncionamento, elas transformam energia gravitacional ouenergia química em elétrica, originando corrente elétricase o circuito estiver fechado. Nos aparelhos elétricos, aenergia elétrica é transformada em mecânica de rotação (ventilador, furadeira, liquidificador..); energia térmica (chuveiro, ferro elétrico,..); energia luminosa ( imagem emTV, mostradores de calculadora,..); energia sonora, etc.

Fazendo a contabilidade das parcelas das transformaçõesde energia envolvidas, o balanço energético não coincide,ou seja, a soma das parcelas de energia que os aparelhostransformam, não iguala a energia inicial.

Será que o princípio da transformação e da conservaçãoda energia não se aplica? Então ele deixaria de ser umalei universal da natureza. Ou pior, será que ele estáfurado??

Maxwell fez uma outra suposição mantendo a fé naconservação da energia: a parcela de energia que faltapara fechar o balaço energético, corresponde à energiairradiada para o espaço. Além disso, Maxwell calculou,através de deduções de sua teoria, que esta enegiaeletromagnética irradiada desloca-se para o espaço comuma velocidade de 300.000 km/s.

Qualquer semelhança com o valor da velocidade daluz no vácuo, terá sido mera coincidência??Uma outra questão importante relativa ao balançoenergético diz respeito à quantidade de energia irradiadapara o espaço.

Nos circuitos oscilantes,conforme os estudadosna leitura 32, a energiairradiada quando hácorrente elétrica émuito pequena.

Mas se incluirmos uma antena, aproximando da bobinaque faz parte do circuitooscilante, a energia irradiadaatravés da antena serámuito maior.

Maxwell foi o físico que sintetizou todo o conhecimentodos fenômenos elétricos e magnéticos conhecidos até entãoem quatro leis, consideradas fundamentais e universais danatureza e que ficaram denominadas como as 4 leis deMaxwell. Hoje, este trabalho constitui a teoria doeletromagnetismo clássico. Tendo em vista o que já vimosnas leituras anteriores podemos mencioná-las da seguintemaneira:

a. o campo elétrico pode ser criado por carga elétrica oupor corpos eletrizados;

b.não existe carga magnética

c.um campo magnético que varia com o tempo, cria umcampo elétrico;

d. um campo elétrico que varia com o tempo, cria umcampo magnético

Assim é que nas comunicações, a energia irradiada atravésda antena é utilizada para "carregar" informações de umlugar a outro, pelo espaço afora. Esta mesma energia"sensibiliza" as antenas dos aparelhos receptores,"entregando" as informações se o canal ou estação estivremsintonizados.

Page 29: Eletricidade 05

143

Uma outra previsão deduzida da teoria doeletromagnetismo de Maxwell, diz respeito à como estácomposta tal radiação eletromagnética.

Segundo ele, oscampos elétrico emagnético sãop e r p e n d i c u l a r e sentre si e em relaçãoà direção depropagação.

Esta é a representação do campo eletromagnético,incluindo a sua direção de propragação em uma únicadireção. Em torno de uma antena, o campoeletromagnético se propaga em todas as direções em tornodela.Com a aceitação da teoria de Maxwell, foi possívelcompreender que todas as radiações são originadas pormovimentos acelerados de cargas elétricas.

As radiações de rádio e TV são originadas por movimentosde elétrons livres no interior das antenas; já a luz é produzidapor movimentos súbitos de elétrons dentro de átomos emoléculas.

Os raios X, que é um outro tipo de radiação eletromagnéticacuja aplicação na medicina é de todos conhecida atravésdas radiografias, é produzida pela desaceleração muitobrusca de elétrons previamente acelerados. Estadesaceleração é provocada pelo choque com uma placametálica.

Um outro tipo de radiaçãoeletromagnética são os chamados "raios gama". Eles sãoproduzidos e emitidos na desintegração de núcleosatômicos ocorridas naturalmente, como naradioatividade, como na tecnologicamente produzida,como nas bombas atômicas.

Na interação com a matéria, as radiações eletromagnéticaspodem ser absorvidas, refletidas, refratadas, difratadas ouainda serem polarizadas. Além disso, elas também podersofrer interferência. É por isso que Maxwell acreditava queas radiações eletromagnéticas podem ser entendidas comoum tipo de onda: as ondas eletromagnéticas.

Assim, os diferentes tipo de radiações: luz, raios X, radiaçãoinfravermelha, raios gama, dentre outras, não sedistinguem em sua natureza, pois todas elas sãooriginadas por movimentos acelerados (ou desacelerados)de cargas elétricas. O que as diferencia umas das outrasé a freqüência e o comprimento de onda de cada tipode radiação. Algumas previsões da teoria de Maxwellfalharam. Uma delas consistia em admitir que um corpoaquecido, transmitiria radiação térmica continuamente atéatingir a temperatura de zero na escala Kelvin. A superaçãodeste problema foi dada por Max Planck, admitindo que aenergia emitida por um corpo através de radiaçãoeletromagnética dá-se em "porções" que ele denominoude "quantuns". O valor desta energia (E) é diretamenteproporcional à freqüência da radiação (f), e sempre múltiplode um valor constante (h), que acabou recebendo o nomede constante de Planck.

No Sistema Internacional deunidades, o valor destaconstante é 6,63.10-34 J.s

velocidade de propagação =comprimento de onda xfreqüência

E = h . f

As radiações infravermelhas, também denominadas deradiação térmica, nos aquecem quando estamos em torno

de uma fogueira e tambémassam alimentos como carnes,pães,..., e ainda tijolos e telhasnos fornos são também radiaçõeseletrmoagnéticas. Elas sãooriginadas com a intensavibração dos átomos queconstituem os materiais.

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1 Qual é o comprimento de onda da onda eletromagnética correspondente à frequência de 50Hz de uma linha dealta tensão?

2. O eco de um sinal radiotelegráfico que sofreu uma reflexão num obstáculo retorna à fonte um intervalo de tempo de 2 . 10-4s. Determine a distânciado obstáculo à fonte.

3. Nosso corpo emite raios infravermelhos com comprimento de onda em torno de 10-5m. Calcule a frequência correspondente.

1. Considere estas afirmações:

I. A velocidade de propagação da luz é a mesma em todosos meios.

II. As microondas usadas em telecomunicações paratransportar sinais de TV e telefonia são ondase l e t r o m a g n é t i c a s .

III. Ondas eletromagnéticas são ondas do tipol o n g i t u d i n a l .

Quais delas estão corretas?

a)( ) Apenas I c)( ) Apenas I e II e)( ) I, IIe III

b)( ) Apenas II d)( ) Apenas II e III

2. Sejam Sejam v1, v

2 e v

3 as velocidades de propagação

no vácuo das radiações gama, infravermelha e luminosa.Temos então:

a)( ) v1

<

v2

<

v3

c)( ) v3 < v

2 ≤

v

1e)( )

v3

≤ v2

≤ v1

b)( ) v2

<

v1

< v3

d)( ) v1

= v2 = v

3

3. As siglas TV, FM e os termos "ondas curtas" e"ondas médias" referem-se às frequâencias usadasem comunicações no Brasil. Assim sendo, o conjuntodas radiações que se encontra em ordem crescentede freqüência é:

a)( ) ondas médias, televisão, raios X, radiaçãoi n f r a v e r m e l h a

b)( ) radiação ultravioleta, radiaçãoinfravermelha, luz, televisão

c)( ) FM, radiação infravermelha, luz, raios X

d)( ) FM, TV, ondas médias, ondas curtas

e)( ) microondas, luz, radiação ultravioleta, ondasc u r t a s

4. Uma cápsula a caminho da Lua certamente nãoencontra em sua trajetória:

a)( ) raios X

b)( ) raios gama

c)( ) radiação ultravioleta

d)( ) microondas

e)( ) ondas sonoras

teste seu vestibular ...

exercitando...

Page 31: Eletricidade 05

145

37Salvando egravando

Nesta aula você vaiconhecer doisprocessos de

armazenamento deinformações

Vivemos num mundo onde a informação assume umpapel crucial na vida das pessoas, das empresas edas nações. Acesso à informação, transmissão de

informações, armazenamento e geração deinformações novas, constitui uma grande parte da

vida de todos nós. De quantas maneiras se armazenainformações nos dias de hoje?

Page 32: Eletricidade 05

146

37 Salvando e gravandoEstudar, ler um texto ou um manual de um aparelho acabadode comprar, assistir um programa de TV ou uma fita em videoou em cimena, ouvir um programa de rádio, um disco ou umCD, jogar xadrez, seguir uma receita no preparo de umsaboroso prato de comida,..., em todas as atividades querealizamos, o processamento de informações encontra-sepresente, de um modo mais ou menos explícito. Esteprocessamento de informações envolve algumas etapas quesão básicas: o armazenamento, a transmissão e a recuperaçãodas informações. Vejamos com mais detalhes cada uma destasetapas.

Nos dias de hoje confiamos a guarda de informações em fitasmagnéticas na forma de cartões magnéticos e fitas cassetes.Nos dois casos, sobre uma tira de plástico é fixado ummaterial à base de óxido de ferro, na forma de pequenosgrãos, formando uma finíssima camada cuja espessura variade 0,0032 a 0,0127mm. Este metal, é influenciado pelapresença de um campo magnético produzido por um outroobjeto e, por isso, ele é utilizado para registro e guarda deinformações. Este registro é realizado através de uma certaseqüência na organização destas partículas.

A memória humana é uma maneira natural de registrar eguardar informações. Além disso, os seres humanos utilizamformas inscritas para armazenar informações: desenhos emmadeira, barro e pedra, anteriormente; e, depois da escrita,do papel e da imprensa, os livros, revistas, jornais, ..., foramas formas encontradas para tornar possível a guarda deinformações.

1. inscrições em cavernas2. anotações no chão3. anotações em livros

No processo de gravação, seja de som ou de imagem ou de umnúmero ou de uma mensagem, estes são anteriormentetransformados em corrente elétrica variável. Esta correnteelétrica, é estabelecida numa bobina envolvida por um núcleode ferro do chamado cabeçote do gravador, conforme ilustraa figura.

Assim, é criado um campo magnético relativamente intensona região próxima a ele. É nesta região que uma fitamagnética é posta em movimeto.

1. fita magnética emmovimento

2. cabeçote com campomagnético

ARMAZENAMENTO DE INFORMAÇÕESE SUA RECUPERAÇÃO

Page 33: Eletricidade 05

147

A proximidade entre a fita magnética e o núcleo magnéticodo cabeçote faz com que o campo magnético criado pelacorrente elétrica que representa o som ou a imagem atuesobre a fita. Isso significa que à medida que a fita magnéticase move próxima ao cabeçote ela acaba registrando ocampo magnético criado pela corrente. Como esta correntenada mais é que o som ou imagens transformados emeletricidade, consegue-se, desta forma, registrá-los earmazená-los numa fita magnética.

Para reproduzir o que foi gravado, o processo épraticamente inverso ao da gravação: as variações docampo magnético registradas na fita, induzem no circuitoelétrico do cabeçote uma corrente elétrica variável, deacordo com a lei de Faraday.

Esta corrente elétrica, nada mais é do que a corrente quese tinha antes da gravação. A etapa seguinte é a suatransformação em som ou imagem.

O processo pelo qual se armazenainformações no disco de vinilconsiste em imprimir ranhuras ou"riscos", cujas formas, tanto em profundidade como abertura,mantenham correspondência com a informação que sedeseja armazenar. Estas ranhuras, visíveis no disco a olhonú, são feitas no disco matriz através de um estilete nomomento de gravação. Este estilete é movido pela açãoda força magnética que age sobre eletroímãs que estãoacopladas a ele, conforme indica a figura.

Um outro local onde se podearmazenar informações é nodisco de vinil. Antes da fitacassete, o disco de vinil era omodo mais usado paraarmazenar informações.

Veja que a agulha tem aspectoigual ao do estilete de gravação.

A corrente elétrica que correspondeao som é estabelecida nesteseletroímãs e assim, eles semagnetizam, conforme prevê a leide Ampère. Em conseqüência, oestilete fica sujeito a forças variavéisque o fazem mover de acordo com as variações do som.

Já no processo de leitura das informações, ou seja, quandoo disco é posto a tocar, a agulha do aparelho percorreestas ranhuras.Desse modo, os ímãs que estão fixados aela se movem no interior de duas bobinas, o que originacorrentes elétricas nelas, conforme prevê a lei de Faraday.Tais correntes elétricas que surgem nas bobinas variam nomesmo ritmo das alterações gravadas nas ranhuras impressasno disco. A recuperação do som é obtida com oestabelecimento desta corrente no alto falante do aparelho.

Questão: Identifique semelhanças ediferenças nos processos de

armazenamento de informações descritosneste texto.

Page 34: Eletricidade 05

148

ANALÓGICO OU DIGITAL?Existem atualmente dois processos atravésdos quais se pode codificar as informaçõescom o intuito de armazená-las.

Ao descrevermos a transformação do som ouda imagem em corrente elétrica através domicrofone e da câmara de TV, a intensidadeda corrente elétrica tinha correspondênciadireta com a intensidade do som ou com aluminosidade de cada região da cena queestava sendo filmada.

Nestes casos, o processamento dainformação se dá com uma seqüênciacontínua de diferentes intensidades decorrente elétrica, que representa fielmente ainformação original. Realizado desta forma,tem-se o processamento analógico dasinformações. Atualmente ele é empregadonas transmissões de rádio e TV.

Além do processamento analógico deinformação, a microeletrônica através doscomputadores e também dos compacts discs(CD) faz uso de um outro processamento deinformações para a sua armazenagem: odigital.

Para se ter uma idéia de como se faz este processamento vamos partir deuma representação de um trecho de uma onda sonora, transformada emtensão elétrica pelo processo analógico.

Dividindo-se a região delimitada por estegráfico em pequenos trechos podemosobter algo semelhante ao formulário usadopara brincar de batalha naval, só que emvez de porta aviões, navios,..., teremosquadradinhos "cheios" e outros "vazios'relacionados à informação: tem corrente oucorrente nula.

Estas duas únicaspossibilidades, vãocorresponder aosvalores 1 e 0 noprocessamento digital.

A gravação e também aleitura da informaçãodigitalizada consiste emvárias seqüências de 1ou 0 formados com osdois únicos valores possíveis: tem ou não. Cada uma destas seqüências éconstruida a partir de cada trecho no eixo do tempo, conforme está ilustrado.Assim, por este exemplo de representação temos três seqüências: a de número1, 2 e 3. A seqüência 1 seria formada pela informações1-1-1-1-0-1. Aseqüência 2 seria 0-1-1-1-0-1 e a seqüência 3 seria0-0-1-1-0-0.

Disquetes, CD's e discos rígidos, já utilizam esta forma de armazenamento ede processamento de informações.

Page 35: Eletricidade 05

149

38Tamanhos são

documentosNesta aula você vai

saber porque o tamanhodos equipamentos

elétrônicos vemdiminuindo

Vamos fazer um teste para ver se você conhece asmarcas tecnológicas de cada época. Observe com

atenção a figura abaixo e responda: de que século eem qual década pertencem estes aparelhos elétricos?

Page 36: Eletricidade 05

150

38 Tamanhos são documentos

Localize dentre seus familiares ou amigos um rádio antigo, provavelmente um guardadodos avós ou bisavós, mas que ainda funcione e compare com um walkman sob os seguintesaspectos:a. tamanho e pesob. tempo necessário para entrar em funcionamentoc. aquecimento do aparelho

REVIRANDO OS GUARDADOS DOS ANTEPASSADOS

A diferença entre os dois aparelhos que fazem a mesmacoisa é muito grande. O aparelho de rádio antigo é muitomais pesado e maior, leva mais tempo para ligar e aquecese permanece ligado por algum tempo. Uma outradiferença é que o antigo só é ligado na tomada enquantoo walkman é ligado em pilhas.

Internamente as diferenças são também enormes. Muitasválvulas e fios de ligação além de resistores, no rádio antigo.Já no walkman, circuito impresso, isto é, placa com trilhade cobre fundido, nenhuma válvula, e, além de resistores,alguns componentes novos conforme ilustra a figura.

Todas estas alterações foram possíveis a partir da substituiçãodas válvulas, que necessitam de alta tensão parafuncionarem, além de um certo tempo para que sejaaquecido o filamento, lembrando uma lâmpada comum.

Em seu lugar entraram o diodo e o transistor, que são feitoscom materiais como germânio e silício. Com a utilizaçãodos circuitos integrados da microeletrônica, o volume podeser reduzido de 10cm3 , que corresponde ao de umaválvula, para 0,00 000 008 cm3, o volume de um transistorintegrado.

Além disso, a energia necessária para manter estescomponentes funcionando também variousignificativamente: 100.000 vezes menos energia porsegundo, na subistituição de uma vávula por um transistorintegrado.

O estudo das propriedades elétricas de materiais como ogermânio e o silício, que são genericamente denominadosde materiais semicondutores, requer uma aproximação comalgumas idéias do que se denomina física quântica.Assim,nas páginas a seguir vamos tratar de dois aspectos:localizaremos num primeiro momento as idéias básicasdesta parte da física para, no segundo momento, utilizá-las na construção de um novo modelo de condução elétricapara os materiais.

Page 37: Eletricidade 05

151

Bohr e seu novo modelo de átomo

As idéias básicas que permitem a compreensão daspropriedades elétricas de materiais como o germânio e osilício, tem por base uma representação de átomo elaboradaem 1913, e ficou conhecida na física por "átomo de Bohr",em homenagem ao físico que a elaborou.

Segundo esta representação , o átomo é formado de duasregiòes: uma no centro chamada núcleo, onde estão osprótons e os nêutrons e umaoutra chamada eletrosfera,onde estão os elétrons. Afigura ao lado é umarepresentação do átomo dehidrogênio, segundo omodelo de Bohr.

Na eletrosfera, os elétrons se movem tão rapidamente aoredor do núcleo, em suas órbitas, que formam uma espéciede nuvem, mas há algumas regiões onde existe maiorchance de encontrá-los que em outras, ou seja, as órbitasnão podem ser quaisquer.

Estas regiões, podem conter um certo número de elétrons,correspondendo cada uma delas a um valor de energiaque depende da sua distância em relação ao núcleo doátomo.

De acordo com Bohr, que estudou detalhamente o átomode hidrogênio, quando o seu único elétron encontra-se naórbita mais próxima do núcleo, ele tem o seu menor valorde energia. Nesta situação, o átomo está no seu estadofundamental.

Ainda segundo Bohr, este elétron pode mudar para umaórbita mais afastada do núcleo de seu átomo se receberuma certa quantidade de energia que corresponde a umvalor bem determinado: a diferença entre os valores dasenergias associadas a cada uma das órbitas ( a final e ainicial).

Quando isso ocorre, o átomo deixa o estado fundamentale passa para o chamado estado excitado. Este estado,entretanto, é transitório, a menos que o átomo recebacontinuamente energia. Caso contrário, o elétron retornaespontaneamente à órbita inicial. Ao fazê-lo, ele emite amesma quantidade de energia absorvida anteriormente,voltando ao estado fundamental. Em ambos os casos,dizemos que houve um salto quântico de energia.

Em função das diferentes órbitas que o elétron pode ter,pode-se fazer um mapeamento das suas possibilidades,levando em conta os valores das energiascorrespondentes.Para o átomo dehidrogênio, odiagrama dosníveis dee n e r g i apossíveis parao seu elétronestá indicadoao lado.

Elétron mudando de nível maisexterno

Elétron voltando ao nívelfundamental

De acordo com este diagrama, quando o elétron encontra-se no nível enrgértico 1, ele está no estado fundamental.Fora dele, o átomo está no estado excitado. Para separaro elétron do átomo, isto é, ionizá-lo, o elétron deve receber21,7.10-19 J de energia.

p

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Podemos fazer uma classificação dos materiais quanto asua condutividade elétrica tomando por base os níveisde energia que os seus elétrons podem ter. Neles, aproximidade dos átomos faz com que haja um aumentodo número de níveis de energia possíveis para os seuselétrons, conforme indica a figura a seguir.

Reclassificação dos materiais do ponto de vista dacondutividade elétrica

Um material isolante tem uma grande barreira energéticaque separa a banda de valência da banda de condução.Assim, a passagem dos elétrons para a banda de conduçãorequer grande quantidade de energia, sendo justamenteisso o que caracteriza o material como isolante.Suarepresentação, em termos de níveis de energia écaracterizada conforme a ilustração ao lado.

Nesta representação, cada linha horizontal representa umnível de energia possível para o elétron. E a linha comuma bolinha, representa a existência de um elétron nestenível assinalado.

A caracterização dos materiais como isolantes oucondutores elétricos, vai depender da diferença deenergia entre os níveis que os elétrons podem vir aocupar, que se denomina banda de condução, e osvalores dos últimos níveis já ocupados por eles, a chamadabanda de valência.

Um material condutor, ao contrário, tem sua banda decondução elétrica em continuidade com a banda devalência. Deste modo, pequena quantidade de energia é

suficiente para que seuselétrons passem para osníveis de energia maisafastados. Por isso, estesmateriais são caracterizadoscomo condutores elétricos.

Há uma outra distribuição dos níveis de energia onde abanda de condução e a de valência estão separadas poruma diferença de energia menor que a dos isolantes. Nestecaso, com uma certa energia, os elétronspassam para a banda de condução, tornandoo material um condutor elétrico. Talcomportamento caracteriza os materiaissemicondutores. Germânio e silício sãoexemplos de materiais que apresentam estecomportamento. Para eles, a energia necesáriapara torná-los condutores elétricos pode serobtida com a elevação de temperatura,incidência de luz, aumento de pressão, dentreoutros processos.

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39Partículas einterações

Para terminar, você vaiconhecer um pouco de

como os físicosimaginam a constituição

da matéria

Ao longo de seu contato com a Física procuramos mostrar que ela podeser um poderoso intrumento para a compreensão de vários aspectos do

mundo natural e tecnológico, com a qual convivemos. Para finalizar estenosso contato com você, preparamos esta leitura, visando uma

aproximação com aquilo que hoje os físicos entendem ser as suasferramentas mais importantes para a compreensão do mundo material:

as partículas que o constituem e suas interações básicas.

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39 Partículas e interaçõesDo que é formada a matéria e como estão organizadas as

partículas que a formam?

Esta é uma questão que já foi respondida de várias maneirasao longo da história da humanidade. Vejamos algumas delas.

séc. 4 aCDemócrito, um filósofo grego,propõe que a matéria é formada deum conjunto de partículasindivisíveis. Chamou-as de átomoque significa exatamente isso: nãodivisível.

séc. XIX1808: J.Dalton afirmou que asdiferentes substâncias seriamformadas de diferentes átomos.

1897: J.J. Thomson descobriu umapartícula atômica e quebrou o átomo!E ainda criou um modelo para oátomo: este seria formado de elétronse outras partículas de cargas positivas.

séc. XX1911: E. Rutherford fez uma célebreexperiência e propôs um novo modelode átomo: existe um núcleo, formadode cargas positivas onde a massa doátomo está quase toda concentrada.Os elétrons estão fora do núcleo,girando em torno dele.

1913: N. Bohr aprimorou o modelo

de Rutherford: os elétrons giram aoredor do núcleo em órbitas definidas.

1932: J. Cladwick fez a suposição de

uma nova partícula no núcleo doátomo: os nêutrons. Acertou namosca!

1960: M. Gell-Mann propôs que

prótons e nêutrons são formadas deoutras 3 partículas: os quarks. Golde placa!

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c. interação forte

É a responsável pela manutenção ou coesão do núcleoatômico, apesar da repulsão elétrica entre os prótons. Suanatureza é atrativa, exercendo-se entre os prótons e osnêutrons, de modo que sua intensidade predominaquando está presente, embora sua atuação seja percebidasomente no núcleo do átomo.

Uma outra idéia muito importante que caracteriza o modocomo os físicos "enxergam" a natureza reside no fato deque apesar das modificações que são observadas no mundonatural, algumas quantidades físicas se mantém constantes,desde que não haja influência externa: são as chamadasleis da conservação.

Algumas delas, que foram discutidas ao longo dos trêsvolumes desta coleção são:

a. a conservação da quantidade de movimento (natranslação e na rotação);

b. a conservação da energia

c. a conservação da carga elétrica

Interações entre partículas

b. interação eletromagnética

Este tipo de interação explica a ligação entre os elétrons eseus respectivos núcleos atômicos e também a união entreos átomos para formar moléculas. Ela é também responsávelpela emissão de luz quando os átomos passam de umestado excitado para o estado fundamental, conformeilustra o esquema:

átomo excitado= átomo no estado + radiaçãofundamental eletromagnética

interações e forças

As interações forte, eletromagnética e gravitacional tambémpodem ser expressas em termos de forças: nuclear,eletromagnética ( elétrica e magnética) e gravitacional,respectivamente.

Leis de conservação

Além da idéia de que toda a matéria pode ser descritacomo formada das mesmas coisas - as partículaselementares - os físicos também acreditam que, elas sãocapazes de interagirem. É através dos diferentes tipos deinteração entre as partículas que se explicam as formaçõesde aglomerados de matéria que formam as coisas que nósconhecemos e lidamos. Vejamos:

a. interação gravitacional

É a responsável pelos grandes aglomerados de partículaselementares. Temnatureza atrativa,desempenhando papelfundamental na formaçãode estrelas, galáxias eplanetas, napermanência de nossaatmosfera e dos satélitesem órbita da Terra,...

Os físicos também admitiramuma outra interação, querecebeu o nome de interaçãofraca, responsável pelaemissão de partículas beta.Hoje, eles consideram que estainteração está relacionada coma eletromagnética.

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Essa história de partículaselementares não acabou por aí.Até hoje, já foram detectadas aexistência de aproximadamente200 partículas. A maior parte

delas, existe por um tempo muitocurto (da ordem de 0,000 001 a

0,000 000 000 000 000 0001 segundos).

exercitando ...1. Qual a principal diferença entre o modelo atômico deThomson e Rutherford?

2. a. quantos tipos de forças os físicos admitem comoexistentes na natureza?

b. que partículas participam destas forças?

3. Através de uma seta, faça a correspondência entre aslinhas das colunas a seguir:

a. interação forte 1. atrativa ou repulsiva

b. interação eletromagnética 2. explica o sistema solar

c. interação gravitacional 3. curtíssimo raio de ação

fim?

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40EXEXEXEXEXEXERCÍCIOS

Você vai rever o que foidiscutido nas aulasanteriores fazendo e

pensando as questõespropostas.

Exercícios(Som, imagem e comunicação)

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40 Exercícios: som, imagem e comunicação1. Qual o intervalo de frequências que o ouvido humanopode "perceber"?

2. Qual a ordem de grandeza da frequência das ondasque os rádios enviam para o espaço as suas informações?

3. Por que a corrente elétrica gerada nos microfones éconsiderada de baixa frequência?

4. Como podemos interpretar inter ferências nofuncionamento do aparelho receptor (rádio)?

5.Que tipo de associação há entre o ajuste do botão desintonia e o circuito elétrico do rádio?

6. Um rádio pode funcionar sem estar ligado a uma fontede energia (tomada ou pilha)? Então qual a função destestipos de fonte de energia elétrica?

7. As emissoras de rádio lançam no espaço ondaseletromagnéticas com freqüências específicas. As antenasdos receptores captam estas ondas ao mesmo tempo?Explique.

8. A sintonização de uma emissora de rádio ou de TV éfeita selecionando a freqüência da emissora de rádio e ocanal da TV. Por que, às vezes, um aparelho de TV "pega"também uma outra estação?

9. Quais as principais transformações de energia queocorrem num aparelho de rádio em funcionamento? E numaparelho de TV?

10. Os circuitos oscilantes possibilitam a obtenção decorrentes elétricas de alta frequência. Que papel elasdesempenham na transmissão de informações entre asemissoras e os teleouvintes?

11. A sintonização de uma emissora por um aparelho derádio significa que houve seleção de uma ondaeletromagnética.

a) Discuta o que acontece quando as oscilações da ondaeletromagnética transmitida pela emissora não têm amesma frequência que a do circuito oscilante do rádio e asituação em que estas frequências coincidem.

b) Por que o som de um rádio é perturbado por ruídosdurante uma tempestade onde ocorrem relâmpagos?

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12. As emissoras de rádio lançam ao espaço ondaseletromagnéticas moduladas. O que significa modular umaonda de alta frequência para se obter uma onda de rádio?

13. Qual a função do canhão eletrônico nas câmaras deTV? Identifique, nas transmissões de rádio, o quedesempenha função análoga. Que transformações deenergia ocorrem em cada um deles?

14. Por que as antenas são colocadas geralmente nos pontosmais altos de uma região?

15. O que acontece se colocarmos um ímã sobre uma fitamagnética? E sobre um disco?

16. Qual é o comprimento de onda eletromagnéticacorrespondente à frequência de 50 Hz de uma linha dealta tensão?

18. O texto a seguir foi retirado de um livro de Física:

19. Considerando a velocidade de propagação próxima ada luz ( 3.108 m/s), qual a freqüência da radiação emitidapelo corpo humano?

20.Calcule os comprimentos de onda das ondaseletromagnéticas de frequência f

1 = 6 . 1014 Hz e f

2 = 4 .

106 Hz.

22. Uma pessoa tenta ouvir um noticiário com um radinhode pilha nas seguintes condições: muito vento com ameaçade chuva com relâmpagos cortavam o céu.

Discuta as várias hipóteses que podem explicar o fato deque para ouvir alguma coisa, o radinho tinha que sercolocado colado ao ouvido.

" O corpo humano, que apresenta uma temperaturamédia de 37 oC, também emite radiaçõesinfravermelhas, cujo comprimento de ondaencontra-se próximo ao valor 10-5 metros."

17. O comprimento de onda transmitido por uma estaçãoretransmissora é de 300m. Calcule a frequência da ondaemitida.

21. Uma estação de rádio emite ondas eletromagnéticascom frequência 8 megahertz. O comprimento das ondasemitidas é de:

a)( ) 32,5m d)( ) 45,0m c)( ) 37,5m

b)( ) 35,7m e)( ) 52,6m

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teste seu vestibular6. Considere estas afirmações:

I. A velocidade de propagação da luz é a mesma em todosos meios.

II. As microondas usadas em telecomunicações paratransportar sinais de TV e telefonia são ondaseletromagnéticas.

III. Ondas eletromagnéticas são ondas do tipo longitudinal.

Quais delas estão corretas?

a)( ) Apenas I d)( ) Apenas II e III

b)( ) Apenas II e)( ) I, II e III

c)( ) Apenas I e II

7. Sejam v1, v

2 e v

3 as velocidades de propagação no

vácuo das radiações gama, infravermelha e luminosa. Temosentão:

a)( ) v1 < v

2 < v

3d)( ) v

1 = v

2 = v

3

b)( ) v2 < v

1 < v

3e)( ) v

3 < v

1 < v

2

c)( ) v3 < v

2 < v

1

8. Em uma região do espaço, existem campos elétricos emagnéticos variando com o tempo. Nestas condições,pode-se dizer que, nesta região:

a)( ) existem necessariamente cargas elétricas.

b)( ) quando o campo elétrico varia, cargas induzidas demesmo valor absoluto, mas de sinais contrários, são criadas.

c)( ) à variação do campo elétrico corresponde oaparecimento de um campo magnético.

d)( ) a variação do campo magnético só pode ser possivelpela presença de ímãs móveis.

e)( ) o campo magnético variável pode atuar sobre umacarga em repouso, de modo a movimentá-la,independente da ação do campo elétrico.

1. Não é radiação eletromagnética:

a)( ) infravermelho d)( ) onda de rádio

b)( ) ultravioleta c)( ) ultra-som

c)( ) luz visível

2. Uma cápsula a caminho da Lua não encontra,certamente, em sua trajetória:

a)( ) raios X d)( ) microonda

b)( ) raios γ e)( ) ondas sonoras

c)( ) radiação ultravioleta

3. No ar, sob condições normais de temperatura e pressão,uma fonte sonora emitie um som cujo comprimento deonda é de 25cm. Supondo que a velocidade depropagação do som no ar é de 340m/s, a frequência dosom emitido será de:

a)( ) 1,36kHz c)( ) 2,72kHz e)( ) 3,40kHz

b)( ) 1,60kHz d)( ) 3,20kHz

4. O ouvido humano consegue ouvir sons desdeaproximadamente 20Hz até 20 000Hz. Considerandoque o som se propaga no ar com velocidade de 330 m/s, que intervalo de comprimento de onda é detectávelpelo ouvido humano?

a)( ) De 16,5m a15,5mm d)( ) De 8,25m a 8,25mm

b)( ) De 165m a 165mm e)( ) De 20m a 20mm

c)( ) De 82,5m a 82,5mm