ESTUDOS CIÊNTIFICOS PARA UMA CRIAÇÃO

HUMANA DO FUTURO

Estudo dos Geradores

Geradores – São dispositivos destinados a manter uma diferença de potencial entre os dois

pontos aos quais estão ligados; têm como função básica aumentar a energia potencial das

cargas que os atravessam. Exemplos: baterias e pilhas.

Numa pilha, por exemplo, a energia resultante das reações químicas que acontecem no seu

interior é utilizada para a realização de um trabalho sobre as cargas, fazendo que elas

adquiram um potencial maior e, conseqüentemente, a capacidade de fornecer energia elétrica.

Gerador é um aparelho no qual a energia química, mecânica, solar, ou de outra natureza

qualquer é transformada em energia elétrica.

Função do gerador no circuito – Aumentar a energia potencial da carga Q, à custa da sua

energia química ou mecânica, realizando um trabalho sobre( ) ela.

Força eletromotriz do gerador (fem) – É dada pelo quociente entre o trabalho( ) realizado

para transportar uma carga Q de um pólo a outro de um gerador. A fem é representada pela

letra E.

Unidade da fem – Como a fem representa um acréscimo de energia à carga que atravessa o

gerador, a sua unidade, no SI, é o volt.

Observação: a chamada fem de um gerador, na verdade, não é uma força, e sim uma

diferença de potencial que o gerador poderia fornecer se não houvesse perdas dentro do

próprio gerador. Como essas perdas são inevitáveis, pois o gerador também oferece uma

resistência à passagem da corrente, a diferença de potencial fornecida é sempre menor do que

aquela originária do trabalho do gerador (por causa disso, representaremos um gerador

sempre acompanhado de um pequeno resistor).

Em que r é a resistência interna do gerador.

Equação do gerador – Observe que a diferença de potencial (U) que o gerador fornece nos

seus terminais é igual à sua força eletromotriz (E) menos a diferença de potencial

correspondente ao produto ri (lei de Ohm):

U = E – ri (Equação do gerador)

Observações:

a) Se a resistência interna do gerador é nula (r = 0), o gerador é chamado de gerador ideal,

pois não dissipa energia. Nesse caso (que não ocorre na prática), a ddp entre seus terminais é

igual à sua força eletromotriz:

r = 0 U = E

b) Se i = 0, também teremos U = E. Nesse caso, dizemos que o gerador está em circuito

aberto.

Balanço Energético – Nem toda a energia elétrica que o gerador desenvolve é entregue ao

circuito externo, pois uma parte é “consumida” no circuito interno, sendo dissipada sob forma

de calor.

Resistor

Para funcionar perfeitamente, os circuitos eletrônicos necessitam de correntes e

tensão de polarização adequadas. Por esse motivo, é necessário estudar o

componente que possibilitará essa adequação.

O QUE É RESISTOR?

Resistor é um componente eletrônico que tem a propriedade da resistência elétrica.

QUAL É SUA FUNÇÃO?

Atenuar a corrente elétrica.

SÍMBOLO

O símbolo geral do resistor segundo a ABNT é este que vocês podem ver a cima.

Sendo talvez, um dos componentes mais comuns, as resistências possuem um

formato cilíndrico e faixas coloridas que definem o seu valor em Ohms. Servem

para opor-se a passagem de corrente, ficando assim uma certa tensão retida no

mesmo.

ASSOCIAÇÃO DE RESISTÊNCIAS

Uma forma de se obter uma resistência de um determinado valor, é se associando

resistências, de duas formas: em série e em paralelo.

ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE

Na associação em série, o resultado total (RT) será igual a soma de todas

as resistências empregadas:

RT=R1+R2...

Essa forma de colocar os resistores,

tem algumas desvantagens, uma delas

é que se colocarmos (por exemplo) três

lâmpadas associadas em série, e logo após retirarmos

uma lâmpada, interrompe-se a passagem da

corrente e as outras se apagam. Por tanto você

não pode fazer a ligação da sua casa desta forma,

porque se você quiser acender uma

lâmpada tem que ligar a casa inteira.

ASSOCIACAO EM PARALELO

Quando associamos resistências em

paralelo, o resultado não será a soma

total, mas sim a soma através da

seguinte fórmula:

1/RT=1/R1+1/R2...

Se repetirmos a mesma experiência com

as lâmpadas, com esse circuito, se retirarmos

uma lâmpada as outras continuam acessas,

indicando não ter havido alteração nas correntes

que as atravessam.

Desta forma que você fará a ligação

da sua casa, pois se apagarmos uma

lâmpada, o resto da casa continua acessa, pois não irá interferir na passagem da

corrente.

RESISTOR DE VALOR ALTERÁVEL

É um resistor que possui um controle para

alteração de sua resistência por ação

diretamente manual ou através de chave de fenda.

RESISTOR VARIÁVEL

O resistor variável é utilizado para controlar o

volume sonoro em rádio, televisor, etc.

RESISTOR AJUSTÁVEL

O resisitor ajustável é utilizado para proporcionar

ajustes definitivos nos circuitos.

RESITOR ESPECIAL

Resistor Especial é um resistor cuja resistência

é estabelecida por fenômenos físicos, como a luz,

temperatura, tensão elétrica, pressão e outros.

São eles

LDR

PTC

NTC

VDR

Stain gage

RESITOR FIXO

Resistor fixo é um resistor que possibilita um

único valor de resistência.

RESISTORES DE POTÊNCIA

São resistores de fio, geralmente de niquel-cromo, para valores de potência acima

de 5W.

O valor do resistor vem impresso no corpo do resistor.

RESISTOR USO GERAL:

São resistores de potência de película de carbono para valores de potência de 1/8W

à 2.5W.

O valor da resistência destes resistores é fornecido por anéis coloridos, impressos

no corpo do resistor (código de cores comum), o valor da potência é fornecido na

última faixa.

RESISTOR DE PRECISÃO

São resistores de película de carbono fabricados por processo especiais. A

tolerância do valor da resistência deste resistor é quase nula.

Capacitor

Os capacitores são componentes que, embora não conduzam corrente elétrica

entre

seus terminais são capazes de armazenar certa corrente, que será "descarregada"

assim que não houver resistência entre seus terminais.

Quanto à sua aparência externa, podem variar de acordo com a voltagem máxima,

capacitância e disposição de seus terminais. Podem ser do tipo axial, com um

terminal em cada extremidade, ou, do tipo radial, com os dois terminais na mesma

extremidade.

Classificam-se em vários tipos, de acordo com o uso pretendido. Existem os

eletrolíticos que são os mais comuns. Cerâmicos também são encontrados com

relativa facilidade, embora existam outros tipos usados em casos específicos, como

os de tântalo e os de alumínio.

A sua capacitância é medida em farads. Dependendo do caso, pode ser medida em

microfarads, nanofarads ou picofarads, para capacitâncias menores.

São úteis para manter estável, por exemplo uma corrente alternada, como um sinal

de áudio ou então servem de filtro de baixa (por isso a sua utilização em fontes de

alimentação).

Basicamente os condensadores são formados por duas placas condutoras

separadas

por um material dielétrico não condutor. Sua capacitância é diretamente

proporcional ao tamanho de suas placas e inversamente proporcional a distância

entre elas.

A energia armazenada em um capacitor é expressa em Joules, sendo calculada

dividindo-se sua capacitância por dois e depois multiplicando-a pelo quadrado da

voltagem entre as placas.

W = C/2 . V²

Na associação paralela de capacitores, a capacidade total será a soma de todas as

capacidades.

Na associação em série, o inverso da capacidade total será igual ao inverso da

soma das capacidades aplicadas.

A voltagem limite de um capacitor deve ser respeitada, a fim de que não haja uma

perfuração no dielétrico, causando o estrago do componente. Outro fator a ser

observado é a polaridade dos terminais, que não devem ser invertidos no caso dos

eletrolíticos.

Transistor

É um componente eletrônico constituído por materiais semicondutores capaz de

atuar como controlador de corrente, o que possibilita seu uso como amplificador

de

sinais ou como '' interruptor eletrônico'' em controles industriais, calculadores e

computadores.

Sua estrutura básica é constituída por duas pastilhas de material semicondutor de

mesmo tipo entre os quais é colocada outra pastilha mais fina com material

semicondutor com um tipo diferente de dopagem.

TIPOS DE TRANSISTORES

Os aspectos de um transistor varia de acordo com o fabricante, a função da

montagem, capacidade de dissipar calor e com o tipo da montagem.

Diodo

Os diodos são componentes eletrônicos formados por semicondutores. São usados

como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio, que em determinadas

condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente.

Externamente, os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) e o Cátodo (K) e há,

próximo ao terminal Cátodo uma faixa que o indica. Possui formato cilíndrico.

O diodo é a aplicação mais simples da união PN (semicondutores) e tem

propriedades retificadoras, ou seja, só deixa passar a corrente em um certo sentido

(Anodo-Catodo), sendo o contrário impossível, exceto nos diodos zener, que nessa

condição deixam passar uma voltagem constante.

Existem certas variações na sua apresentação, de acordo com a corrente que o

percorre.

Existem também os diodos emissores de luz, os famosos LED's (light emissor

diode), que são representados por um diodo normal mais duas pequenas flechas

para fora, que indicam que emite luz. Possuem as mesmas propriedades dos diodos

normais, porém, é claro, emitem luz.

Fotos

Resistor

Capacitor

Transistor

Diodo

O que é condutor?

O que é isolante?

Vamos fazer uma montagem simples capaz de identificar um e outro.

A princípio condutor é tudo que oferece a passagem de corrente elétrica ou seja elétrons livres com liberdade de se movimentarem, um exemplo de condutor, são os metais.

Quando os pólos de uma bateria são ligados por meio de um fio metálico, os elétrons do metal entram em movimento, isto é, surge uma corrente elétrica.

Existem também materiais que não conduzem eletricidade, são chamados isolantes elétricos ou dielétricos. Através da seguinte montagem, é possível saber se um corpo é condutor ou isolante.

Material utilizado

- 2 canudos; - 2 placas condutoras (qualquer pedaço de papel); - papel alumínio; - 2 bases (suporte) e, - 2 tiras finas de papel de seda (o mesmo utilizado para fazer pipa) obs.: vamos chamar a tira fina de papel de ponteiro.

GUIA DE CONSTRUÇÃO

Primeiro vamos mostrar o esquema:

As bases são as mesmas de copo descartável que usamos na seção do pêndulo, os canudos são encaixados no suporte (base), serve como um isolador para as placas condutoras.

As placas condutoras (ou placas do capacitor) será pedaços de papel (um refrigerante de tamanho de 8cm x 5 cm), num lado vamos colar o papel alumínio (que é condutor), nesse mesmo lado vamos colar o ponteiro (tira final de papel de seda) que vai indicar a presença de cargas.

Com a montagem pronta das duas placas condutoras, coloca-se uma do lado da outra, como no desenho.

E para testar quais materiais são condutores, coloca-se o objeto suspenso apenas pelas duas placas e com um outro canudo eletrizado (por atrito). O canudo é posto em contato com uma das placas, o ponteiro colocado na placa é eletrizados, mostra que o objeto em teste é um condutor, pois houve uma eletrização por contato via pelo objeto que serviu como ponte. E quando tocamos o bastão eletrizado na placa A e somente o ponteiro da placa A é eletrizado, isso mostra que o objeto é um isolante, ficando o ponteiro da placa B imóvel e neutro.

Intuitivamente quando dois corpos se atraem, pensamos que eles tem cargas contrárias, mas já vimos através do pêndulo que um corpo eletrizado é capaz de atrair um corpo neutro e nem sempre sabemos que esse corpo ( a bolinha do pêndulo) está neutra ou eletrizada.

No entanto para mostrar de maneira eficiente tal suspeita, iremos propor um dispositivo que permite verificar se um corpo está eletrizado ou não.

O que é um condutor de eletricidade?

Condutor de eletricidade é tudo que possibilite a passagem dos elétrons ao longo de um

percurso!

Pode ser um fio, um pedaço de material condutor como, ouro, cobre, ou prata!

Tudo é condutor de eletricidade.

Sendo assim, o importante é saber se esse material é um bom ou mau condutor.

Metais em geral são bons condutores de eletricidade, e por esse motivo são

usados como cabos elétricos.

Por sua vez, porcelana, madeiras e borrachas, são maus condutores e são usadas

como isoladores.

O que determina o isolante é seu nível de tensão, ou melhor, até que nível de

tensão ele isola.

Um abraço!!!

Como funciona um Capacitor de Fluxo?

Um capacitor é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando

um desequilíbrio interno de carga elétrica.

Agora, se você está falando do Capacitor de Fluxo do "De Volta Para o Futuro", aí a

coisa é mais complicadinha... Em todo caso, achei algo na Wikipédia em inglês:

Exemplos de capacitores. A escala principal é dada em centímetros.

Capacitor (português brasileiro)

ou condensador (português europeu)

é um componente que

armazena energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga

elétrica.

Historicamente, a ideia de seu uso baseia-se na Garrafa de Leiden inventada

acidentalmente em 1746 por Pieter van Musschenbroek na cidade de Leyden na

Holanda.[1]

História

Em outubro de 1745, Ewald Georg von Kleist, descobriu que uma carga poderia ser

armazenada, conectando um gerador de alta tensão eletrostática por um fio a uma jarra

de vidro com água, que estava em sua mão.[1]

A mão de Von Kleist e a água agiram

como condutores, e a jarra como um dielétrico (mas os detalhes do mecanismo não

foram identificados corretamente no momento). Von Kleist descobriu, após a remoção

do gerador, que ao tocar o fio, o resultado era um doloroso choque. Em uma carta

descrevendo o experimento, ele disse: "Eu não levaria um segundo choque para o reino

de França".[2]

No ano seguinte, na Universidade de Leiden, o físico holandês Pieter van

Musschenbroek inventou um capacitor similar, que foi nomeado de Jarra de Leyden.[3]

Daniel Gralath foi o primeiro a combinar várias jarras em paralelo para aumentar a

capacidade de armazenamento de carga. Benjamin Franklin investigou a Jarra de

Leyden e "provou" que a carga estava armazenada no vidro, e não na água como os

outros tinham suposto. Ele também adotou o termo "bateria"[4][5]

, posteriormente

aplicada a um aglomerados de células eletroquímicas.[6]

Jarras de Leyden foram utilizados exclusivamente até cerca de 1900, quando a invenção

do wireless (rádio) criou uma demanda por capacitores padrão, e o movimento

constante para frequências mais altas necessitavam de capacitores com baixa indutância.

No início capacitores também eram conhecidos como condensadores, um termo que

ainda é utilizado atualmente. O termo foi usado pela primeira vez por Alessandro Volta

em 1782, com referência à capacidade do dispositivo de armazenar uma maior

densidade de carga elétrica do que um condutor normalmente isolado.[7]

[editar] Corrente de Deslocamento

O físico James Clerk Maxwell inventou o conceito de corrente de deslocamento, dD/dt,

para tornar a Lei de Ampère consistente com a conservação de carga em casos em que a

carga se acumula, como por exemplo num capacitor. Ele interpretou este fenômeno

como um movimento real de cargas, mesmo no vácuo, onde ele supôs que

corresponderia ao movimento de cargas de um dipolo no éter. Embora essa

interpretação tenha sido abandonada, a correção de Maxwell à lei de Ampere permanece

válida (um campo elétrico variável produz um campo magnético).

A corrente de deslocamento deve ser incluída, por exemplo, para aplicação das Leis de

Kirchhoff a um capacitor.

[editar] Física do capacitor

[editar] Visão geral

Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas

opostas.[8]

Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um

dielétrico. A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico.

Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no

dispositivo é sempre zero.

Quando uma diferença de potencial V = Ed é aplicada às placas deste capacitor simples, surge um campo

elétrico entre elas. Este campo elétrico é produzido pela acumulação de uma carga nas placas.

[editar] Capacitância

A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de

um campo eletrostático é chamada de capacitância ou capacidade (C) e é medida pelo

quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão

(V) que existe entre as placas:[8]

Pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), um capacitor tem a capacitância de um

farad (F) quando um coulomb de carga causa uma diferença de potencial de um volt (V)

entre as placas. O farad é uma unidade de medida considerada muito grande para

circuitos práticos, por isso, são utilizados valores de capacitâncias expressos em

microfarads (μF), nanofarads (nF) ou picofarads (pF).[9]

A equação acima é exata somente para valores de Q muito maiores que a carga do

elétron (e = 1,602 × 10−19

C). Por exemplo, se uma capacitância de 1 pF fosse carregada

a uma tensão de 1 µV, a equação perderia uma carga Q = 10−19

C, mas isto seria

impossível já que seria menor do que a carga em um único elétron. Entretanto, as

experiências e as teorias recentes sugerem a existência de cargas fracionárias.

A capacitância de um capacitor de placas paralelas constituído de dois eletrodos planos

idênticos de área A separados à distância constante d é aproximadamente igual a:

onde

C é a capacitância em farad ε0 é a permissividade eletrostática do vácuo ou espaço livre εr é a constante dielétrica ou permissividade relativa do isolante utilizado.

[editar] Energia

A energia (no SI, medida em Joules) armazenada em um capacitor é igual ao trabalho

feito para carregá-lo. Considere um capacitor com capacitância C, com uma carga +q

em uma placa e -q na outra. Movendo um pequeno elemento de carga dq de uma placa

para a outra contra a diferença de potencial V = q/C necessita de um trabalho dW:

Nós podemos descobrir a energia armazenada em um capacitor integrando essa

equação. Começando com um capacitor descarregado (q=0) e movendo carga de uma

placa para a outra até que as placas tenham carga +Q e -Q, necessita de um trabalho W:

Os elétrons das moléculas mudam em direção à placa da esquerda positivamente carregada. As

moléculas então criam um campo elétrico do lado esquerdo que anula parcialmente o campo criado

pelas placas. (O espaço do ar é mostrado para maior clareza; em um capacitor real, o dielétrico fica em

contato direto com as placas.)

[editar] Circuitos elétricos

Os elétrons não podem passar diretamente através do dielétrico de uma placa do

capacitor para a outra. Quando uma tensão é aplicada a um capacitor através de um

circuito externo, a corrente flui para uma das placas, carregando-a, enquanto flui da

outra placa, carregando-a, inversamente. Em outras palavras, quando a Tensão que flui

por um capacitor muda, o capacitor será carregado ou descarregado. A fórmula corrente

é dada por

Onde I é a corrente fluindo na direção convencional, e dV/dt é a derivada da tensão, em

relação ao tempo.

No caso de uma tensão contínua (DC ou também designada CC) logo um equilíbrio é

encontrado, onde a carga das placas correspondem à tensão aplicada pela relação

Q=CV, e nenhuma corrente mais poderá fluir pelo circuito. Logo a corrente contínua

(DC) não pode passar. Entretanto, correntes alternadas (AC) podem: cada mudança de

tensão ocasiona carga ou descarga do capacitor, permitindo desta forma que a corrente

flua. A quantidade de "resistência" de um capacitor, sob regime AC, é conhecida como

reatância capacitiva, e a mesma varia conforme varia a frequência do sinal AC. A

reatância capacitiva é dada por:

Onde:

XC = reatância capacitiva, medida em ohms f = frequência do sinal AC, em Hertz - Hz C = capacitância medida em Farads F

O tempo de carga de um condensador é definido pela expressão: T = R x C (Ver: [10]

)

É denominada reatância pois o capacitor reage a mudanças na tensão, ou diferença de

potencial.

Desta forma a reatância é proporcionalmente inversa à frequência do sinal. Como sinais

DC (ou CC) possuem frequência igual a zero, a fórmula confirma que capacitores

bloqueiam completamente a corrente aplicada diretamente, após um determinado

tempo, em que o capacitor está carregando. Para correntes alternadas (AC) com

frequências muito altas a reatância, por ser muito pequena, pode ser desprezada em

análises aproximadas do circuito.

A impedância de um capacitor é dada por:

cujo j é o número imaginário.

Portanto, a reatância capacitiva é o componente imaginário negativo da impedância.

Em um circuito sintonizado tal como um receptor de rádio, a frequência selecionada é

uma função da indutância (L) e da capacitância (C) em série, como dado em

Essa é a frequência na qual a ressonância ocorre, em um circuito RLC em série.

[editar] Associação de capacitores

[editar] Ligação em Paralelo

Num circuito de condensadores montados em paralelo todos estão sujeitos à mesma

diferença de potencial (tensão). Para calcular a sua capacidade total (Ceq):

[editar] Ligação em Série

A corrente que flui através de capacitores em série é a mesma, porém cada capacitor

terá uma queda de tensão (diferença de potencial entre seus terminais) diferente. A soma

das diferenças de potencial (tensão) é igual a diferença de potencial total. Para conseguir

a capacitância total:

Na associação mista de capacitores, tem-se capacitores associados em série e em

paralelo. Nesse caso, o capacitor equivalente deve ser obtido, resolvendo-se o circuito

em partes, conforme a sua configuração. Por isso, calcule, antes associação de

capacitores em série para após efetuar o cálculo dos capacitores em paralelo.

[editar] Capacitores na prática

[editar] Capacitores comuns

Apresenta-se com tolerâncias de 5 % ou 10 %.

Capacitores são frequentemente classificados de acordo com o material usado como

dielétrico. Os seguintes tipos de dielétricos são usados:

cerâmica (valores baixos até cerca de 1 μF) o C0G ou NP0 - tipicamente de 4,7 pF a 0,047 uF, 5 %. Alta tolerância e

performance de temperatura. Maiores e mais caros o X7R - tipicamente de 3300 pF a 0,33 uF, 10 %. Bom para acoplamento não-

crítico, aplicações com timer. o Z5U - tipicamente de 0,01 uF a 2,2 uF, 20 %. Bom para aplicações em bypass

ou acoplamentos. Baixo preço e tamanho pequeno. poliestireno (geralmente na escala de picofarads) poliéster (de aproximadamente 1 nF até 10 μF) polipropilêno (baixa perda. alta tensão, resistente a avarias) tântalo (compacto, dispositivo de baixa tensão, de até 100 μF aproximadamente) eletrolítico (de alta potência, compacto mas com muita perda, na escala de 1 μF a

1000 μF)

Propriedades importantes dos capacitores, além de sua capacitância, são a máxima

tensão de trabalho e a quantidade de energia perdida no dielétrico. Para capacitores de

alta potência a corrente máxima e a Resistência em Série Equivalente (ESR) são

considerações posteriores. Um ESR típico para a maioria dos capacitores está entre

0,0001 ohm e 0,01 ohm, valores baixos preferidos para aplicações de correntes altas.

Já que capacitores têm ESRs tão baixos, eles têm a capacidade de entregar correntes

enormes em circuitos curtos, o que pode ser perigoso. Por segurança, todos os

capacitores grandes deveriam ser descarregados antes do manuseio. Isso é feito

colocando-se um resistor pequeno de 1 ohm a 10 ohm nos terminais, isso é, criando um

circuito entre os terminais, passando pelo resistor.

Capacitores também podem ser fabricados em aparelhos de circuitos integrados de

semicondutores, usando linhas metálicas e isolantes num substrato. Tais capacitores são

usados para armazenar sinais analógicos em filtros chaveados por capacitores, e para

armazenar dados digitais em memória dinâmica de acesso aleatória (DRAM).

Diferentemente de capacitores discretos, porém, na maior parte do processo de

fabricação, tolerâncias precisas não são possíveis (15 % a 20 % é considerado bom).

[editar] Identificação do valor no capacitor cerâmico

Identificação de valor no capacitor cerâmico

Os capacitores cerâmicos apresentam impressos no próprio corpo um conjunto de três

algarismos e uma letra. Para se obter o valor do capacitor os dois primeiros algarismos

representam os dois primeiros dígitos do valor do capacitor, e o terceiro algarismo

(algarismo multiplicador) representa o número de zeros à direita. A letra representa a

tolerância do capacitor (a qual pode ser omitida), que é a faixa de valores em que a

capacitância variará. Para os capacitores cerâmicos até 10pF esta é expressa em pF. Para

os acima de 10pF é expressa em porcentagem. Por exemplo um capacitor com 224F

impresso no próprio corpo, possuirá uma capacitância de 220000pF com uma tolerância

de +/- 1% (seu valor pode ser um ponto percentual à mais ou à menos desse valor). [11]

Tabela de tolerância no capacitor cerâmico

[editar] Identificação do valor no capacitor de poliéster

Tabela para identificação dos valores do capacitor de poliéster

Para a identificação dos valores do capacitor de poliéster é usado um conjunto de 7

faixas coloridas (conforme tabela), embora seja um método em desuso pelos

fabricantes, no qual cada faixa representará respectivamente: primeiro algarismo,

segundo algarismo, algarismo multiplicador, tolerância e tensão. O valor é obtido em

pF. Os capacitores de poliéster não tem polaridade. [12]

[editar] Capacitores variáveis

Há dois tipos distintos de capacitores variáveis, cujas capacitâncias podem ser mudadas

intencionalmente e repetidamente ao longo da vida do dispositivo:

Aqueles que usam uma construção mecânica para mudar a distância entre as placas, ou a superfície da área das placas superpostas. Esses dispositivos são chamados capacitores de sintonia, ou simplesmente "capacitores variáveis", e são usados em equipamentos de telecomunicação para sintonia e controle de frequências.Neste tipo de capacitor o elemento dielétrico é o próprio ar.

Aqueles que usam o fato de que a espessura da camada de depleção de um diodo varia com a tensão da corrente contínua atravessando o diodo. Esses diodos são chamados de diodos de capacitância variável, varactores ou varicaps. Qualquer diodo exibe esse efeito, mas dispositivos vendidos especificamente como varactores têm uma área de junção grande e um perfil de dopagem especificamente dimensionado para maximizar a capacitância.

Em um capacitor microfone (comumente conhecido como um microfone condensador), o diafragma age como uma placa do capacitor, e as vibrações produzem

alterações na distância entre o diafragma e uma placa fixa, alterando a tensão entre as placas.

Capacitor variável de sintonia de rádio

[editar] Capacitores de Camada Dupla Elétrica (EDLCs)

Esses dispositivos, frequentemente chamados de supercapacitores ou ultracapacitores

para simplificar, são capacitores que usam uma camada de eletrolítico de espessura

molecular, ao invés de uma folha manufaturada de material, como o dielétrico. Como a

energia armazenada é inversamente proporcional à espessura do dielétrico, esses

capacitores têm uma densidade de energia extremamente alta. Os eletrodos são feitos de

carbono ativado, que tem uma área de superfície alta por unidade de volume,

aumentando a densidade de energia do capacitor. EDLCs individuais têm capacitâncias

de centenas ou até milhares de farads.

Os EDLCs podem ser usados como substitutos para baterias em aplicações em que uma

grande corrente de descarga seja necessária. Eles também podem ser recarregados

centenas de milhares de vezes, diferentemente das baterias convencionais que duram

apenas algumas poucas centenas ou milhares de ciclos de recarga.

[editar] Aplicações

Capacitores são comumente usados em fontes de energia onde elas suavizam a saída de

uma onda retificada completa ou meia onda.

Por passarem sinais de Corrente Alternada mas bloquearem Corrente Contínua,

capacitores são frequentemente usados para separar circuitos Corrente alternada de

corrente continua. Este método é conhecido como acoplamento AC.

Capacitores também são usados na correção de fator de potência. Tais capacitores

frequentemente vêm como três capacitores conectados como uma carga trifásica.

Geralmente, os valores desses capacitores não são dados pela sua capacitância, mas pela

sua potência reativa em var.

Eletromagnetismo

No estudo da Física, o eletromagnetismo (AO 1945: electromagnetismo) é o nome da

teoria unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a

eletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo

eletromagnético.

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado

de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força eletromagnética

quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por

indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos, motores e

transformadores de tensão). Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera um

campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo

magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo eletromagnético.

A força eletromagnética

A força que um campo eletromagnético exerce sobre cargas elétricas, chamada força

eletromagnética, é uma das quatro forças fundamentais. As outras são: a força nuclear

forte (que mantém o núcleo atômico coeso), a força nuclear fraca (que causa certas

formas de decaimento radioativo), e a força gravitacional. Quaisquer outras forças

provêm necessariamente dessas quatro forças fundamentais.

A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos os fenômenos físicos que se

encontram no cotidiano, com exceção da gravidade. Isso porque as interações entre os

átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são compostos por prótons e elétrons,

ou seja, por cargas elétricas. Do mesmo modo as forças eletromagnéticas interferem nas

relações intermoleculares, ou seja, entre nós e quaisquer outros objetos. Assim podem-

se incluir fenômenos químicos e biológicos como consequência do eletromagnetismo.

Cabe ressaltar que, conforme a eletrodinâmica quântica, a força eletromagnética é

resultado da interação de cargas elétricas com fótons.

O eletromagnetismo clássico

O cientista William Gilbert propôs que a eletricidade e o magnetismo, apesar de ambos

causarem efeitos de atração e repulsão, seriam efeitos distintos. Entretanto marinheiros

percebiam que raios causavam perturbações nas agulhas das bússolas, mas a ligação

entre os raios e a eletricidade ainda não estava traçada até os experimentos que

Benjamin Franklin propôs em 1752. Um dos primeiros a descobrir e publicar as

relações entre corrente elétrica e o magnetismo foi Romagnosi, que em 1802 afirmou

que um fio conectado a uma pilha provocava um desvio na agulha de uma bússola que

estivesse próxima. No entanto essa notícia não recebeu o crédito que lhe era devido até

que, em 1820, Hans Christian Ørsted montou um experimento similar.

A teoria do eletromagnetismo foi desenvolvida por vários físicos durante o século XIX,

culminando finalmente no trabalho de James Clerk Maxwell, o qual unificou as

pesquisas anteriores em uma única teoria e descobriu a natureza eletromagnética da luz.

No eletromagnetismo clássico, o campo eletromagnético obedece a uma série de

equações conhecidas como equações de Maxwell, e a força eletromagnética pela Lei de

Lorentz.

Uma das características do eletromagnetismo clássico é a dificuldade em associar com a

mecânica clássica, compatível porém com a relatividade especial. Conforme as

equações de Maxwell, a velocidade da luz é uma constante, depende apenas da

permissividade elétrica e permeabilidade magnética do vácuo. Isso porém viola a

invariância de Galileu, a qual já era há muito tempo base da mecânica clássica. Um

caminho para reconciliar as duas teorias era assumir a existência de éter luminífero

através do qual a luz propagaria. No entanto, os experimentos seguintes falharam em

detectar a presença do éter. Em 1905, Albert Einstein resolveu o problema com a teoria

da relatividade especial, a qual abandonava as antigas leis da cinemática para seguir as

transformações de Lorentz as quais eram compatíveis com o eletromagnetismo clássico.

A teoria da relatividade mostrou também que adotando-se um referencial em

movimento em relação a um campo magnético, tem-se então um campo elétrico gerado.

Assim como também o contrário era válido, então de fato foi confirmado a relação entre

eletricidade e magnetismo. Portanto o termo "eletromagnetismo" estava consolidado.

O efeito fotoelétrico

Em outra publicação sua no mesmo ano, Einstein pôs em dúvida vários princípios do

eletromagnetismo clássico. Sua teoria do efeito fotoelétrico (pelo qual ganhou o Prêmio

Nobel em Física) afirmava que a luz tinha em certo momento um comportamento

corpuscular, isso porque a luz demonstrava carregar corpos com quantidades discretas

de energia, esses corpos posteriormente passaram a ser chamados de fótons. Através de

sua pesquisa, Max Planck mostrou que qualquer objeto emite radiação eletromagnética

discretamente em pacotes, ideia que leva a teoria de Radiação de Corpo Negro. Todos

esses resultados estavam em contradição com a teoria clássica da luz como uma mera

onda contínua. As teorias de Planck e Einstein foram as causadoras da teoria da

mecânica quântica, a qual, quando formulada em 1925, necessitava ainda de uma teoria

quântica para o Eletromagnetismo.

Essa teoria só veio a aparecer em 1940, conhecida hoje como eletrodinâmica quântica;

essa é uma das teorias mais precisas da Física nos dias de hoje.

ELETRICIDADE

A eletricidade é um termo geral que abrange uma variedade de fenômenos resultantes

da presença e do fluxo de carga elétrica.[1]

Esses incluem muitos fenômenos facilmente

reconhecíveis, tais como relâmpagos, eletricidade estática, e correntes elétricas em fios

elétricos. Além disso, a eletricidade engloba conceitos menos conhecidos, como o

campo eletromagnético e indução eletromagnética.[2]

A palavra deriva do termo em neolatim "ēlectricus", que por sua vez deriva do latim

clássico "electrum", "amante do âmbar", termo esse cunhado a partir do termo grego

ήλεκτρον (elétrons) no ano de 1600 e traduzido para o português como âmbar. O termo

remonta às primeiras observações mais atentas sobre o assunto, feitas esfregando-se

pedaços de âmbar e pele.

No uso geral, a palavra "eletricidade" se refere de forma igualmente satisfatória a uma

série de efeitos físicos. Em um contexto científico, no entanto, o termo é muito geral

para ser empregado de forma única, e conceitos distintos contudo a ele diretamente

relacionados são usualmente melhor identificadas por termos ou expressões específicos.

Alguns conceitos importantes com nomenclatura específica que dizem respeito à

eletricidade são:

Carga elétrica: propriedade das partículas subatômicas que determina as

interações eletromagnéticas dessas. Matéria eletricamente carregada produz, e é

influenciada por, campos eletromagnéticos. Unidade SI (Sistema Internacional

de Unidades): ampère segundo (A.s), unidade também denominada coulomb

(C).[3]

Campo elétrico: efeito produzido por uma carga no espaço que a contém, o qual

pode exercer força sobre outras partículas carregadas. Unidade SI: volt por

metro (V/m); ou newton por coulomb (N/C), ambas equivalentes.[4]

Potencial elétrico: capacidade de uma carga elétrica de realizar trabalho ao

alterar sua posição. A quantidade de energia potencial elétrica armazenada em

cada unidade de carga em dada posição. Unidade SI: volt (V); o mesmo que

joule por coulomb (J/C).[5]

Corrente elétrica: quantidade de carga que ultrapassa determinada secção por

unidade de tempo. Unidade SI: ampère (A); o mesmo que coulomb por segundo

(C/s).[6]

Potência elétrica: quantidade de energia elétrica convertida por unidade de

tempo. Unidade SI: watt (W); o mesmo que joules por segundo (J/s).[7]

Energia elétrica: energia armazenada ou distribuída na forma elétrica. Unidade

SI: a mesma da energia, o joule (J).

Eletromagnetismo: interação fundamental entre o campo magnético e a carga

elétrica, estática ou em movimento.[1][2]

O uso mais comum da palavra "eletricidade" atrela-se à sua acepção menos precisa,

contudo. Refere-se a:

Energia elétrica (referindo-se de forma menos precisa a uma quantidade de

energia potencial elétrica ou, então, de forma mais precisa, à energia elétrica por

unidade de tempo) que é fornecida comercialmente pelas distribuidoras de

energia elétrica. Em um uso flexível contudo comum do termo, "eletricidade"

pode referir-se à "fiação elétrica", situação em que significa uma conexão física

e em operação a uma estação de energia elétrica. Tal conexão garante o acesso

do usuário de "eletricidade" ao campo elétrico presente na fiação elétrica, e,

portanto, à energia elétrica distribuída por meio desse.

Embora os primeiros avanços científicos na área remontem aos séculos XVII e XVIII,

os fenômenos elétricos têm sido estudados desde a antiguidade. Contudo, antes dos

avanços científicos na área, as aplicações práticas para a eletricidade permaneceram

muito limitadas, e tardaria até o final do século XIX para que os engenheiros fossem

capazes de disponibilizá-la ao uso industrial e residencial, possibilitando assim seu uso

generalizado. A rápida expansão da tecnologia elétrica nesse período transformou a

indústria e a sociedade da época. A extraordinária versatilidade da eletricidade como

fonte de energia levou a um conjunto quase ilimitado de aplicações, conjunto que em

tempos modernos certamente inclui as aplicações nos setores de transportes,

aquecimento, iluminação, comunicações e computação. A energia elétrica é a espinha

dorsal da sociedade industrial moderna, e deverá permanecer assim no futuro tangível

[editar] Carga elétrica

Ver artigo principal: Carga elétrica

A carga elétrica é a propriedade dos entes físicos fundamentais, certamente das partícula

subatômica, que dá origem e interage via forças eletromagnéticas, uma das quatro forças

fundamentais na natureza. A carga na matéria extensa origina-se no átomo, sendo os

portadores de carga mais conhecidos o elétron e o próton. A carga elétrica obedece a

uma lei de conservação, o que significa dizer que a quantidade líquida total de carga no

interior de um sistema isolado sempre permanece constante, sendo a carga total

essencialmente independente de qualquer mudança que ocorra no interior do sistema.[23]

No interior do sistema, carga pode ser transferida entre corpos, quer pelo contato direto,

quer passando através de um material condutor como um fio, ou mesmo através de

portadores de carga movendo-se livremente no vácuo.[24]

O expressão tradicional "eletricidade estática" se refere à presença de carga, ou melhor,

de um desequilíbrio de cargas em um corpo, o que é geralmente causado quando se tem

materiais quimicamente diferentes esfregados entre si, o que leva à transferência de

cargas de um para o outro.

Uma pequena quantidade de carga elétrica em um eletroscópio de folhas é capaz de provocar

notória repulsão das folhas do eletroscópio.

A presença de carga dá origem à força eletromagnética: cargas exercem força uma sobre

a outra, efeito certamente conhecido, embora não compreendido, já na antiguidade.[25]

Uma pequena esfera condutora suspensa por um fio isolante pode ser carregada através

do toque de um bastão de vidro previamente carregado devido ao atrito com um tecido

de algodão. Se um pêndulo similar é carregado pelo mesmo bastão de vidro, encontra-se

que este irá repelir aquele: as cargas agem de forma a separar os pêndulos. Dois

pêndulos carregados via bastão de borracha também repelir-se-ão mutuamente.

Entretanto, se um pêndulo for carregado via bastão de vidro, e o outro for carregado via

bastão de borracha, os pêndulos, quando aproximados, atrair-se-ão mutuamente. Esse

fenômeno foi investigado no século XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que

deduziu que as cargas apresentam-se em duas formas distintas. Suas descobertas levam

ao bem conhecido axioma: objetos carregados com cargas similares se repelem, objetos

carregados com cargas opostas se atraem.

A força atua sobre as cargas propriamente ditas, do qual segue que as cargas têm a

tendência de se distribuir de forma a mais uniforme ou conveniente possível sobre

superfícies condutoras. A magnitude da força eletrostática, quer atrativa quer repulsiva,

é dada pela Lei de Coulomb, que a relaciona ao produto das cargas e retrata a relação

inversa empiricamente observada dessa com o quadrado da distância que separa as

cargas. A força eletromagnética é muito forte, sendo subjugada apenas pela força de

interação forte (força nuclear); contudo, ao contrário desta última, que atua entre

partículas separadas por não mais que alguns angstroms (1 angstrom = 1 x 10 -10

m), a

força eletromagnética é uma força de longo alcance, ou seja, uma força que atual a

qualquer distância, embora o faça certamente de forma muito mais fraca quanto maior

for a separação. Em comparação com a muito mais fraca força gravitacional, a força

eletromagnética que repele dois elétrons próximos mostra-se 10+42

vezes maior do que a

força de atração gravitacional que um exerce sobre o outro mantida a mesma separação.

As cargas do próton e do elétron são opostas em sinal, implicando que uma quantidade

de carga pode ser ou positiva ou negativa. Por convenção e por razões históricas, a

carga associada a um elétron é considerada a negativa, e a carga associada a um próton,

positiva, um costume que originou-se com os trabalhos de Benjamin Franklin.[26]

A

quantidade de carga é usualmente representada pelo símbolo Q e expressa em

coulombs; cada elétron transportando a mesma carga fundamental cujo valor é

aproximadamente -1,6022x10-19

coulomb. O próton tem carga igual em módulo contudo

oposta em sinal, +1,6022x10-19

coulomb. Não apenas partículas de matéria possuem

carga mas também as partículas de antimatéria, cada partícula carregando uma carga de

igual valor mas de sinal oposto ao da carga da sua correspondente antipartícula.[27]

Cargas elétricas podem ser medidas de diferentes formas, um dos mais antigos

instrumentos sendo o eletroscópio de folhas, que embora ainda em uso em

demonstrações escolares, já há muito foi substituído pelo eletrômetros

(coulombímetros) eletrônicos.

[editar] Corrente elétrica

O movimento ordenado de partículas carregadas é o que se denomina por corrente

elétrica; sendo a intensidade da mesma usualmente medida em ampère. Embora se saiba

hoje que nos metais as partículas móveis são os elétrons, quaisquer partículas

carregadas em movimento direcionado implicam corrente elétrica. Íons] positivos ou

negativos movendo-se em uma solução salina ou em um sal iônico fundido são casos

típicos de corrente elétrica presente de forma dissociada do movimento de elétrons. Nos

semicondutores, tantos os elétrons como os "buracos", esses quase-partículas

positivamente carregadas, movem-se em sentidos contrários a fim de definir a corrente

elétrica total que circula material, que, ao contrário do que a primeira pressão sugere,

não é nula nesse caso.

Por razões históricas, uma corrente positiva é definida como possuindo o mesmo

sentido de movimento de qualquer portador de carga positiva que ela contenha, ou, de

forma análoga contudo mais geral, em sentido que leva da parte mais positiva do

circuito à parte mais negativa do mesmo. As correntes definidas com essa orientação

são denominadas correntes convencionais. O movimento dos elétrons em um circuito

elétrico, uma das formas mais comuns de corrente, implica uma corrente convencional

positiva em sentido contrário ao do movimento dos elétrons. Em certas condições, como

nos semicondutores ou em soluções iônicas, a corrente elétrica real pode consistir no

movimento de portadores de carga elétrica distintas em ambas as direções ao mesmo

tempo. As cargas negativas, para cômputo da corrente convencional, são assim tratadas

como se positivas fossem, essas movendo-se obviamente também em direção contrária

à realmente verifica para as cargas negativas. A situação hipotética onde há apenas

portadores de cargas positivas em movimento é amplamente empregada por simplificar

a análise em tais situações e de forma geral a análise de circuitos elétricos, e não

acarreta quaisquer resultados inesperados ou incorretos.

Um arco elétrico fornece uma brilhante visualização da corrente elétrica.

O processo pelo qual as cargas elétricas se movimentam no interior de um material é

denominado condução elétrica, e sua natureza varia com a natureza dos portadores de

carga e com o material no qual elas estão fluindo. Exemplo de correntes elétricas

incluem a condução por metais, onde os elétrons fluem através dos condutores em

consideração, e a eletrólise, onde íons fluem através de líquidos. Enquanto os portadores

de carga geralmente movimentam-se com velocidades muito baixas, às vezes com uma

velocidade de arrasto de apenas alguns milímetros por segundo, o campo elétrico que as

impulsiona propaga a velocidades próximas à da luz, possibilitando o envio quase

instantêno de sinais ao longo dos condutores elétricos.

A corrente causa uma série de efeitos observáveis, e historicamente a presença destes é

utilizada como meio de identificar a presença daquela. O fato da água ser decomposta

por uma corrente elétrica oriunda de uma pilha voltaica foi descoberto por William

Nicholson e Anthony Carlisle, mediante o processo hoje conhecido por eletrólise. Os

trabalhos desses foram consideravelmente expandidos por Michael Faraday até o ano de

1833. Uma corrente através de uma resistência causa aquecimento localizado, um efeito

matematicamente estudado por James Prescott Joule em 1840. Uma das descobertas

mais importanes relacionadas à corrente foi feita por Hans Christian Ørsted em 1820,

quando, ao preparar uma aula, ele testemunhou a corrente elétrica em um fio pertubar a

agulha magnética de uma bússula, descobrindo assim uma a relação íntima entre

eletricidade magnetismo, o primeiro passo que levou diretamente ao eletromagnetismo.

Tanto em aplicações domésticas ou industriais a corrente elétrica é usualmente

caracterizada como sendo ou uma corrente contínua (CC, ou em inglês, DC) ou uma

corrente alternada (CA , ou em inglês, AC). Esses termos referem-se à variação da

corrente no tempo. A corrente contínua, como aquela produzida por uma bateria ou a

necessária ao funcionamento da maiorias dos circuitos eletrônicos, consiste em um

fluxo sempre unidirecional da corrente convencional, direcionada das partes mais

positivas para as partes mais negativas do circuito através do mesmo. Se a corrente real

consiste em elétrons em movimento, como nos casos mais comuns, os elétrons estarão

movendo-se em sentido contrário, conforme antes discutido. Corrente alternada é

qualquer corrente que inverta seu sentido repetidamente no tempo; quase sempre de

forma representada por uma sinusóide. Um portador de carga em uma corrente alternada

move-se adiante e para trás no interior do condutor sem contudo deslocar-se de forma

efetiva ao longo do tempo. A média temporal da corrente alternada é zero, contudo essa

libera energia tanto em um sentido quanto no reverso. As correntes alternadas são

influenciadas por propriedades elétricas que não manifestam-se no caso da corrente

elétrica contínua quando estabelecida, tais como indutância e capacitância. Essas

propriedades podem mostrar-se contudo importantes em circuitos de corrente contínua

quando sueito a transientes, tais como os observados ao ligar-se o circuito.

[editar] Campo elétrico

Ver artigo principal: Campo elétrico

O conceito de campo foi introduzido por Michael Faraday ainda no século XIX,

contudo sua adoção inicialmente como ferramenta matemática para o tratamento dos

problemas correlatos tornou-se tão frutífera que hoje é praticamente impossível

conceber-se um tratamento mais aprofundado em eletricidade, magnetismo ou

eletromagnetismo sem que se lance mão do mesmo. As equações de Maxwell são todas

escritas em função dos campos elétricos e magnéticos. Em termos do campo aqui

pertinente, o campo eletrostático, sabe-se que toda carga elétrica cria no espaço que a

contém um campo elétrico, e qualquer carga elétrica imersa em um campo que não o

campo por ela mesmo criado encontrar-se-á solicitada por uma força elétrica em virtude

do mesmo. O campo elétrico age entre dois corpos carregados de uma maneira similar à

ação do campo gravitacional entre duas massas, e assim como este, estende-se até o

infinito, exibindo contudo uma relação com o inverso do quadrado da distância, de

forma que, se a distância aumentar, muito menor será seu efeito; e associado, muito

menor será também a interação entre as cargas envolvidas. Embora as semelhanças

sejam significativas, há entretanto uma importante diferença entre os campos

eletrostáticos e os gravitacionais: a gravidade sempre implica atração entre as massas,

condudo a interação entre um campo e a carga pode expressar atração ou repulsão entre

as cargas elétricas. Como os grandes corpos massivos no universo, a exemplo os

planetas ou estrelas, quase sempre não têm carga elétrica, os campos elétricos a estes

devidos valem zero, de forma que a força gravitacional é de longe a força dominante ao

considerarem-se dimensões astronômicas, mesmo sendo esta muito mais fraca do que a

força elétrica. Os movimentos dos corpos celestes são devidos essencialmente à

gravidade que geram e que neles agem.

As linhas do campo emanando de uma carga positiva sobre um planto condutor

O campo eletrostático geralmente varia no espaço, e o seu módulo em um dado ponto é

definido como a força por unidade de carga elétrica (newtons por coulomb) que seria

experimentada por uma carga elétrica puntual de valor negligengiável quando colocada

no referido ponto.[28]

Esta carga elétrica hipotética, nomeada carga de prova, deve ser

feita extremamente pequena a fim de se prevenir que o campo elétrico por ela criado

venha a pertubar a distribuição de cargas responsável pelo campo o qual deseja-se

determinar, e deve ser feita estacionária a fim de se prevenir eventuais influências de

campos magnéticos uma vez que esses últimos atuam apenas sobre cargas elétricas em

movimento. A definição de campo elétrico faz-se de forma dependente do conceito de

força, essa uma grandeza vetorial. Tem-se pois, em acordo com a definição, que o

campo elétrico configura-se como um campo vetorial, tendo o vetor campo elétrico

associado a cada ponto em particular uma direção e uma módulo (valor) característicos

também particulares.

O estudo das cargas elétricas estacionárias e dos campos elétricos criados por essas é

denominado eletrostática. A mais usual representação e um campo vetorial é a

representação por linhas. Uma representação direta seria a representação do campo de

vetores, onde desenham-se os respectivos vetores campo elétrico em um número

suficientemente grande de pontos do espaços a ponto de tornar o diagrama

representativo o necessário contudo não confuso. A representacão por linhas emerge

naturalmente desse último ao observar-se que os vetores dispõem-se no diagrama

vetorial no caso de problemas físicos notoriamente de forma a sugestionar um padrão de

linhas contínuas. Verificou-se que esse padrão de linhas sugerido poderia ser utilizado

para representar um campo vetorial tão bem como o padrão por vetores, com a

vantagem de ser de representação mais nítida e fácil. Nesse padrão, as linhas são

usualmente, no caso elétrico ou gravitacional, denominas "linhas de força". A

nomenclatura não é contudo a mais adequada ao caso da representação por linhas do

campo magnético. Na representação por linhas verifica-se que duas linhas nunca se

cruzam; que o vetor campo em um dado ponto é tangente à linha que passa pelo

respectivo ponto; que as linhas são orientadas de forma condizente com os vetores; que

o módulo de um vetor é proporcional à densidade espacial de linhas em sua vizinhança

imediata. Quando propostos, os campos não apresentavam existência real, esse

permeando todos os pontos do espaço mesmo os pontos entre linhas em qualquer

representação por linhas. Os campos elétricos que emanam das cargas elétricas

estacionárias têm as seguintes propriedades: as linhas de campo iniciam-se em cargas

positivas e terminam em cargas negativas; as linhas de campo eletrostático deve

encontrar as superfícies de quaisquer bons condutores elétricos em ângulo reto; e

obviamente, elas nunca devem se cruzar.[29]

Um condutor oco carrega todas as suas cargas em sua superfície. O campo por elas

determinado é zero em todos os pontos internos ao corpo.[30]

Esse é o princípio de

funcionamento da gaiola de Faraday; uma blindagem condutora isola todos o seu

interior de efeitos eletrostáticos externos.

Os princípios da eletrostática mostram-se importantes em projetos de equipamentos

para trabalho sobre alta tensão elétrica. Há um valor finito de campo elétrico admissível

para cada meio diferente. Além desse limite ocorre uma rutura dielétrica acompanhada

de arco elétrico entre as partes carregadas envolvidas. A exemplo, para o ar confinado

entre pequenas frestas campos elétricos superiores a 30 quilovolts por centímetro levam

à rutura dielétrica. Para grandes espaçamentos a tensão de rutura é um pouco menor, da

ordem de 1kV por centímetro.[31]

A forma mais natural de se visualizar tal situação é

observar os raios, usualmente provocados por tensões elétricas tão grandes quanto 100

megavolts, implicando dissipações de energias usualmente da ordem de 250 kWh.[32]

A intensidade do campo elétrico é consideravelmente afetada nas proximidades de

objetos condutores, sendo particularmente intenso nas proximidades de extremidades

pontiagudas. Esse princípio é explorado nos para-raios, onde as pontas em sua

extremidade elevada atuam de forma a encorajar os raios a atingi-los em detrimento das

estruturas abaixo.[33]

[editar] Potencial elétrico

Ver artigo principal: potencial elétrico

Um par de pilhas de AA. O sinal + indica a polaridade da diferença de potencial entre os

terminais da bateria.

O conceito de potencial elétrico encontra-se intimamente relacionado com o conceito de

campo elétrico. Uma pequena carga, quando imersa em um campo elétrico criado por

objetos carregados ao seu redor, fica solicitada por uma força elétrica, e movê-la de um

ponto a outro no interior implica trabalho. O potencial de um ponto é definido como a

energia necessária por unidade de carga elétrica para movê-la lentamente e à velocidade

constante de um ponto infinitamente distante - onde o campo é efetivamente nulo - até o

ponto em questão. O potencial é usualmente medido em volts, e 1 volt corresponde ao

potencial de um ponto para o qual necessita-se de um trabalho de um joule para nele

posicionar-se uma carga de 1 coulomb oriunda do infinito. Essa definição de potencial,

embora formal, apresenta muito poucas aplicações práticas, e um conceito muito mais

útil é o conceito de diferença de potencial elétrico, que especifica a energia necessária

para mover-se a unidade de carga entre dois pontos em específico. O campo

eletrostático exibe todas as propriedades de um campo conservativo, o que implica em

essência dizer que a trajetória a ser seguida pela carga no seu movimento é irrelevante:

os diversos trajetos que levam a carga de um ponto a outro especificados implicam ao

fim o mesmo trabalho elétrico, e um único valor para a diferença de potencial entre os

dois pontos pode ser especificado. O volt encontra-se tão correlacionado à medida e

descrição da diferença de potencial entre dois pontos que o termo deu origem à

expressão "voltagem", uma expressão que, embora muito desencorajada, encontra

amplo uso no dia-a-dia como sinônimo para diferença de potencial.

Para fins práticos mostra-se útil definir um ponto de referência comum a partir do qual

as diferenças de potencial são expressas e comparadas. Embora o ponto de referência

possa ser escolhido no infinito, uma referência muito mais útil é fornecida pelo planeta

propriamente dito, que dadas as propriedades físicoquímicas e anatômicas, possui para

todos os efeitos o mesmo potencial ao longo de toda a sua superfície. Pontos de

referência diretamente conectados à terra não apresentam diferença de potencial entre si

e recebem naturalmente o nome de "terra" ou "massa". O "terra" elétrico é utopicamente

assumido ser uma fonte inesgotável de cargas positivas ou negativas, podendo fornecê-

las ou absorvê-las conforme o requisitado pelo experimento sem contudo tornar-se

eletricamente carregado. Um ponto de terra ideal encontra-se pois sempre eletricamente

neutro. O planeta terra constitui contudo excelente aproximação à definição utópica. Em

redes alternadas encontra-se uma nomenclatura similar, o fio "neutro", que embora

geralmente aterrado, constitui-se em princípio como um fio distinto do fio de terra.

O potencial elétrico é uma grandeza escalar, ou seja, é uma grandeza que fica

completamente especificada ao estabelecer-se a sua magnitude com a devida unidade,

não requerendo para tal a especificação de direção ou sentido. Uma analogia é

geralmente feita à altura: assim como um objeto move-se entre pontos com diferentes

alturas devido ao campo gravitacional, uma carga elétrica move-se entre pontos com

diferentes potenciais devido ao campo elétrico. Assim como os mapas de relevo exibem

linhas de contorno marcando os pontos à mesma altura, um conjunto de linhas

(conhecidas como equipotenciais) marcando os pontos com os mesmos potenciais

podem ser desenhadas ao redor de um objeto eletricamente carregado. As linhas

equipotenciais cruzam com as linhas de campo elétrico sempre de maneira a

determinarem ângulos retos. As linhas equipotenciais devem sempre mostrar-se

paralelas às superfícies condutoras. Se assim não o fizessem, haveria movimento de

cargas no condutor até um equilíbrio de potenciais (o equilíbrio eletrostático) ser

atingido ao longo de toda a superfície condutora.

O campo elétrico foi definido inicialmente como a força elétrica exercida sobre cada

unidade de carga, mas o conceito de potencial permite uma definição equivalente

contudo muito mais prática: o campo elétrico corresponde ao negativo do gradiente do

potencial elétrico. Nesse caso, de forma equivalente, usualmente expresso em volts por

metro, a direção do vetor campo elétrico em um ponto corresponde à direção que leva

ao mais rápido aumento no potencial elétrico, em sentido que leva contudo às regiões

onde as linhas de campo, e as equipotenciais, encontram-se menos densas. As linhas de

campo orientam-se de pontos de maior potencial para pontos de menor potencial. Em

termos matemáticos:

onde representa o campo de potenciais elétricos(campo escalar) e o campo elétrico

(um campo vetorial). O símbolo , denominado nabla, representa o operador

gradiente.

[editar] Potência elétrica

Ver artigo principal: Potência elétrica

A potência elétrica é uma grandeza física que busca mensurar a quantidade de energia

que está sendo convertida para a forma elétrica ou da elétrica em outras formas a cada

unidade de tempo considerada. Não se deve confundir potência elétrica com potencial

ou mesmo diferença de potencial elétricos, sendo essas grandezas grandezas

completamente distintas por definição. Ao passo que o potencial e a diferença de

potencial elétricos são medidos em volts (V), a potência elétrica é medida em watts (W).

Uma potência de 1 watt corresponde à conversão de 1 joule de energia a cada segundo.

Em componentes lineares a potência instantânea P(t) pode ser calculada como o produto

da diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica V(t) encontrado entre seus terminais

e a corrente elétrica I(t) que atravessa o mesmo no instante considerado.

Para circuitos onde há tensões e correntes constantes a potência média iguala-se à

potencia instantânea em qualquer tempo, e tem-se simplesmente que:

Em circuitos de corrente alternada, contudo, embora as médias da tensão e corrente

elétricas sejam sempre nulas, a potência média ao longo de um ciclo pode ou não sê-lo,

dependendo essa da natureza dos componentes presentes no circuito. Em capacitores e

indutores ideais, a potência média é nula, contudo em componentes como os resistores,

a potência média não o é, mesmo o sendo a tensão e corrente médias sobre o mesmo.

Um cálculo integral deve ser feito em cada situação a fim de determinar-se o que

denomina-se por tensão elétrica eficaz e corrente eficaz (e não médias) em cada caso

bem como suas respectivas fases, para que, posteriormente, determine-se a potência

efetiva dissipada pelo dispositivo sob as respectivas tensão e corrente alternadas.

Embora fuja ao escopo desse artigo tratar os pormenores da análise desses circuitos, de

forma geral, para circuitos de corrente alternada:

A exemplo, a tensão elétrica eficaz típica de redes elétricas no Brasil, conforme

disponibilizada nas casas dos usuários, é de 127 volts na maioria dos estados. Alguns

estados e o Distrito Federal usam 220 volts. Uma lâmpada incandescente de mercado

típica opera sob uma corrente calculável de aproximadamente 0,47 ampères quando

submetida a essa tensão, de forma que a potência da lâmpada é, em acordo com a

relação acima:

Na lâmpada vêm usualmente grafados não os valores da tensão e corrente, e sim os

valores da diferença de potencial (tensão) e da potência, no caso, respectivamente 127V

versus 60W (na lâmpada encontra-se a notação 127V x 60W); indicando que, quando

submetida a uma tensão de 127 volts especificada, a lâmpada opera de forma a

converter 60 joules de energia elétrica a cada segundo em outras formas de energia, ou

seja, com uma potência de 60 watts. Nessas condições a lâmpada opera sob a corrente

citada - facilmente calculável via relação apresentada - de 0,47A.

Vale ressaltar que a potência elétrica especifica quanta energia elétrica estará sendo

convertida para outras formas a cada período de tempo, e não quanta energia elétrica

está sendo convertida para a forma útil desejada a cada período. Nas lâmpadas

incandescentes citada, por exemplo, dos 60 joules de energia elétrica convertidos a cada

segundo, apenas uma pequena parcela dessa energia acaba efetivamente na forma de

interesse, na forma de energia luminosa na faixa do visível no caso. Em lâmpadas

fluorescentes o desperdício é consideravelmente menor, sendo bem maior a parcela da

energia elétrica convertida que acaba na forma luminosa desejável. O rendimento bem

maior das lâmpadas fluorescentes se comparadas às incandescentes é mais que

suficiente para justificar o seu uso preferencial em detrimento dessas últimas: uma

lâmpada fluorescente substituta típica, cuja potência é de meros 13 watts, é plenamente

capaz de prover uma iluminação plenamente equivalente à da lâmpada incandescente de

60 watts citada, a exemplo.

[editar] Eletromagnetismo

Linhas de campo magnético devido a uma corrente elétrica.

A descoberta de Hans Christian Ørsted, em 1821, de que existe um campo magnético

em torno de todo fio carregando uma corrente elétrica forneceu a primeira indicação de

que há uma relação íntima entre eletricidade e magnetismo. Em acréscimo, a

experiência também revelou que a força que expressa a interação entre a agulha

magnética da bússola e o fio condutor de corrente parecia possuir natureza bem

diferente da força gravitacional e eletrostática, das duas forças naturais então

conhecidas. A força sobre a agulha da bússola não agia de forma a posicioná-la em

direção paralela ao da corrente elétrica, mas sim em ângulos perpendiculares à esta. Nas

palavras obscuras de Ørsted, "a discordância elétrica age de maneira giratória". A força

também mostra-se dependente do sentido da corrente elétrica, de forma que se o fluxo

elétrico for revertido, a força também o é.

Ørsted não compreendeu plenamente a sua descoberta, contudo observou que o efeito

era recíproco: uma corrente exerce uma força sobre um magneto, e um campo

magnético exerce uma força sobre uma corrente. O fenômeno foi posteriormente

investigado por André-Marie Ampère, que descobriu que dois fios transportando

correntes de forma paralela exercem forças um sobre o outro: dois fios conduzindo

correntes no mesmo sentido atraem-se mutuamente, ao passo que dois fios conduzindo

correntes em sentidos opostos repelem-se mutuamente. A interação é mediada pelos

campos magnéticos que cada corrente produz. Tal experimento veio a mostrar-se

também de vital importância, constituindo hoje a base para a definição da unidade de

corrente elétrica no Sistema Internacional de Unidades (S.I.).

O motor elétrico explora um importante efeito do eletromagnetismo: uma corrente imersa em

um campo magnético experimenta uma força em ângulo reto em relação a ambos, o campo

magnético e a corrente.

A íntima relação entre campos magnéticos e correntes elétricas é também extremamente

importante no que concerne à invenção do motor elétrico por Michael Faraday em 1821.

O motor homopolar de Faraday consiste em um imã permanente assentado no centro de

uma piscina de mercúrio. Nesse motor uma corrente elétrica é estabelecida entre as

extremidades de um fio suspenso por um delas através de um pivô fixado sobre o

magneto, encontrando-se a outra extremidade imersa no no mercúrio, um metal líquido

à temperatura ambiente. Em tais condições o magneto exerce uma força tangencial no

fio, de forma a fazê-lo circular em torno do magneto enquanto a corrente for mantida.

Experimentos realizados por Michael Faraday, em 1831, revelaram que uma diferença

de potencial elétrico desenvolve-se entre as extremidades de um fio quando este move-

se de forma perpendicular a um campo magnético previamente encontrado na região em

que esse se move. Análises futuras do processo, que veio a ser conhecido por indução

eletromagnética, permitiu que Faraday estabelecesse o princípio hoje conhecido como

Lei de Faraday-Neumann-Lenz, o de que a diferença de potencial induzida em um

circuito fechado é proporcional à taxa de mudança do fluxo magnético encerrado pelo

circuito. Extrapolações dessa descoberta lhe permitiram inventar em 1831 o primeiro

gerador elétrico, o qual convertia a energia mecânica de um disco de cobre em rotação

em energia elétrica. Embora o disco de Faraday fosse muito ineficiente para aplicações

práticas, ele claramente demonstrou a possibilidade de geração de energia elétrica

através do uso do magnetismo, possibilidade que seria exaustivamente aproveitada por

aqueles que viriam a dar continuidade a seus trabalhos.

Os trabalhos de Faraday e Ampère demonstraram que um campo magnético variável no

tempo atua como fonte de campo elétrico, e que um campo elétrico variável no tempo é

também fonte de campo magnético. Então, uma vez que um dos campos encontre-se

variando, o outro é necessariamente induzido. A possibilidade de acoplamento entre os

dois de forma que um campo variável sustente a existência do outro campo também

variável de forma recíproca mostrou-se frutífera; por exibir as propriedades inerentes a

uma onda, o acoplamento entre os campos da forma apresentada deu origem às ondas

eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas foram teoricamente analisadas por James

Clerk Maxwell em 1864. Maxwell desenvolveu um conjunto de equações capazes de

descrever de forma não ambígua o inter-relacionamento entre o campo elétrico, o

campo magnético, a carga elétrica e a corrente elétrica. Ele fora capaz a partir das

mesmas inclusive de demonstrar que uma onda eletromagnética deveria

necessariamente se propagar à velocidade da luz, e que por tal a própria luz seria em

essência uma onda eletromagnética. As equações de Maxwell, que unificam a ótica, o

magnetismo e a eletricidade em um único campo, o eletromagnetismo, constituem um

dos grandes marcos da física teórica.

[editar] Circuito elétrico

Ver artigo principal: Circuito elétrico

Um circuito elétrico básico. O gerador de tensão V na direção esquerda de um Circuito elétrico

I em torno do circuito, na entrega de energia elétrica dentro do resistor R. Para o resistor,a

corrente volta para o gerador,completando o circuito.

Um circuito elétrico é uma interconexão de componentes elétricos de tal forma que a

carga elétrica é feita fluir ao longo de um caminho fechado (um circuito), geralmente

com o objetivo de transferir-se energia e executar alguma tarefa útil.

Há componentes elétricos os mais variados, encontrando-se em um circuito elétrico não

raro peças como resistores, capacitores, indutores, transformadores e interruptores. Os

circuitos eletrônicos usualmente contêm componentes ativos, geralmente

semicondutores, os quais caracterizam-se pelo funcionamento não-linear e demandam

análise mais avançada. Os componentes elétricos mais simples são chamados passivos

ou lineares: embora possam armazenar temporariamente energia, eles não constituem

fontes da mesma, e apresentam respostas lineares aos estímulos elétricos aos quais são

aplicados.[34]

O resistor é o componente mais simples entre os passivos: como o nome sugere, o

resistor limita a corrente que pode fluir através do circuito. Transforma toda a energia

elétrica que recebe em energia térmica, essa transferida ao ambiente que o cerca via

calor. Ao passo que o nome resistor designa geralmente o componente em si, a

resistência elétrica é uma propriedade dos resistores que busca mensurar o efeito

resistivo. Mostra-se diretamente relacionada à oposição e à forma como os portadores

de carga elétrica se movem no interior de um condutor ou semicondutor: nos metais, por

exemplo, a resistência é principalmente atribuída às colisões entre os elétrons e os íons.

Impurezas e imperfeições na estrutura contribuem em muito para o aumento da

resistência a ponto de justificar o processo de purificação pelo qual os metais são

submetidos antes da confecção de estruturas condutoras como os fios ou barramentos

elétricos.

A Lei de Ohm é uma lei básica da teoria do circuito. Estabelece que a corrente que far-

se-á presente em um resistor é diretamente proporcional à diferença de potencial entre

os terminais do mesmo. A resistência de muitas estruturas materiais é relatividade

constante em uma faixa de temperaturas e correntes; sendo em tais condições

denominados 'ôhmicos'. A unidade de resistência elétrica, o ohm, assim nomeada em

honra à Georg Ohm, é simbolizado pela letra grega Ω. 1 Ω é a resistência de um resistor

que desenvolve entre seus terminais uma diferença de potencial de um volt quando

submetido a uma corrente de um amperé (ou vice-versa).[34]

O capacitor é um dispositivo capaz de armazenar carga elétrica bem como energia

elétrica no campo elétrico resultante. Conceitualmente, ele é composto por duas placas

condutoras paralelas separadas por uma fina camada isolante. Na prática, são compostos

por duas lâminas finas de metal separadas por uma lâmina de material isolante, todas

enroladas juntas de forma a aumentar a área de superfície por unidade de volume e,

portanto, a capacitância. A unidade de capacitância é, em homenagem a Michael

Faraday, o farad, e à unidade é dada o símbolo "F": um farad é a capacitância de um

capacitor que desenvolve em seus terminais uma diferença de potencial de um volt

quando nele encontra-se armazenada uma carga elétrica de um coulomb (ou vice-versa).

A capacitância de um capacitor é determinada através da razão entre a carga que esse

armazena e a tensão elétrica em seus terminais, do que decorre a igualdade: 1F =

1C/1V. Um capacitor ligado a uma fonte de tensão constante permite inicialmente a

presença de uma corrente intensa durante o processo inicial de acúmulo de carga; essa

corrente entretanto decai gradualmente à medida que o capacitor acumula carga e a

tensão elétrica em seus terminais aumenta, e eventualmente anula-se após o tempo

necessário à carga completa do capacitor, situação onde a tensão em seus terminais

iguala-se à da fonte. Um capacitor, portanto, não permite em tais situações a existência

de correntes estacionárias (correntes contantes); ao contrário, as proíbe. [34]

O indutor é um condutor, geralmente uma bobina ou enrolamento de fio encapado, que

armazena energia no campo magnética que surge em resposta à corrente que faz-se fluir

através dele. Quando a corrente altera-se o campo magnético também altera-se, e há

nesse momento, em consequência da lei da indução de Faraday, a indução de uma

tensão elétrica entre os terminais do indutor. Verifica-se que a tensão induzida é

proporcional à taxa de variação da corrente, sendo tanto maior quanto mais rápido se

der a mudança na corrente. A constante de proporcionalidade é a chamada indutância do

indutor. A unidade de indutância é henry, assim nomeada em homenagem a Joseph

Henry, um contemporâneo de Faraday. Um henry é a indutância de um indutor que

desenvolve uma diferença de potencial de um volt entre seus terminais quando a

corrente entre os mesmos varia à taxa de um ampère por segundo.[34]

O comportamento

elétrico do indutor é em vários aspectos inverso ao do capacitor: ao passo que os

capacitores opõem-se às mudanças repentinas na tensão entre seus terminais mas em

nada limitam as correntes neles, os indutores opõem-se às mudanças repentinas na

corrente, mas em nada limitam as tensões entre seus terminais.

Dadas as características complementares, a união de um capacitor e de um indutor

produz um circuito elétrico ressonante, o conhecido circuito LC, no qual observa-se a

troca contante de energia entre o indutor e o capacitor e vice-versa. A tensão e a

corrente no circuito alteram-se continuamente em um padrão senoidal cujo período

depende dos valores da capacitância e da indutância dos componentes envolvidos. O

acréscimo de uma parcela resistiva leva ao também bem estudado circuito RLC, no qual

oscilações amortecidas são observadas.

[editar] Condutores e isolantes elétricos

Ver artigo principal: Corrente elétrica

Conforme antes definido, chama-se corrente elétrica o fluxo ordenado de elétrons em

uma determinada seção. A corrente contínua tem um fluxo constante, enquanto a

corrente alternada tem um fluxo de média zero, ainda que não tenha valor nulo todo o

tempo. Esta definição de corrente alternada implica que o fluxo de elétrons muda de

direção continuamente.

O fluxo de cargas elétricas pode gerar-se no vácuo ou em meio material adequado, caso

no qual o material é então caracterizado como um condutor elétrico, mas não existe ou

mostra-se completamente desprezível nos materiais ditos isolantes. Em um fio, há a

presença dos dois tipos de materiais: a capa do fio encerra em seu interior, visto ser os

metais por definição bons condutores de eletricidade, tipicamente um metal dúctil, a

exemplo o cobre ou o alumínio, ao passo que a capa em si, dadas as funções práticas

inerentes esperadas, é feita de material pertencente à classe dos bons isolantes elétricos.

Sobre materiais isolantes há de se ressalvar que na prática não há isolante elétrico

perfeito. Os materiais isolantes são aqueles cujas estruturas químicas implicam todos os

portadores de carga fortemente presos em suas posições, de forma que portadores de

carga não podem mover-se livremente através das estruturas desses materiais. São

tipicamente compostos covalentes, onde os elétrons encontram-se fortemente ligados

aos respectivos orbitais de ligação ou aos orbitais mais internos aos átomos da

molécula, ou ainda sólidos iônicos, onde algo similar ocorre, não se encontrando,

contudo, orbitais ligantes nesse caso. Embora quando sujeitos a um campo elétrico

moderado a localidade dos portadores de carga na estrutura material isolante se

preserve, sob intensos campos elétricos as forças associadas podem ser suficientes para

superar as forças que mantêm os elétrons ligados aos núcleos ou moléculas, caso no

qual há uma ruptura súbita na capacidade isolante do material. Este ioniza-se e, em um

processo quase instantâneo, deixa de ser isolante, tornando-se um bom condutor elétrico

mesmo que por um curto intervalo de tempo. O campo elétrico limite acima do qual o

material isolante torna-se condutor é conhecido como rigidez dielétrica do material.

A origem dos raios durante tempestades fundamenta-se basicamente no princípio citado.

As nuvens acumulam cargas elétricas até que a rigidez dielétrica do ar úmido seja

atingida. No momento em que o material se torna condutor, as cargas fluem em um

processo de avalanche entre o solo e a nuvem, ou entre nuvens, dando então origem ao

efeito visual e sonoro característicos do fenômeno.

[editar] Produção e aplicações

[editar] Geração e distribuição

A energia eólica desempenha papel cada vez mais importante em vários países.

Os experimentos de Thales de Mileto com barras de âmbar constituíram os primeiros

estudos acerca da produção de eletricidade e energia elétrica. Embora essa experiência,

baseado no que hoje denomina-se efeito triboelétrico, permita que levantem-se

pequenos e leves objetos e até mesmo que se gere centelhas via processos elétricos, ele

é extremamente ineficiente. Ter-se-ia que aguardar até a invenção da pilha elétrica por

Alessandro Volta, no século XVIII, para que uma fonte viável de eletricidade tornar-se

disponível. A pilha de Volta, e suas descendentes modernas, as baterias elétricas,

armazenam energia na forma química e a tornam disponível sob demanda na forma

elétrica (em verdade, a energia química atrela-se à energia potencial elétrica no sistema

formado pelo núcleo atômico e pelos elétrons no átomo). A bateria talvez configura-se

como a mais comum e versátil fonte de energia elétrica, mostrando-se a mesma muito

adequada a uma infinidade de aplicações. Há contudo um contratempo: a quantidade de

energia armazenada é finita, e uma vez descarregada, essa deve ser substituída ou

recarregada. Para aplicações em larga escala e consumos elevados a energia elétrica

deve ser gerada e transmitida continuamente via linhas de transmissão elétrica.

Potência elétrica é usualmente gerada através de geradores eletromecânicos acionados

por vapor d'água produzido mediante queima de combustíveis fósseis ou mediante o

calor oriundo de reatores nucleares, ou mesmo diretamente acionados pelo vento ou

pelo fluxo descendente de água. Em todos os casos alguma forma de energia,

tipicamente a térmica ou mecânica (cinética), é convertida em energia elétrica de forma

contínua e no momento do uso. As turbinas a vapor modernas inventadas por Charles

Parsons em 1884 é responsável, em dias atuais, por cerca de 80% da potência elétrica

mundial atreladas às mais variadas fontes térmicas. Tais geradores não guardam

certamente semelhança estrutural com o gerador homopolar de Faraday de 1831,

contudo o princípio de funcionamento dos mesmos ainda encontra pleno suporte no

princípio de que há uma tensão elétrica induzida entre as extremidades de um condutor

quando esse encontra-se submetido a uma situação que leve a uma variação do fluxo

magnético determinado pelo mesmo. A invenção do transformador elétrico durante o

século XIX forneceu a condição necessária para que a energia elétrica fosse transmitida

com muito maior eficiência, mediante o uso de altas tensões e baixas correntes. Linhas

de transmissão elétricas eficientes implicam que a potência elétrica pode ser gerada em

enormes estações centralizadas, o que traz significativo ganho quanto à viabilidade e

praticidade, e posteriormente despachada por longas distâncias até os locais onde se

faça necessária.

Uma vez percebido que a energia elétrica não pode ser armazenada em quantidades

grandes o suficiente para atender as demandas em escala nacional ou mesmo mundial, a

todo o instante deve-se produzir exatamente tanta energia elétrica quanto for a demanda.

Tal requisito implica e existência de equipamentos elétricos capazes de predizer e

mensurar com precisão a demanda de energia elétrica, e de manter uma constante

coordenação desse com a energia sendo produzida nas estações geradoras. Uma

capacidade de geração extra deve ser sempre mantida de prontidão para que essa possa

suprir uma demanda eventual devido a algum imprevisto ou sobrecarga.

A demanda por energia elétrica cresce rapidamente com a modernização e o

desenvolvimento econômico das nações. A exemplo, os Estados Unidos da América

vivenciaram um aumento anual de 12% na demanda por energia elétrica durante os três

primeiras décadas do século XX, uma taxa que nos dias de hoje encontra-se facilmente

nos países de economia emergente tais como a China. Historicamente, a taxa de

aumento na demanda por energia elétrica ultrapassa em muito as observadas para as

outras formas de energia.

Preocupações quanto ao ônus ambiental da geração de energia elétrica têm direcionado

atualmente o foco das atenções para as chamadas fontes de energia renováveis, em

particular as fontes eólicas e hidráulicas. Embora os debates acerca dos impactos

ambientais atrelados aos diferentes meios de se produzir energia elétrica estejam

acirrando-se em dias modernos, é consenso que a forma final da energia nesse processo

é relativamente limpa.

[editar] Aplicações

A lâmpada incandescente, uma antiga aplicação da eletricidade, opera por aquecimento Joule:

a presença de uma corrente elétrica através da sua resistência eleva a temperatura do

filamento, que em resposta emite luz.

A energia elétrica é uma forma de energia extremamente flexível, e tem sido adaptada a

fim de prover energia para uma grande e crescente gama de aplicações. A invenção da

lâmpada incandescente em 1870 levou a iluminação a ser uma das primeiras aplicações

públicas e práticas da eletricidade. Embora a eletrificação traga consigo os seus próprios

perigos, a substituição das chamas expostas dos lampiões a gás nas fábricas e

residências reduziu significativamente os perigos de incêndios e acidentes correlatos.

Serviços públicos foram criados em diversas cidades visando o crescente mercado de

iluminação elétrica.

O aquecimento atrelado ao efeito Joule empregado nas lâmpadas incandescentes tem

contudo uso mais direto nos aquecedores elétricos. Ao mesmo tempo que mostra-se

versátil e controlável, ele pode ser visto como um desperdício visto que a maior parte da

geração de eletricidade dá-se através do calor gerado nas estações geradoras. Um

crescente número de países, tais como a Dinamarca, vêm desenvolvendo legislações que

restringem ou proíbem o uso de aquecedores elétricos em novas construções. A

eletricidade é contudo uma fonte altamente prática de energia quando o assunto é a

refrigeração, representando os condicionadores de ar uma classe de aparelhos

responsável por grande parte do aumento na demanda de energia elétrica, aumento que

os serviços públicos de energia elétrica estão cada vez mais obrigados a acomodar.

A eletricidade é usada dentro das telecomunicações, e em verdade o telégrafo elétrico,

demonstrado operacional em 1837 por William Cooke e Charles Wheatstone, constituiu

uma das suas primeiras aplicações práticas. Com a construção na década de 1860 do

primeiro sistema telegráfico intercontinental, e posteriormente transatlântico, a

eletricidade possibilitou a comunicação quase instantânea através do globo. Mesmo que

parte considerável desse mercado sejo hoje ocupada pelas comunicações via fibras

ópticas e via satélite, a eletricidade nunca deixou de ser parte essencial ao processo.

Uma das aplicações da eletricidade encontra-se claramente visível no motor elétrico,

que provê uma limpa e eficiente forma de gerar movimento. Quando atrelado a

maquinário fixo, o motor pode ser facilmente alimentado por uma fonte de energia

elétrica constante, particularmente a fornecida pela distribuidora de energia elétrica da

localidade, contudo em casos onde a maquinaria, incluso o motor, deva ser móvel, tais

como em veículos elétricos, as fontes de energia elétrica nesses casos têm que ser

também móveis, para tal empregando-se usualmente baterias, ou em última alternativa o

veículo deve circular por caminhos pré-definidos de forma a possibilitar a coleta de

energia ao longo do trajeto, mediante o uso de pantógrafos, a exemplo. A mobilidade

necessária acarreta restrições na performance de tais dispositivos, e uma avaliação

acerca dos custos-benefícios mostra-se muitas vezes pertinente.

Os dispositivos eletrônicos modernos fazem uso do transístor. Talvez representando a

mais importante das invenções do século XX, o transístor constitui o bloco fundamental

com o qual se erige qualquer circuito eletrônico moderno. Um circuito integrado típico

moderno contém milhões e os mais sofisticados até mesmo vários bilhões de

transístores todos miniaturizados em uma regiões não maiores que um centímetro

quadrado.

A eletricidade encontra aplicações notórias na logística atrelada ao setor de transportes e

outras áreas, incluindo-se no caso os metrôs e os trens.

[editar] A eletricidade e o mundo natural

Dois trens do metrô da cidade de Nova York: operacionais graças à energia elétrica.

[editar] Efeitos fisiológicos

Ver artigo principal: Choque elétrico

A aplicação de uma tensão elétrica ao corpo humano leva a uma corrente elétrica

através dos tecidos, e embora a relação entre ambas as grandezas não seja linear, quanto

maior a tensão, maior a corrente. Embora o limiar de percepção mostre-se

significativamente dependente da frequência da fonte elétrica e do caminho da corrente

através do corpo, sob certas condições uma corrente tão baixa quanto a de alguns

microamperes já mostra-se perceptível através do efeito eletrovibratório que provoca.

Se a corrente for suficientemente alta, ela poderá facilmente induzir a contração

muscular, a fibrilação do coração e queimaduras significativas nos tecidos. A ausência

de qualquer sinal visível de que um condutor encontra-se eletricamente energizado torna

a eletricidade particularmente perigosa. A dor causada por um choque elétrico pode ser

intensa, levando-a a ser empregada várias vezes como método de tortura. À morte

causada por choque elétrico dá-se o nome de eletrocussão. Embora venha tornando-se

cada vez mais rara em dias recentes, a eletrocussão ainda é uma forma de execução

penal empregada em várias jurisdições ao redor do mundo.

[editar] Fenômenos elétricos naturais

A enguia elétrica, Electrophorus electricus

A eletricidade não é uma invenção humana, e pode ser observada de variadas formas na

natureza, sendo o raio talvez uma das mais contundentes manifestações. Muitas

interações que nos são familiares em nível macroscópico tais como o toque, a fricção ou

as reações químicas, são devidas a interações elétricas que se dão em nível

microscópico. Supõe-se que o campo magnético terrestre tenha sua origem em um

dínamo natural que implica correntes circulantes em regiões mais internas do planeta.

Certos cristais, tais como o quartzo, ou mesmo açucar, produzem uma diferença de

potencial entre suas faces quando sujeitos a pressões externas. Tal fenômeno, conhecido

como piezeletricidade, do grego piezein (πιέζειν), que em português traduz-se por

"pressionar", foi descoberto em 1880 por Pierre e Jacques Curie. O efeito é recíproco, e

quando materiais piezelétricos são submetidos a campos elétricos, pequenas

modificações em suas dimensões físicas são observadas. O acoplamento entre o

comportamento elétrico e mecânico nos cristais piezelétricos fazem com que os mesmos

encontrem grande aplicação na confecção de bases de tempo para circuitos elétricos

muito precisas. Os cristais piezelétricos são os responsáveis pela precisão atual de

qualquer relógio eletrônico de pulso.

Alguns espécimes, tais como os tubarões, são capazes de detectar e responder a

estímulos elétricos, uma habilidade conhecida como eletropercepção, enquanto outros,

ditos eletrogênicos, são capazes de gerar por si só altas tensões, sendo essas usadas

tanto para fins predatórios como defensivos. A ordem Gymnotiformes, da qual a enguia

elétrica é o melhor exemplo, detecta e atordoa sua presa através das altas tensões

geradas em células musculares modificadas conhecidas como eletrócitos. Todos os

animais, sobretudo os dotados de sistema nervoso, transmitem informação ao longo das

membranas celulares mediante pulsos de tensão conhecidos como potenciais de ação, os

quais são responsáveis entre outras pela função de comunicação, via sistema nervoso,

entre os neurônios e os músculos. Os choques elétricos estimulam e interferem nesse

sistema, levando os músculos a contraírem-se. Os potenciais de ação são também

responsáveis pela coordenação de atividades em certas plantas, como as carnívoras.

[editar] Um choque cultural

Até início do século XX, a eletricidade não era parte integrante das vida cotidiana das

pessoas, mesmo no Ocidente industrializado. A cultura popular da época

frequentemente a retratava como uma força misteriosa, quasi-mágica, capaz de cercear a

vida, ressuscitar os mortos e em outras situações violar as leis da natureza. A

"revitalização" de pessoas bêbadas ou mesmo aparentemente mortas encontram-se

registradas nos anais da medicina desde os trabalhos de Luigi Galvani. Embora não seja

a responsável pela nomenclatura do processo de revitalização aplicado ao seu monstro,

esses resultados já eram conhecidos por Mary Shelley quando essa escreveu

Frankenstein, ainda nos idos de 1819. A revitalização de monstros através da

eletricidade tornou-se mais tarde um assunto "chocante" em filmes de terror.

À medida que a familiaridade do público bem como os conhecimentos acerca da força

motriz da segunda revolução industrial se desenvolviam, uma luz positiva foi

gradualmente iluminando o assunto eletricidade e os que soldavam suas fundações,

levando a extinção os preconceitos contra os que abrigavam, segundo o poema Sons of

Martha de Rudyard Kipling (1907), "o dedo da morte nas extremidades de suas luvas à

medida que esses emendavam e remendavam os fios da vida". Veículos elétricos de

todos os tipos caracterizaram de forma marcante as estórias de aventuras tais como as

narradas em livros escritos por Jules Verne e Tom Swift. Os mestres da eletricidade,

quer real quer ficcional - incluso cientistas tais como Thomas Edison, Charles Steinmetz

e Nikola Tesla - eram popularmente concebidos como possuidores de poderes

descomunais.

Com a eletricidade gradualmente deixando de ser uma novidade e tornando-se uma

necessidade do cotidiano na metade final do século XX, ela causa alarme popular hoje

apenas quando verifica-se a sua ausência repentina, evento que, alheio a considerações

sobrenaturais, certamente significa uma premonição para desastres. Os homens que hoje

a mantém fluindo, tais como os heróis anônimos retratados na canção Wichita Lineman

(1968) de Jimmy Webb, são mais que nunca nesses casos elencados como heróis

possuidores de poderes descomunais ao restaurarem o fluxo normal da energia elétrica.

ELETRÔNICA

A eletrônica (português brasileiro)

ou electrónica (português europeu)

(AO 1990: eletrônica ou

eletrónica) é a ciência que estuda a forma de controlar a energia elétrica por meios

elétricos nos quais os elétrons têm papel fundamental.[1]

Divide-se em Analógica e Digital porque suas coordenadas de trabalho optam por

obedecer estas duas formas de apresentação dos sinais elétricos a serem tratados.

Numa definição mais abrangente, podemos dizer que a Eletrônica é o ramo da ciência

que estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o

objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além

do controle de processos e servo mecanismos. Sob esta ótica, também se pode afirmar

que os circuitos internos dos computadores (que armazenam e processam informações),

os sistemas de telecomunicações (que transmitem informações), os diversos tipos de

sensores e transdutores (que representam grandezas físicas - informações - sob forma de

sinais elétricos) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrônica.

Complementar à definição acima, a Eletrotécnica[2]

é o ramo da ciência que estuda uso

de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal

de transformar, transmitir, processar e armazenar energia, utilizando a eletrônica de

potência. Sob esta definição, as usinas hidrelétricas, termoelétricas e eólicas (que geram

energia elétrica), as linhas de transmissão (que transmitem energia), os transformadores,

retificadores e inversores (que processam energia) e as baterias (que armazenam

energia) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrotécnica.

Entre os mais diversos ramos que a abrangem, estuda a transmissão da corrente elétrica

no vácuo e nos semicondutores. Também é considerada um ramo da Eletricidade que,

por sua vez, é um ramo da Física onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas

elementares, as propriedades e comportamento, do Elétron, Fótons, partículas

elementares, ondas eletromagnéticas, etc.

Transistores Bipolares

Transistores Bipolares de porta isolada (IGBTs)

O transistor bipolar[3]

de porta isolada (IGBT) destaca-se pelas características de baixa

queda de tensão no estado ligado do Transistor Bipolar de Junção (BJT) com as

excelentes características de chaveamento, que traz um circuito de acionamento da porta

bem simplificado e com alta impedância de entrada do mosfet. Existem no mercado

transistores IGBTs com os valores nominais de corrente e de tensão bem acima dos

valores encontrados para Mosfets de potência.

Os IGBTs estão gradativamente substituindo os mosfets que se dizem em aplicações de

alta tensão, onde as perdas na condução precisam ser mantidas em valores baixos.

Mesmo as velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam maiores (até 50 kHz) do que

as do BJTs e as do mosfets.

Ao contrário do ocorrido no MOSFET, o IGBT não tem nenhum diodo reverso

internamente, sendo assim este fator torna sua capacidade de bloqueio para tensões

inversas muito baixa, podendo suportar uma tensão inversa máxima em menos de 10

volts.

Princípios de operação do IGBT

A operação do IGBT é muito similar à dos MOSFETs de potência. Para colocá-lo no

estado ligado, basta polarizá-lo positivamente no terminal do coletor (C+) em relação ao

terminal do emissor (E -). De igual maneira, uma tensão positiva VG aplicada na porta

(G) fará o dispositivo passar para o estado ligado (ON), quando a tensão no gate (G)

exceder a tensão de limiar. O IGBT passara para o estado desligado (OFF) quando

houver o corte de tensão do terminal da porta (G).

Curva Característica de tensão-corrente do IGBT

A curva característica e uma plotagem da corrente de coletor (IC) x a tensão do coletor-

emissão (VCE). Quando não houver a tensão aplicada na porta, o transmissor IGBT

estará no estado desligado (OFF), onde a corrente (IC) é igual a zero (0) e a tensão que

passa através da chave é igual a tensão da fonte.Se a tensão > VGE(th) for aplicada na

porta, o dispositivo passará para o estado ligado e permitira a passagem da corrente IC.

Essa corrente é limitada pela tensão da fonte e pela resistência de carga. No estado

ligado, a tensão através da chave se define a zero.

[editar] Eletrônica Digital

Na eletrônica digital este controle se faz digitalizando o sinal de controle no seu estágio

de geração para evitar as variações térmicas ou de envelhecimento a que todo material

está sujeito(desde o sensor até o relê final de um sistema analógico); no mais, o sinal

digitalizado pode ter a forma de uma corrente pulsante cuja frequência de pulsação

represente fielmente o sinal "variação de resistência por efeito da temperatura".

O efeito da variação de parâmetros (e aumento do erro de medição) por termo-agitação

e envelhecimento é cumulativo nos sistemas analógicos pois as variações de parâmetros

devidas ao aumento da temperatura no forno (a medir) são produzidas pelo mesmo

processo interno atômico que origina a "deriva", "agitação indesejável" "movimento

eletrônico caótico" e se tornam parte das variações espúria que mascaram a medição, e

ainda mais serão amplificadas por componentes que têm sua própria agitação térmica

que se tornam cumulativos.

Exemplo de alguns osciloscópios de laboratório que devem permanecer ligados por

longos períodos de tempo antes de realizar medições com eles, mesmo assim, antes de

fazer as medições deverão ser aferidos para rever qual é o valor ou se não mostram

sinais de derivas.(o mais normal é que apresentem variações de posicionamento na

vertical do traço horizontal com níveis de entrada "zero");)

[editar] Componentes

Considera-se o primeiro componente eletrônico puro a célula fotovoltaica (1839)

seguida pela válvula termoiônica (Ver Efeito Édison), ou termiônica e alguns diodos à

base de Selênio (Se).

A válvula termiônica, também chamada de válvula eletrônica, é um dispositivo que

controla a passagem da corrente elétrica através do vácuo (ver John Ambrose Fleming),

dentro de um bulbo de vidro, sendo utilizada em larga escala até meados da década de

1960. Aos poucos, foi substituída pelos transístores.

Um transístor é um dispositivo que controla a passagem da corrente elétrica através de

materiais semi condutores inteiramente sólidos. Assim, por definição, ambos são

componentes eletrônicos que servem para executar trabalhos idênticos, o segundo

porém mais moderno que o primeiro.

A eletrônica, ao passar do tempo, acabou por desenvolver e estudar novos circuitos

eletrônicos além de transístores, diodos, fotocélulas, capacitores, indutores, resistores,

etc.

A tecnologia de miniaturização desenvolveu os circuito integrados, os microcircuitos, as

memória eletrônicas, os microprocessadores, além de miniaturizar os capacitores,

indutores, resistores, entre outros.

[editar] Atuação

Quando se tem qualquer tipo de dispositivo onde haja a atuação de um determinado

fenômeno físico em correlação com outro, interagindo, modificando, medindo, aí está a

eletrônica. Um exemplo seria a conversão de onda sonora para onda eletromagnética, da

emissão eletromagnética através do espaço físico, para em seguida a captação desta, sua

recepção e reconversão para onda eletromagnética, assim novamente para onda sonora.

Sem a eletrônica, isto seria impossível de se conseguir, pois o ato de se transmitir uma

onda de radiofrequência e sua posterior recepção necessita de dispositivos eletrônicos

que transformarão as manifestações físicas de um determinado tipo de energia que será

convertido em outro. Por exemplo: onda sonora em onda elétrica, onda luminosa para

onda sonora e vice versa.

[editar] Dispositivos

Circuito hipotético representando diversos componentes em montagem repetitiva

Os dispositivos eletrônicos são combinações onde se usa o circuito básico

repetitivamente e seus componentes que, uma vez agrupados de forma organizada

formam blocos. Estes interligados formam circuitos mais complexos, e assim

sucessivamente fazem funcionar os mais diversos equipamentos eletrônicos.

[editar] Funcionamento

O funcionamento básico de qualquer circuito eletrônico baseia-se no controle de tensão

e intensidade de corrente elétrica, podendo ser moldadas de forma a que o projetista

possa tirar proveito desses parâmetros e configurá-los em oscilação, amplificação, etc,

até chegar ao resultado final quando, por exemplo, através de um feixe de luz, ou feixe

de Laser numa fibra óptica conseguimos nos comunicar com velocidades cada vez

maiores e quantidades de informação imensas a milhares de km de distância e, tudo

isso, em segundos, milissegundos.

[editar] Medidas Eletrônicas

Ver artigo principal: Medidas Eletrônicas

[editar] Unidades do Sistema Internacional

São as seguintes as unidades do Sistema Internacional de Unidades:[4]

V = volt = medida de tensão elétrica ou diferença de potencial

A = ampère = medida de corrente elétrica

C = coulomb = medida de carga elétrica

s = segundo = medida de tempo

Ω = ohm = medida de resistência elétrica

S = siemens = medida de condutividade elétrica

J = joule = medida de Trabalho

W = watt = medida de potência

Hz = hertz = medida de frequência

F = farad = medida de capacitância

H = henry = medida de indutância

Wb = Weber = medida de fluxo magnético

T = Tesla = medida de densidade de fluxo magnético

[editar] Outras unidades

As unidades abaixo ainda são utilizadas, embora não façam parte do Sistema

Internacional

hp = horse power (cavalo de força) = medida de potência Obs: 1 hp = 746 W

cv = cavalo vapor = medida de potência. Obs: 1 cv = 736 W

[editar] Histórico

A evolução da eletrônica foi lenta no início, porém com o passar do tempo, acelerou-se.

Nos séculos XVII, XVIII e XIX, foram informações dispersas, aleatórias.

Em 1835, Munk, ao gerar centelhas de alta tensão próximo de certos pós metálicos,

observou que estes mudavam sua condutividade elétrica. Isto ficou registrado, mas não

se encontrou uma utilidade prática para o fenômeno.

Acredita-se que o dispositivo eletrônico mais antigo foi uma célula fotovoltaica

construída em 1839 por Becquerel. Embora funcional, sua utilidade era meramente para

curiosidade científica.

A partir de 1850, a físico-química passou a se interessar nos fenômenos do

comportamento da AT (Alta Tensão) e dos gases. A experiência de Julius Plücker pode

ser considerada como ponto de partida para tal. O pesquisador, ao conectar tensão

elétrica muito alta em dois eletrodos, inseridos numa ampola de vidro com atmosfera

rarefeita, mostrou o fenômeno da descarga dos gases. Durante sua demonstração,

observou-se um efeito eletroluminescente de cor púrpura sobre as paredes do vidro.

Em 1861, foi descoberto o efeito fotocondutivo do selênio. Posteriormente, em 1873,

Willoughby Smith investigou o efeito e delineou as primeiras leis da fotocondutividade.

Em 1866, Varley novamente observou a mudança de condutividade de pós metálicos na

presença de centelhas elétricas, da mesma forma que Munk em 1835, porém, o

fenômeno continuou a parecer meramente curiosidade científica.

A válvula termiônica teve seus primórdios em 1873, quando Guthrie aqueceu uma

esfera metálica e a aproximou de um eletroscópio carregado. Ao fazer isso, o

dispositivo se descarregava.

Braun descobriu o efeito semicondutor no ano de 1874, observando os sulfetos de

chumbo e de ferro.

Alexander Graham Bell e Charles Sumner Tainter em 1878, utilizaram a célula de

selênio para fazer experiências com um telefone sem fio, utilizando ondas luminosas.

David Edward Hughes descobriu como gerar ondas eletromagnéticas em 1874,

independentemente do trabalho de James Clerk Maxwell. A intenção de Hughes não era

a geração de ondas em si, mas sua detecção através de dispositivos (diodos)

semicondutores que consistiam numa agulha de ferro em contato com um glóbulo de

mercúrio, que resultava num filme de óxido de mercúrio. Este contato resultava no

efeito da retificação por semicondutividade. Hughes, na verdade, se antecipou à geração

de radiofrequência em cinco anos a Hertz e em dez anos em sua detecção.

Julius Elster e Hans Geitel, no início de 1880, encerraram um filamento de uma

lâmpada incandescente e uma placa metálica numa ampola com vácuo. O efeito

observado foi uma corrente elétrica que fluiu do filamento à placa através do vácuo. Ao

mesmo tempo Flemming, naquela época empregado de Thomas Edison, estava

investigando o porquê do escurecimento do vidro de uma lâmpada de filamento. Inseriu

uma placa metálica e fez uma ligação externa ao dispositivo. Ao fazê-lo, observou que

ao se aplicar um potencial positivo à placa em relação ao filamento, imediatamente fluía

uma corrente elétrica pelo vácuo. Ao inverter a polaridade, a corrente não fluía. A este

efeito se deu o nome de Efeito Edison.

Calzecchi Onesti, em 1884, voltou a observar a mudança de condutividade de pós

metálicos na presença de centelhas elétricas, da mesma forma que Munk em 1835,

porém, novamente o fenômeno continuou a parecer meramente curiosidade científica.

Hertz, no ano de 1887, observou o efeito fotoemissivo, que foi aprimorado em 1890 por

Ebert, Wilhelm Hallwachs e Wiedemann. Em 1890, Julius Elster e Hans Geitel

desenvolveram a primeira válvula eletrônica fotoemissiva.

De novo, agora na pessoa de Édouard Branly, em 1890, houve a observação da

mudança de condutividade de pós metálicos na presença de centelhas elétricas, da

mesma forma que Munk em 1835, porém, o fenômeno ainda continuou a parecer

meramente curiosidade científica, sem uso prático.

Minchin e Oliver Lodge, de forma independente, sugeriram que o fenômeno da

alteração da condutividade de pós metálicos na presença de centelhas elétricas era

ocasionada por ondas que se propagavam pelo espaço que emanavam das centelhas.

Lodge então, em 1894, preparou um tubo com limalhas de ferro, seguindo o método de

Branly. Descobriu que este método poderia servir para detectar ondas hertzianas. Ao

dispositivo foi dado o nome de coesor, porque quando as ondas eletromagnéticas

passavam por si, as limalhas se aglutinavam e tinham que ser extraídas antes de outra

emissão de radiofreqüência.

A partir de 1850, com as experiências de Julius Plücker sobre a eletroluminescência,

Hittorf, William Crookes e Goldstein, iniciaram uma investigação dos efeitos da Alta

Tensão. Crookes inseriu um eletrodo em forma de cruz de malta no tubo de vidro, foi

observado que o brilho produzido pelos raios invisíveis, era devido à aceleração de

algum tipo de partícula ou raio que provinha do eletrodo negativo para o positivo. A

este tipo de manifestação se deu o nome de "raios catódicos", pois acreditou-se que sua

carga era negativa. A experiência foi confirmada por Hallwachs. Em 1897, Thomson

estudou o efeito e deu o nome de elétrons às partículas aceleradas no tubo de raios

catódicos.

Tommasina reinventou o detector de radiofrequência de Hughes em 1899. Ao

dispositivo foi dado o nome de coesor de auto-restauração de Castelli, de Solari, ou

coesor de auto-restauração da Marinha Italiana.

O padre Roberto Landell de Moura, em 1893, iniciou as experiências com um telefone

sem fio utilizando radiofreqüência. Dia 3 de junho de 1900 fez uma demonstração

pública.

Em 1901, Marconi recebeu os primeiros sinais de rádio através do Atlântico. O detector

utilizado foi um retificador de glóbulo de ferro mercúrio idêntico ao inventado por

Hughes em 1874.

As descobertas do século XIX só vieram a ser compiladas no início do século XIX.

Com a utilização prática para a emissão termoiônica através da utilização do diodo

termiônico, triodo termiônico, tetrodos, pentodos, etc, iniciou-se a era da eletrônica

termoiônica, ou termiônica, quando John Ambrose Fleming utilizou estes efeitos para a

amplificação de sinais.

[editar] Evolução

Válvula termiônica amplificadora de áudio de 1906

Desde o início do século XX até sua metade, a válvula termoiônica reinou absoluta,

quando na metade do século, em 1948, a gigante em telecomunicações Bell Telephone,

desenvolveu um dispositivo que em comparação à válvula termoiônica era

simplesmente minúsculo. Era o primeiro transistor. Aí estávamos iniciando a era do

semicondutor.

Transistor de potência do circuito horizontal de um monitor de vídeo (Ecrã) 17, potência 90 W

Com o transistor e o desenvolvimento das técnicas de miniaturização, ficou cada vez

mais acelerada a confecção e projeto de componentes e equipamentos eletrônicos.

Isto culminou com a construção do primeiro circuito integrado no final da década de

sessenta, quando apareceu o primeiro amplificador operacional integrado. Este nada

mais era que a montagem miniaturizada de transistores, capacitors, resistors e diodos

semicondutores, todos feitos numa só base, inicialmente em germânio.

Circuito integrado híbrido

Logo após, no início da década de setenta, os componentes passaram a ser fabricados

em silício, elemento de mais fácil manipulação e menos sensível aos efeitos de

avalanche térmica.

Foram sendo desenvolvidas assim exponencialmente novas tecnologias para a

fabricação seriada em alta velocidade. Estas utilizavam componentes de larga escala de

integração, (LSI), e logo após, nos anos oitenta, foi desenvolvida a extra larga escala de

integração, (ELSI). Esta tecnologia nos deu os microprocessadores de alta velocidade e

desempenho.

Nos dias de hoje, depois do trabalho de milhares, senão milhões de colaboradores

anônimos, a Eletrônica está finalmente entrando na era da nanotecnologia.

[editar] Dispositivos e equipamentos

Os equipamentos e circuitos eletrônicos moldam, configuram e mensuram grandezas

físicas de diversas naturezas. Algumas são variáveis, outra fixas, exemplo disso são as

variáveis elétricas que transportam informação, os sinais.

Para o transporte de informação, foi necessário a codificação de uma linguagem.Um

exemplo é a extinta telegrafia que era usada para enviar informações através do código

morse, onde sinais intermitentes transportam informação codificada de tal forma, que

decodificada forma letras e palavras. Estas, interpretadas nada mais são do que

informação, logo podemos definir que codificação é a informação introduzida num

determinado sinal. E decodificação é a extração desta informação deste mesmo sinal.

Voltímetro analógico utilizado em painéis elétricos

Podemos definir três grupos distintos de sinais em eletrônica: Sinal analógico, é todo

aquele que varia continuamente em função do tempo, ou seja: pode ser representado por

uma função matemática contínua.

Um velocímetro analógico. Um termômetro analógico. Uma balança analógica. Um voltímetro analógico.

São exemplos de sinais lidos de forma direta sem passar por qualquer codificação,

decodificação complexa. As variáveis são observadas diretamente. O instrumento

analógico consiste num painel com uma escala e um ponteiro que desliza de forma a se

verificar a posição deste sobre aquela, um galvanômetro, ou o ecrã de um

osciloscópio[5]

.

[editar] Sinais e medidas analógicas e digitais

Sinal periódico consiste de "pacotes" de informação que são levados de forma direta, as

ondas de rádio por exemplo, onde a codificação e decodificação é executada de forma

direta, um exemplo é a Amplitude Modulada, onde temos uma onda portadora de

freqüência fixa modulada em amplitude variável, a decodificação na recepção se dá de

forma direta por supressão da portadora, retificação em meia onda do sinal resultante, e

amplificação do resultado de forma a termos um sinal em forma de música, por

exemplo.

Sinal digital é formado por códigos de linguagem matemática, um exemplo disto é a

linguagem binária, ou sistema binário, (álgebra booleana), onde se usa um código

binário de transporte de informação, a leitura é indireta, depende de sistemas de

interpretação e leitura, pois esta não é direta, é digitalizada, é formada por componentes

que digitalizam a informação, isto é, convertem o sistema decimal para sistema binário,

ou para o sistema hexadecimal e vice-versa, digitalizar é manipular, converter a

informação processá-la e reconvertê-la de forma que seja entendida.

[editar] O futuro

A eletrônica é a base da moderna tecnologia, da cibernética, da ciência da computação,

da informática, entre outros. Sem ela os sistemas de controle do mundo moderno não

funcionam.

Com a eletrônica fundindo-se com a micro-mecânica, pneumática, hidráulica e

informática, temos a mecatrônica, a biomecatrônica, a robotização biológica e a

robótica. Esses compõem os sistemas de analogia eletrônica, prevista para o nosso

futuro.

INDUTOR

Um indutor é um dispositivo elétrico passivo que armazena energia na forma de campo

magnético, normalmente combinando o efeito de vários loops da corrente elétrica.

O indutor pode ser utilizado em circuitos como um filtro passa baixa, rejeitando as altas

frequências.[1][2]

Também costumam ser chamados de bobina, choke ou reator.

Construção

Um indutor é geralmente construído como uma bobina de material condutor, por

exemplo, fio de cobre. Um núcleo de material ferromagnético aumenta a indutância

concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das espiras.

Indutores podem ser construídos em circuitos integrados utilizando o mesmo processo

que é usados em chips de computador. Nesses casos, normalmente o alumínio é

utilizado como material condutor. Porém, é raro a construção de indutores em CI's; eles

são volumosos em uma pequena escala, e praticamente restritos, sendo muito mais

comum o uso de um circuito chamado "gyrator", que utiliza um capacitor comportando-

se como se fosse um indutor.[3]

Pequenos indutores usados para frequências muito altas são algumas vezes feitos com

um fio passando através de um cilindro de ferrite.

[editar] Indutância

Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L,

medida em Henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal.[4]

Em outras

palavras é um parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a tensão induzida por um

campo magnético variável à corrente responsável pelo campo. A tensão entre os

terminais de um indutor é proporcional à taxa de variação da corrente que o atravessa.

Matematicamente temos:

onde:

u(t) é a tensão instantânea -> sua unidade de medida é o volt (V)

L é a indutância -> sua unidade de medida é o Henry (H)

i(t) é a corrente instantânea -> sua unidade de medida é o ampere (A)

t é o tempo (s)

[editar] Energia

A energia (medida em joules, no SI) armazenada num indutor é igual à quantidade de

trabalho necessária para estabelecer o fluxo de corrente através do indutor e,

consequentemente, o campo magnético. É dada por:

onde I é a corrente que circula pelo indutor.[5]

[editar] Em circuitos elétricos

Um indutor resiste somente a mudanças de corrente.[6]

Um indutor ideal não oferece

resistência para corrente contínua, exceto quando a corrente é ligada e desligada, caso

em que faz a mudança de modo mais gradual. Porém, a maioria dos indutores do mundo

real são construídos a partir de materiais com resistência elétrica finita, que se opõe até

mesmo à corrente direta. Materiais supercondutores não oferecem resistência a

passagem de correntes elétricas contínuas, e suas aplicações implicam propriedades

distintas para os indutores feitos deste tipo de material.

No geral, a relação entre a variação da tensão de acordo com o tempo u(t) através de um

indutor com indutância L e a variação da corrente de acordo com o tempo i(t) que passa

por ele é descrita pela equação diferencial:

Quando uma corrente alternada (CA) senoidal flui por um indutor, uma tensão alternada

senoidal (ou força eletromotriz, Fem) é induzida. A amplitude da Fem está relacionada

com a amplitude da corrente e com a freqüência da senóide pela seguinte equação:

onde ω é a frequência angular da senóide definida em termos da frequência f por:

A reatância indutiva é definida por:

onde XLé a reatância indutiva medida em Ohms (medida de resistência), ω é a

freqüência angular, f é a frequência em hertz, e L é a indutância.

A reatância indutiva é o componente positivo imaginário da impedância.

A impedância complexa de um indutor é dada por:

onde j é a unidade imaginária.

[editar] Análise de circuitos

Os problemas de análise de circuitos, que resultam num sistema de equações lineares,

nos quais se busca encontrar os valores de corrente e de variação de tensão para cada

compondente (incógnitas) são resolvidos por extensão dos problemas de circuitos com

apenas fontes e resistores. Neste modelo estendido, a indutância e a capacitância são

consideradas como resistências complexas[nota 1]

, que passam a se denominar

impedância. Os resultados são interpretados na forma polar, sendo o ângulo do vetor

encontrado interpretado como fase da corrente alternada ou tensão alternada.[7]

[editar] Redes de indutores

Cada indutor de uma configuração em paralelo possui a mesma diferença de potencial

(tensão) que os demais. Para encontrar a indutância equivalente total (Leq):[8]

A corrente através de indutores em série permanece a mesma, mas a tensão de cada

indutor pode ser diferente. A soma das diferenças de potencial é igual à tensão total.

Para encontrar a indutância total:[9]

[editar] Fator Q

O fator Q de um indutor pode ser encontrado através desta fórmula, onde R é a

resistência elétrica interna:

[editar] Aplicações

Os indutores estão relacionados aos eletromagnetos em estrutura, mas são usados para

um propósito diferente: armazenar energia em um campo magnético.

Por sua habilidade de alterar sinais CA, os indutores são usados extensivamente em

circuitos analógicos e processamento de sinais, incluindo recepções e transmissões de

rádio. Como a reatância indutiva muda com a frequência, um filtro eletrônico pode

usar indutores em conjunto com capacitores e outros componentes para filtrar partes

específicas da frequência do espectro.

Dois (ou mais) indutores acoplados formam um transformador, que é um componente

fundamental de qualquer rede elétrica nacional.[10]

Um indutor é normalmente usado como saída de uma fonte chaveada de alimentação. O

indutor é carregado para uma fração específica da frequência de troca do regulador e

descarregado pelo restante do ciclo. Esta relação de carrega/descarrega é o que reduz

(ou impulsiona) a tensão de entrada para seu novo nível.

SUPERCAPACITORES

Um supercapacitor, megacapacitor ou ultracapacitor é um condensador

eletroquímico que tem uma extraordinária capacidade de armazenamento de energia

relativo a seu tamanho quando comparado a capacitores comuns. Estes são de interesse

particular em aplicações a automóveis para armazenamento suplementar para bateria de

veículos elétricos.

Características

Tal armazenamento de energia tem várias vantagens em relação a baterias:

Taxas muito altas de custo e descarga. Pouca degradação em cima de centenas de milhares de ciclos. Reversibilidade boa Peso leve Baixa toxicidade de materiais usados. Eficiência de ciclo alta (95% ou mais)

Desvantagens:

A quantia de energia armazenada por peso de unidade é consideravelmente mais baixa que o de uma bateria eletroquímica.

A tensão varia com a energia armazenada. Para armazenar efetivamente e recuperar energia é necessário controle eletrônico sofisticado, que porém resulta em perda de energia.

[editar] Como é feito

Nanotubos de carbono e polímero, ou aerogels (um material de alta porosidade). Possui

grande área superficial de carbono, são práticos para supercapacitores. Nanotubos de

carbono têm propriedades de nanoporosidade excelentes, deixando espaços minúsculos

aos polímeros para encaixarem-se no tubo e agir como um dielétrico. Polímero tem um

mecanismo de armazenamento redox (redução-oxidação) junto com uma área de

superfície alta.

Também estão sendo feitos Supercapacitores de aerogel de carbono. Aerogel de carbono

é um material que provê área de superfície extremamente alta de cerca de 400–1000

m²/g. Capacidades de até 104 F/g e 77 F/cm3 foram alcançadas. Algumas corporações,

como Cooper Electronic Technologies, já têm supercapacitores de aerogel. A tensão

máxima deles é 2.5V, mas eles podem alcançar uma densidade de energia de 325 kJ/kg

que é aproximadamente 70% da capacidade provida por baterias de polímero de lítio.

Densidades de potência alcançadas são até mais altas, até 20 kW/kg. Supercapacitores

de aerogel pequeno estão sendo usados como baterias de apoio em microeletrônicos,

mas são esperadas aplicações para veículos elétricos.

Normalmente os eletrodos de supercapacitores de aerogel são feitos de papel não tecido

feito de fibras de carbono e cobertos com aerogel orgânico que então sofre pirólises. O

papel é um material composto onde as fibras de carbono provêem integridade estrutural

e o aerogel provê a superfície grande exigida.

[editar] Aplicações

O Supercapacitor tem dois terminais o positivo e o negativo. O positivo deve ser ligado

no positivo da bateria e no bloco de distribuição do carro e o negativo no negativo da

bateria. Assim ele irá carregar a energia.

É melhor carregá-lo na bateria ao contrário, em uma fonte de alimentação da tensão

desejada pois assim não gastará a bateria. Caso seja polarizado errado o capacitor

estourará igualmente ao capacitor eletrolítico.

PARTÍCULAS ELEMENTRES

Historicamente a física de raios cósmicos sempre esteve na intersecção entre a

astrofísica e a física de partículas. Até os anos 50, as energias atingidas nos

experimentos em aceleradores estavam abaixo das comumente encontradas

nos raios cósmicos. O pósitron (o anti-elétron), o muon (um irmão mais gordo

do elétron) e o pion foram descobertos em raios cósmicos. O pósitron

comprovava a teoria de Dirac que previa a existência de anti-matéria. O muon

causou furor na comunidade dos físicos de partículas, pois muitos não podiam

conceber para que servia uma nova partícula elementar semelhante ao elétron,

mas com uma massa aproximadamente 200 vezes maior. A descoberta do pion

contou com a participação do físico brasileiro César Lattes e marca o início de

uma série de descobertas de novas partículas que interagem fortemente entre

si. Tempos depois ficou claro que essas partículas que interagiam fortemente

não eram fundamentais, mas sim compostas por outras partículas elementares

que foram denominadas de quarks.

Os raios cósmicos atingem a atmosfera terrestre com altíssimas energias,

colidem com as moléculas do ar e são percebidos através dos efeitos de

ionização e criação de partículas nos denominados chuveiros extensos

(inúmeras partículas que atingem a superfície terrestre). O problema da

astrofísica é entender como essas partículas podem ser aceleradas a energias

tão altas. Quais os processos que dão origem a esses raios cósmicos?

A partir dos anos 50, a física de partículas estudada nos grandes aceleradores

passou a dominar o cenário. Grandes máquinas foram construídas onde se

conseguiam acelerar partículas a altas energias e realizar colisões de forma

controlada. Esse processo continua até hoje e o acelerador LHC (Large Hadron

Collider) que está sendo construído no Centro Europeu de Pesquisas

Nucleares (CERN) irá quase que exaurir a tecnologia atual em capacidade de

aceleração de partículas. As colisões entre partículas de altas energias

permitem o estudo da elementaridade dessas partículas (i.e. será que as

partículas "fundamentais" que conhecemos não seriam formadas por outras

mais elementares?). As colisões também permitem testar modelos e descobrir

(ou não) partículas previstas por esses modelos.

O fluxo de raios cósmicos cai rapidamente com a energia, ou seja, quanto

maior a energia dos raios cósmicos menor a quantidade deles que atinge a

nossa atmosfera. O interessante é que apesar de muito raros foram detectados

eventos com raios cósmicos que ao atingirem a atmosfera terrestre deixaram

um sinal de que eles foram acelerados a energias superiores a 1019 eV (eV =

eletron-volt, unidade de medida de energia, igual à adquirida por um elétron

quando é acelerado por uma diferença de potencial de um volt). Os nossos

aceleradores conseguem acelerar partículas a energias da ordem de 1012 eV!

Como a Natureza consegue criar um mecanismo tantas ordens de grandeza

mais poderoso que nosso melhor acelerador de partículas? Qual o fluxo destas

partículas? Este é um belíssimo problema que vamos deixar para os

experimentais do Observatório Pierre Auger estudar.

O Observatório Pierre Auger é o maior experimento de raios cósmicos

idealizado até os dias de hoje. Consistirá de aproximadamente 1600 detectores

de partículas separados por 1,5 km, numa área de aproximadamente 3000 km2

em Mendoza, Argentina e depois um outro arranjo similar deverá ser construído

em Utah, EUA. Em princípio, ele permitirá a observação em torno de 50

eventos de raios cósmicos por ano com energias da ordem 1020eV. A equipe

internacional contará com um grande grupo de pesquisadores brasileiros, que

não apenas contribuirá com seu trabalho mas também será responsável pela

introdução de uma boa dose de tecnologia nacional no experimento.

A conexão entre física de partículas e astrofísica vai voltar novamente a tona

com a detecção dos raios cósmicos de ultra altas energias pelo Observatório

Pierre Auger. Acredita-se que o fluxo desses raios cósmicos deve diminuir

muito nessas energias, porque eles têm uma alta probabilidade de colidirem

com fotons (que constituem a chamada radiação de fundo) remanescentes da

explosão ocorrida no início do Universo (Big Bang) e que permeiam o meio

interestelar e intergalático. Porém os dados atuais não indicam tal decréscimo.

Desta forma, os físicos de partículas fizeram uma lista de um bom número de

partículas estáveis que apareceriam em alguns modelos mais complexos que o

modelo usualmente utilizado (conhecido como "modelo padrão"), e que não

sofreriam as tais colisões com a radiação de fundo. Essas novas partículas

poderiam então viajar grandes distâncias após terem sido aceleradas (viriam

de fora de nossa galáxia) sem interagir com a radiação de fundo. Em princípio,

as medidas a serem feitas no Observatório Pierre Auger deveriam dar alguma

informação sobre essas novas partículas que, se existirem, não foram ainda

observadas nos aceleradores.

Vamos ser um pouco conservadores e considerar apenas uma partícula da lista

que citamos acima, a qual temos certeza que existe: o neutrino. O neutrino é

um parceiro do elétron que tem carga nula e pode ser produzido na

desintegração de pions que foram muito acelerados. Pelo fato de interagirem

muito pouco com a radiação de fundo eles poderiam chegar a nossa atmosfera

mesmo após viajarem distâncias da ordem que separam as galáxias ou

aglomerados de galáxias. O problema é entender como na colisão com as

moléculas de nossa atmosfera ele produziria os chuveiros extensos que são e

serão observados, já que a característica dos neutrinos é a sua baixa

capacidade de interação. Para explicar isso os físicos de partículas construíram

modelos nos quais a capacidade de interação do neutrino aumenta com a

energia. Será que isso está correto? Só os experimentais de raios cósmicos é

que poderão dizer, pois nos aceleradores atuais não temos energia suficiente

para testar tais hipóteses!

Existem muitos outros problemas de física de partículas que poderão ser

respondidos por experimentos como os que serão realizados no Observatório

Pierre Auger. Por exemplo, pode ser que o cálculo da interação dos raios

cósmicos com a radiação de fundo não esteja correto. Como? Simplesmente

porque esse cálculo talvez não leve em conta novos efeitos físicos, tal como a

quebra da invariança de Lorentz. Essa simetria (invariança de Lorentz) existe

para as energias que conhecemos e nos ensina como devem ser feitas as

contas para partículas relativísticas (que andam com velocidades próximas a

velocidade da luz). Mas esses raios cósmicos estão a energias tão altas que

nada garante que as leis que conhecemos sejam as mesmas para essas

energias. Aliás, os físicos já estão cansados de saber que algumas das leis que

são boas para uma dada escala de energia não são necessariamente boas em

outras escalas. Novamente, vamos esperar pelos experimentais de raios

cósmicos. Eles terão que nos dizer se isso é verdade ou não. Nesse caso em

particular a medida do fluxo (número de eventos) será crucial para verificar se

esta hipótese é realística ou não.

Uma outra possibilidade onde raios cósmicos de energias ultra alta poderiam

ser criados seria na desintegração de novas partículas muito massivas. Nesse

caso eles não precisariam ser acelerados, basta que uma partícula (X) com

uma massa típica das que apareceriam em teorias que unificam todas as

interações (chamadas de teorias de grande unificação) decaia numa partícula

que interage fortemente. As massas dessas partículas X são da ordem de

1016GeV, se ela decair, por exemplo, num próton, a energia deste poderia

facilmente atingir 1020eV. Esse tipo de mecanismo geraria raios cósmicos de

ultra altas energias sem termos que nos preocupar com processos de

aceleração e absorção de partículas pela radiação de fundo. Bastaria que uma

partícula X, criada no início do Universo, decaísse num próton enquanto

passeia pelas redondezas da Terra e esse atingisse nossa atmosfera gerando

um chuveiro extenso. Teremos um fluxo bastante específico em cada um dos

modelos de geração de raios cósmicos através do decaimento de partículas X.

A longa e detalhada observação dos raios cósmicos deverá dar alguma

informação sobre esses modelos.

Muito do que falamos acima pode parecer ficção científica, portanto vamos ser

mais conservadores e vamos admitir a seguinte hipótese: os raios cósmicos de

energias ultra altas são prótons, tudo está de acordo com os modelos comuns

de astrofísica e física de partículas e nada de exótico existe. O Observatório

Pierre Auger poderá medir a interação de prótons com os núcleos das

moléculas de ar e ainda assim teremos um grande resultado! O fato é que essa

interação será medida a energias nunca antes atingidas e, por incrível que

pareça, nós ainda não conhecemos bem a física que rege as interações fortes.

Esses dados experimentais teriam algo a nos ensinar sobre a interação forte

que conhecemos a muito baixas energias.

A sabedoria popular diz que a vida ocorre em ciclos. Talvez, como no início do

século passado, as observações dos raios cósmicos de ultra alta energias

voltem a estabelecer as novas direções da física de partículas do futuro.

QUAIS SAO AS PARTICULAS ATOMICAS QUE

CONSTITUEM O ATOMO?

Elétrons:

símbolo: e-

carga: negativa

Circulam livres em órbitas definidas na eletrosfera (parte externa do átomo)

---------------------------------

Prótons:

símbolo: p+

carga: positiva

Associam-se aos neutrons formando o núcleo atômico

---------------------------------

Neutrons:

símbolo: N

carga: neutra

Associam-se aos prótons formando o núcleo atômico.

Eletrosfera: possui elétrons (partículas negativas)

núcleo: possui prótons (part. positivas) e nêutrons (part. eletricamente neutras)

No centro do átomo há uma partícula chamada núcleo que é 10 mil vezes menor que ele

(átomo) e contêm os prótons e nêutrons. Ao seu redor, deslocam-se partículas ainda

menores, chamadas elétrons. Os prótons e elétrons têm cargas elétricas que mantêm o

átomo unido.

Partículas atômicas

Estabilidade das partículas atômicas, como os nêutrons e prótons do núcleo do átomo. Características das partículas do átomo. Massa dos nêutrons e prótons e a sua relação com a dos quarks e dos elétrons.

A MECÂNICA GLOBAL

2.c.2.b) Partículas atômicas

Cada vez que introduzimos um conceito da Mecânica Global devemos ter presente que é necessário ter lido os capítulos anteriores. O modelo de átomo proposto necessita dos novos conceitos da massa física, do eletromagnetismo e da força de gravitação.

Ao mesmo tempo, os conceitos citados entendem-se melhor uma vez lido todo o presente capítulo sobre o núcleo do átomoe das partículas atômicas, especialmente a força de gravidade originada pela massa física.

A análise das partículas atômicas dividiu-se por um lado no estudo das partículas do núcleo do átomo, prótons e nêutrons e, por outro, dos elétrons.

Por sua vez, o estudo das partículas atômicas do núcleo efetua-se em duas partes; a primeira sobre a massa, a vida média e a característica especial que proporciona estabilidade aos nêutrons e prótons dentro e fora do núcleo atômico.

Na segunda parte das partículas atômicas do núcleo comentam-se ideias tanto sobre a interação nuclear forte e fraca no interior de um próton ou nêutron, como da chamada força nuclear forte residual que mantém o núcleo atômico unido.

Ao conceito de elétrons, sua formação e características das suas órbitas dedica-se a primeira parte do segundo bloco de propostas sobre os elétrons; completando-se com um estudo das condições analíticas de equilíbrio do movimento dos elétrons na teoria do átomo proposta pela Mecânica Global.

Tudo isso se realiza de uma forma muito superficial e unicamente para efeitos de expor as novidades do modelo de átomo da Mecânica Global.

Vejamos as seguintes características das partículas estáveis do núcleo do átomo, prótons e nêutrons:

Massa das partículas de átomos estáveis.

De acordo com a Wikipédia, a massa do próton é 1836 vezes a do elétrons e a do nêutron é 1838 a do elétron. A massa dos elétrons segundo a Wikipédia é 9,10 x 10-31 kg.

Para facilitar as comparações toma-se como unidade de massa atômica (uma) a massa do próton.

O rádio do átomo não está claro e seguramente será bastante diferente entre os distintos átomos. Para o átomo de hidrogênio calcula-se que é da ordem de 10-10 m. Da mesma forma, o rádio de um próton é da ordem de 10-15 m, o que faz que o rádio do átomo seja umas cem mil vezes maior que o do próton para o caso do hidrogênio.

Se pensamos que a massa do elétron é consequência de se ter alcançado o limite físico de elasticidade transversal da estrutura reticular da matéria ou globina, podemos ter uma vaga mas intuitiva ideia do tamanho das partículas atômicas estáveis, prótons e nêutrons, em relação ao tamanho dos filamentos da globina.

De outro ponto de vista, a massa do próton e do nêutron está formada pela massa dos três quarks que os compõem mais a massa dos loops ou novelos do denominado campo forte; agora, poderia ser que estas espirais ou novelos sejam de dupla ou tripla torção da globina.

Evidentemente a fórmula da Teoria da Relatividade de Einstein de E=m c2 deixa de ser um eufemismo matemático, visto que a Física Moderna não só não sabe o que é a massa das partículas atômicas como nem sequer tem uma proposta para o efeito.

Vida média de prótons e nêutrons.

De acordo com a Wikipédia a vida média de um nêutron fora do núcleo atômico é de 15 minutos aproximadamente.

Em relação à vida média de um próton não existe uma quantidade concreta, mas é muito alta, milhões e milhões de anos ou mais.

Sem esquecer que a vida média do próton e do nêutron se refere às condições concretas que se dão na Terra, há que reconhecer que tem que haver alguma causa física para a grande estabilidade do próton e do nêutron, já que o nêutron também não se desintegra, transforma-se em próton.

A estabilidade das partículas do átomo significa que se necessita uma grande energia para a sua decomposição ou que a sua tendência elástica a reverter ao seu estado inicial tem uma grande barreira energética.

Tamanho máximo das partículas atômicas: nêutrons e prótons.

O tamanho semelhante dos elementos do núcleo atômico, nêutrons e prótons, dá-nos uma pista de que pudesse ser um tamanho muito próximo ao tamanho máximo das partículas atômicas estáveis em condições normais.

Todas as partículas maiores que os nêutrons e prótons são muito instáveis em condições normais.

Da mesma forma, como as partículas elementares mais pequenas que os nêutrons e os prótons são quase todas muito instáveis parece que existe uma relação entre um tamanho mínimo e a estabilidade das partículas atômicas. Por outras palavras, o tamanho mínimo das partículas estáveis do átomo é muito parecido ao tamanho máximo das mesmas. Parece que o tamanho reticular é muito importante no jogo de forças nucleares do mundo atômico.

Protón con quarks

Como se pode observar, o microscópio holhológico permite-nos mostrar uma retícula com um próton ou nêutron no seu volume interior, na figura podem distinguir-se algo assim como três quarks completos por elásticos em representação dos filamentos da estrutura reticular da matéria ou globina, nitidamente invisível.

Vou continuar o processo de criação de uma partícula subatômica estável pondo especial atenção no seu volume, para isso separarei o processo de criação nas seguintes etapas:

o Formação de loops ou novelos da globina com contração da globina.

As espirais devido à energia eletromagnética acumularão energia de deformação reversível e existirá uma grande tendência à reversão. Devido à contração espacial da globina com as três dimensões do espaço euclidiano fixas, o volume inicial da massa ou novelos será menor ao de uma retícula da rede tridimensional da globina.

o Máxima elasticidade dos filamentos de uma retícula.

A acumulação de novelos sobre os novelos existentes irá aumentando o volume da bola de massa em formação, mas chegará um momento em que o crescimento da bola estará limitado pelo volume de um retícula, os filamentos têm uma grande elasticidade mas, ainda assim, a sua elasticidade tem um limite.

A contraposição de forças entre formação da massa e a retícula é clara.

Convém assinalar que a elasticidade dos filamentos está relacionada com o quadrado da distância, etc., pois não deixa de ser a mesma energia elástica a que a suporta a força de gravitação e a força eletromagnética.

Agora, a resistência dos filamentos a esticar-se mais aumentará com a distância; operando em certa medida ao contrário da força da gravidade ou do eletromagnetismo, que diminuem com a distância. Este aspecto recorda o conceito de liberdade assintótica da Cromodinâmica Quântica.

o Equilíbrio entre energia eletromagnética acumulada e energia elástica da retícula.

Necessitamos alguma condição de equilíbrio estável para explicar as partículas atômicas estáveis.

Se imaginarmos que na retícula se introduzem diversas partículas muito grandes, poderia acontecer que ficassem entupidas e formar uma espécie de nó ou estrangulamento com os filamentos da retícula, de forma a que configurassem uma partícula atômica estável.

Seria um processo parecido aos nós que se formam nos fios ou elásticos quando se torcem, ao esticá-los depois o que se consegue é que alguns nós sejam ainda mais fortes e estáveis.

o Processo aleatório com múltiplas partículas elementares.

Seguramente a obtenção do equilíbrio mencionado não é tão simples nem tão provável, mas sim pensamos na grande quantidade de partículas elementares que se podem formar com fortes e instáveis campos eletromagnéticos, talvez se entenda intuitivamente que não seria tão estranho que se conseguisse.

O fato de que sejam três quarks os que formam as partículas atômicas dos prótons e nêutrons deveria estar relacionado com a forma tridimensional da retícula. A Mecânica Global propõe uma forma cúbica porque é simples e ao

ter seis caras coincide com a ideia de três partículas cruzadas no seu interior, uma cara de entrada e outra de saída por cada quark, mas num detalhe totalmente ousado e renormalizável.

Eventualmente podem criar-se partículas elementares maiores que as correspondentes ao máximo volume de uma retícula, mas serão muito instáveis porque não haverá nenhum mecanismo que impeça a sua reversão salvo que se mantenha uma enorme força eletromagnética. Este poderia ser o caso de algumas fases da criação dos buracos negros, no livro em linha sobre Astronomia Global voltaremos a incidir neste tema.

Poderia dizer-se que a Teoria dos Nós Cebolinos da formação das partículas atômicas explica a sua estrutura física estável com capas de filamentos compactados tipo cebola até ao volume limite de uma retícula esticada.

A massa das partículas atômicas estáveis é a causa da força de gravitação.

Um elemento essencial da Mecânica Global deduz-se deste mecanismo da formação da massa. O aumento de volume de uma retícula pela presença de partículas atômicas provocará uma força elástica derivada da tensão da curvatura longitudinal dos filamentos das retículas adjacentes com a lei do inverso dos quadrados que se conhece como força de gravitação.

A mesma argumentação conduz-nos a que a massa das partículas mais pequenas não gera a força de gravidade por não ter um volume suficiente como para provocar curvatura longitudinal nos filamentos da globina. Pelas suas distintas características esta massa denomino-a ondina.

AS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS Roberto A. Salmeron - USP

Share on twitterShare on facebookShare on orkutShare on emailMore Sharing Services

Chamam-se partículas fundamentais às

partículas constituintes do átomo (antigamente

eram chamadas partículas elementares; mas,

depois se descobriu que várias delas podem se

desdobrar em duas ou mais partículas, isto é, não

são elementares).

Atualmente conhece-se onze partículas

fundamentais cuja existência está

definitivamente comprovada. Além dessas, há

várias que foram descobertas recentemente e

cujas propriedades são muito mal conhecidas. As

onze partículas são:

elétron, ou negatron

próton

neutron

pósitron, ou elétron positivo

neutrino

méson leve positivo

méson leve negativo

méson pesado positivo

méson pesado negativo

méson pesado neutro

fóton

1. Elétron ou Negatron

Já se suspeitava da existência do elétron na segunda metade do século passado. Mas, a

sua existência foi definitivamente comprovada só em 1897, por J.J. Thomson.

O elétron é uma partícula que possui carga elétrica negativa, cujo valor absoluto se

representa por e. Vale: -e = -4,8024 . 10-10

ues CGSq. É a menor carga elétrica que

existe isolada na natureza.

Sua massa é muito pequena. Em unidades de massa atômica, vale: 0,00054862 u.m.a.

(veja o tópico "Unidades de Massa Atômica"). Em gramas, 9,11 . 1028

gramas. É

aproximadamente 1/1837 da massa do átomo de hidrogênio.

Já viu-se que um feixe de elétrons emitidos numa ampola de Crookes é chamado raio

catódico. Os elétrons são emitidos pelas substâncias radioativas; e nesse caso são

chamados raios beta. Os elétrons emitidos pelas substâncias radioativas têm esse nome

porque, quando os raios beta foram descobertos não se sabia que eram elétrons.

2. Próton

Rutherford

A existência de uma partícula com carga positiva foi evidenciada pela primeira vez

quando, em 1886, Goldestein descobriu os raios positivos. A prova definitiva da

existência do próton foi dada em 1919 por Rutherford.

O próton é o núcleo do átomo de hidrogênio. É uma partícula de carga elétrica +e, isto

é, de mesmo valor absoluto que a carga do elétron, mas, positiva. Pelo fato de ter carga

elétrica, êle é desviado nos campos elétricos e magnéticos.

Sua massa é 1,007582 em unidades de massa atômica, e 1,67248 . 10-24

gramas. É cerca

de 1837 vezes mais pesado que o elétron.

Entra na formação do núcleo, havendo tantos prótons no núcleo quantos são os elétrons

das órbitas, isto é, um número igual ao número atômico Z.

3. Nêutron

James Chadwick

Sua descoberta é atribuída a Chadwick, em 1932, embora essa descoberta tenha sido

feita com apoio em trabalhos dos físicos Bothe, Becker e do casal Irene Curie – Frederic

Joliot.

É uma partícula neutra. E, não tendo carga elétrica, não é desviado em campos elétricos,

nem em campos magnéticos, o que dificulta a sua observação. Pelo fato de não ter carga

elétrica ele penetra na matéria com relativa facilidade, porque, sendo neutro, não é

repelido pelas cargas elétricas dos átomos da substância em que está penetrando. Por

causa disso faz-se “bombardeamento” de átomos com neutrons.

É a partícula mais pesada que conhecemos. Sua massa é 1,008930 em unidades de

massa atômica, e 1,67472 . 10-24

gramas. É um pouco mais pesada que o átomo de

hidrogênio (some a massa do próton com a do elétron, e verifique que essa soma é

menor que a massa do neutron).

Durante algum tempo se pensou que o neutron fosse uma reunião de um próton com um

elétron. Depois foi demonstrado que isso não é verdade. O neutron é uma partícula

independente. Uma das provas disso é que a massa do neutron é maior que a soma das

massas do próton e do elétron.

4. Positron ou elétron positivo

Carl D. Anderson

Foi descoberto em 1932 por Carl D. Anderson.

O pósitron é um elétron positivo, isto é, tem a mesma massa que o elétron, e carga

elétrica de mesmo valor absoluto, mas, positiva. Por causa disso, foi proposto que se

desse o nome de negatron ao oelétron; mas esse nome e pouco usado. Tendo carga

elétrica é desviado em campos elétricos e magnéticos; e como sua carga é positiva êle é

desviado sempre em sentido oposto ao do elétron.

O pósitron é uma partícula que é criada e destruída constantemente nos átomos. Tem

vida muito curta: da ordem de milionésimos de segundo. Por isso a sua observação é

muito difícil.

5. Neutrino

Viu-se acima que chamam-se partículas beta os elétrons emitidos pelas substâncias

radioativas. Estudando matematicamente essa emissão de partículas beta, os físicos

chegaram a um resultado que não puderam aceitar. Pois concluíram que nesse fenômeno

não vale o princípio da conservação da energia, que é um princípio considerado geral,

válido para todos os fenômenos físicos. Para poder manter o princípio da conservação

da energia na emissão de partículas beta, tiveram de admitir que, quando uma partícula

beta é emitida, juntamente com ela deve ser emitida uma outra partícula. Essa partícula

deve ter as seguintes características:

1º) deve ser neutra;

2º) deve ter massa menor que a do elétron.

Por isso ela foi chamada neutrino (que em italiano significa neutronzinho).

Já foram realizadas diversas experiências em que indiretamente ficou provado que o

neutrino existe. Mas ainda não foi possível realizar-se nenhuma experiência em que o

neutrino fosse observado diretamente, pois a pequena massa e a ausência de carga

elétrica dificultam a observação.

6. Fóton

Albert Einstein

Em 1905, Einstein, estudando certos fenômenos em que intervém a luz, concluiu que

para explicá-los não basta considerar a luz como ondas eletromagnéticas. Além disso é

preciso admitir que essas ondas eletromagnéticas se propaguem por grupos, isto é, por

pacotes. Êsses pacotes de onda se comportam como se fossem partículas materiais. São

chamados fótons.

7. Os Mesons

a) Mesons leves ou mesons mu (m)

Em 1935, o físico Yukawa, estudando matematicamente como se deve processar o

equilíbrio entre os neutrons e os prótons no núcleo dos átomos, concluiu o seguinte:

para se explicar êsse equilíbrio, deve-se admitir a existência de uma outra partícula.

Concluiu matematicamente que essa partícula deve ter carga elétrica, e deve ter massa

intermediária entre a do próton e a do elétron (daí o nome méson). No ano seguinte os

físicos Carl D. Anderson e Neddermeyer comprovaram experimentalmente a existência

da partícula (uma nota: êste Anderson é o mesmo Anderson que em 1932 descobriu o

pósitron). Êles verificaram mais o seguinte:

1º) que êsses mésons têm massa aproximadamente igual a 212 vezes a massa do elétron;

2º) que têm carga elétrica de valor absoluto igual à do elétron;

3º) que existem dois mésons com essa massa: um com carga positiva +e; outro com

carga negativa -e.

Êsses mésons são os que hoje chamamos mésons leves: o méson leve positivo e o

méson leve negativo.

b) Mesons pesados ou mesons pi (p)

Em 1947 os físicos Cesar Lattes, Ochialini e Powell descobriram mais dois mésons. São

partículas que têm as seguintes características:

1º) massa aproximadamente igual a 300 vezes a massa do elétron (daí o nome de

mésons pesados, porque são mais pesados que os descobertos por Anderson e

Neddermeyer).

2º) um têm carga elétrica +e, outro têm -e.

Até 1948 êsses quatro mésons só eram observados em raios cósmicos, isto é, chegados à

superfície da Terra através da atmosfera. Nesse ano, o físico brasileiro Cesar Lattes

juntamente com o americano Eugene Gardner conseguiu pela primeira vez produzir

mésons no laboratório; isto é, conseguiu produção artificial de mésons.

c) Mesons neutro

Tem massa de mesma ordem de grandeza que a dos mésons pesados, e não tem carga

elétrica. Suas propriedades são muito mal conhecidas.

O NÚMERO DE AVOGRADO

Chama-se Número de Avogadro, ou Constante de Avogadro ao número de moléculas

existentes na molécula-grama de qualquer corpo. É também o número de átomos

existentes no átomo-grama de qualquer elemento.

Êsse número pode ser determinado experimentalmente do seguinte modo: quando

deduzimos as leis da eletrólise, que:

Sendo

F o faraday,

e a carga elétrica do elétron,

N o número de Avogadro,

existe entre essas constantes a relação:

Essa equação nos dá um método para determinação de N, pois F e e são determinados

independentemente um do outro. Os últimos valores encontrados são:

F = 96.552 coulombs

e = 1,60199 . 10-19

coulombs

Resulta:

ou

AGRADECIMENTOS

Esperamos por uma infinidade das coisas nos aprofundar mais de corpo e alma em um meio mais real e superior de viver e ver a vida como poderia e deve ser hoje e agora no futuro. Por que minha ciência é construir um ser que possa sobreviver na vida de uma maneira mais forte, enteligente e dinamico para a comquista do universo e meio natural de toda natureza que por uma particula podece combinar como um átomo em perfeita harmaonia com tudo e todo universo para o progresso da humanidade.

Eu creio que meus sonhos podem optar por minhas fantasias que servirar hoje e no futuro como uma retomada a verdadeira imortalidade de superar as fraquesas da vida que é a morte já não existira mais e não á lugar nem temor as coisas que triunfam no céu e as estrelas, lua e sol conversaram com os nossos desejos que nos buscaram a luz eterna do céu. Obrigado!

Atenciosamente: Roberto Barros