Controladores lógicos Programaveis

Eletromagnetismo e Cotidiano

Edson Cordeiro

Felipe Elerati

Jamil Saade

J. R. Tagliati

O Magnetismo

Objetivos:

Este artigo vem com o objetivo de nos fornecer informações sobre algo chamado

magnetismo.

Tais informações nos esclarecerão onde foi observado pela primeira vez, o que é realmente

o magnetismo e talvez o mais importante que seja nos esclarecer sua importância no mundo

em que vivemos.

Histórico:

Os primeiros estudos começaram em lugares e épocas diferentes. O comportamento

misterioso de algumas pedras encontradas na região de Magnésia na Grécia (daí o nome

magnetismo), já havia chamado a atenção de Tales de Mileto no século V a.C. Mas o

primeiro passo científico aconteceu só em 1600, quando o inglês William Gilbert, médico

da rainha Elizabeth I, percebeu que ao esfregar com a pele de animal um pedaço de âmbar,

resina fóssil de origem vegetal ele ganhava o poder de atrair pequenos pedaços de papel.

Gilbert associou esse comportamento ao os imãs. Para provar que Ali havia uma força,

criou o primeiro instrumento para indicar campo magnético: o versorium, uma fina vareta

que se movia sobre uma base quando se punha perto dela um objeto eletrificado pelo atrito.

O que ele não sabia era como usar esse movimento.

Um século e meio mais tarde, nos estados Unidos, o inventor Benjamim Franklin deu

outro passo importante ao empinar uma pipa em plena tempestade. Ele fez um raio

percorrer a linha e morrer em um dispositivo capaz de conter descargas elétricas: a jarra de

Leyden, um rudimentar condensador. Mas ele também não sabia como usar essa energia,

que acabava se dissipando. Passaram-se quase noventa anos até que o inventor Michael Faraday juntasse essas e

outras experiências para concluir que magnetismo e eletricidade faziam parte do mesmo

fenômeno. Ao concluir isto começou, a saber, o que fazer com sua descoberta.

Muitos se perguntam o que é realmente o magnetismo, ele esta em toda parte, mas passa

despercebido por todo o mundo. O fato é que sem ele, você não estaria aqui lendo este

artigo. Sem ele, não haveria luz, não haveria universo. Todo este poder é chamado de

magnetismo ou mais precisamente de eletromagnetismo, que é uma das quatro forças (ao

lado da gravidade e dos dois tipos de energia nuclear a forte e a fraca) que regem o nosso

universo. O magnetismo esta diretamente ligado à energia elétrica.

O campo magnético da Terra

“A terra possui uma alma magnética”, descreveu em 1600 o inglês William Gilbert,

primeiro cientista a estudar o fenômeno. Foi ele também quem comparou o planeta a um

ímã, o que explicaria o funcionamento das bússolas. Gilbert nunca conseguiu provar sua

teoria, mas estava no caminho certo: a terra tem um campo magnético ao seu redor,

formado por dois pólos que não coincidem com os geográficos.

Hoje, a ciência sabe que esse campo magnético tem origem numa área próxima ao centro

da terra. Entre 2900 e 5200 quilômetros de profundidade, há um fluido metálico constituído

principalmente de ferro. Ele está em constante movimento, graças à rotação da terra, a

variações de temperatura e ao atrito com partes sólidas. Essa movimentação forma uma

corrente elétrica que acaba gerando o campo magnético terrestre.

As auroras polares são deslumbrantes, mas já inspiraram pânico ao longo da história da

humanidade. Os habitantes da Califórnia, nos Estados Unidos, viram o céu avermelhado em

1941 e imaginaram ser um ataque dos japoneses. Erro parecido foi cometido pelo

imperador romano Tibério (42 a.C. -37d. C.), que confundiu a ocorrência de uma aurora

polar com as luzes de uma cidade em chamas. Batizadas por Galileu Galilei de aurora

boreal (de Bárias, deus grego do vento norte), mais tarde descobriu-se que o fenômeno

também acontece no hemisfério sul-nesse caso, é chamado de aurora astral. Quem tirou as

auroras do terreno da superstição foi o astrônomo inglês Edmond Halley(1656-1742),

associou-se o fenômeno ao magnetismo terrestre. Formadas logo após os períodos de

grande atividade no sol as chamadas tempestades solares -, elas são resultados de uma

chuva de partículas subatômicas atraídas pelos pólos magnéticos da Terra. O vento solar reage com o oxigênio e o nitrogênio, livres na atmosfera, 100 km acima de nossa cabeça.

As partículas aceleradas emitem luzes coloridas como se estivessem em um tubo de

televisão, liberando energia de ordem de um milhão de watts.

A invenção da bússola

A bússola é uma das invenções mais importantes de todos os tempos. Antes dela, navegar

não tinha nada de preciso. Tente imaginar como era viajar numa época em que a melhor

forma de se orientar na Terra era usando a estrela polar, a única que praticamente não

mudava de lugar no firmamento. Inconvenientes não faltavam. Em primeiro lugar, ela só

era visível no hemisfério norte. Alem disso, só se podia navegar a noite, desde que o céu

não estivesse nublado.

Com a bússola ( do latim buxita, que quer dizer “caixinha”), as grandes navegações não

pararam mais quietas no lugar. Quase um milênio depois, no entanto, já esta virando peça

de museu. Atualmente, a um sistema de navegação mais moderno e confiável do que uma

simples agulhinha imantada. É o GPS ( sigla em inglês para sistema de posicionamento

global ). Com ele é possível voar ou navegar com visibilidade praticamente nula, pois o

aparelho informa a latitude, longitude e a altitude de qualquer lugar do planeta. Mas engana

quem pensa que o magnetismo saiu de cena. O GPS funciona por transmissão, via satélite,

de ondas eletromagnéticas.

Hidrelétrica

Que a força é da queda d’água todo mundo sabe. Mas onde entra o magnetismo nessa

história?

Primeiro é preciso conhecer uma das leis básicas do eletromagnetismo: Onde a corrente há

campo magnético, por meio de um fio condutor, há corrente elétrica. Veja a importância do

magnetismo na geração de energia.

1- A usina hidrelétrica armazena água e faz passar por um tubo afunilado perto da

turbina, aumentando sua velocidade;

2- A água entra na turbina gigante e faz girar pás que ficam na parte inferior, fazendo com

que o eixo principal entre em rotação;

3- O eixo faz girar os imãs rotativos ( que funcionam como um só ), criando um poderoso

campo magnético ao seu redor; 4- A corrente elétrica produzida pelo campo magnético passa através do metal condutor

(envoltório fixo) e conduzida às subestações, que distribuem a eletricidade.

Os super condutores

Mas isto tudo vai mais além, pois o que você vê na foto não é uma magica, mas o que você

está vendo na foto é uma levitação, mas o segredo do que parece ser um truque se chama

supercondutividade. O fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike

Kamerlingh Onne. Por meio de um processo de resfriamento, certos materiais

principalmente a cerâmica, adquirem uma propriedade peculiar: nenhum campo magnético

pode penetra-lo. Isso acontece a uma temperatura muito baixa, chamada de temperatura de

transição. Na foto, o cubo que está levitando é um ímã e o material supercondutor esta

abaixo. Já que ele não permite que o campo magnético passe, é como se a sua força batesse

e voltasse, fazendo o imã levitar. Para poder resfriar os materiais a uma temperatura tão

fria, é usado o hélio líquido que chega a temperatura de 223graus negativos.

O maglev

Este é o nome dado ao trem que “voa”. Este supertrem japonês, abreviação de “levitação

magnética” usa o magnetismo para flutuar sobre os trilhos. È o trem mais rápido do planeta,

atingindo uma velocidade de até 450 quilômetros por hora. Na parte inferior do trem, estão

instalados supercondutores – cerâmica resfriada a temperatura de até 223 graus Celcius

negativos. Nos trilhos, há poderosos eletroímãs. O campo magnético gerado por eles repele

os supercondutores, fazendo o trem levitar a uma altura de 10 centímetros. Nas laterais do

trem também a eletroímãs, garantindo orientação e movimento.

O magnetismo no corpo humano

Você já levou um choque no cotovelo?

Pois foi só impressão, na realidade não há choque nenhum. É que o cérebro reconhece

cinco tipos de sensações: dor, temperatura, tato, pressão e equilíbrio. Quando você leva um

choque ou uma pancada dessas acontece, o cérebro classifica as duas como se fossem a

mesma coisa. “A sensação de choque é um tipo de sensibilidade dolorosa”, não há

eletricidade nesse processo. É tudo uma peça que o cérebro nos prega.

Mas a pesar disto todos nos temos um pouco de magnetismo. As centenas de trilhões de

moléculas que formam um corpo humano são, na verdade, grandes conjuntos de imas. As moléculas contem elétrons com carga negativa e prótons com carga positiva. Enquanto

giram em torno do núcleo, os elétrons criam minúsculos campos magnéticos que dão

estabilidade e equilíbrio às moléculas. A medicina descobriu como usar essas propriedades

para criar um dos exames mais precisos por diagnostico por imagens, a ressonância

magnética.

Mas como funciona realmente a ressonância magnética?

Ela cria um campo magnético forte o suficiente para mexer com as moléculas do corpo

humano. Esse campo é cerca de 25000 vezes mais forte que o da terra. A intensidade,

porem, só é suficiente para influenciar o comportamento dos átomos de hidrogênio. Além

de leves e simples, eles compõem água, que forma a maior parte do corpo humano.

Quando o campo magnético oscila sobre o paciente, eles se alinham na mesma direção.

Essa movimentação é traduzida com a ajuda de um programa de computador em uma

imagem colorida. As doenças são diagnosticadas porque em torno do processo inflamatório

e dos tumores acumula-se água, mostrando onde está a doença.

O magnetismo na vida animal

Alguns cientistas estudam a magnetocepção, que é a capacidade que um animal tem de

perceber campos magnéticos, da mesma maneira que os olhos registram a luz e os ouvidos

reconhecem os sons. Em algumas bactérias, como a Aquaspirilium magnetotactium, já

foram identificados cristais de magnetita que servem para orientar seus movimentos como

se fossem microscópicas bússolas orgânicas. Essa teoria está porem, longe de ser explicada

quando se trata de seres mais evoluídos.

A principal duvida é se o magnetismo teria algum papel na migração dos animais.

“Existem dados comportamentais que sugerem um sistema sensorial sensível ao

magnetismo, mas seu funcionamento ainda é pouco conhecido”, diz José Carlos

Freitas,diretor do centro de biologia marinha de universidade de São Paulo. Alguns

pesquisadores discordam, sustentando que o campo magnético terrestre seria muito fraco

para ser detectado por animais. “Para voar as aves precisam se orientar, mas não há ainda a

comprovação de que usem o campo magnético”, diz Ronald Ranvaud, fisiologista do

Instituto de Ciências Biomédicas da USP.

Conclusão: Foi graças à descoberta do eletromagnetismo e da indução magnética que os primeiros

motores puderam ser desenvolvidos, impulsionando a era industrial do planeta.

Ainda que invisíveis, as chamadas ondas eletromagnéticas estão presentes onde quer que

seja e fazem o mundo funcionar. Uma delas, usada na medicina, são os raios-X. Outros

tipos são as ondas de rádio usadas pelos satélites. É graças a ela que você pode carregar no

bolso um telefone capaz de falar em todo o mundo sem um único fio.

Mas a tecnologia é o de menos. O magnetismo é vital. Todo mundo sabe que não seria

possível existir vida na Terra sem a luz, mas nem todo mundo faz idéia de que ela é uma

onda eletromagnética que pressiona a nossa retina e que, por isso, é visível.

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas

eletromagnéticas. Iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres

terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.

Além de outras, recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos

de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na

faixa de radiofreqüências dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes

distâncias de nós, muito além de nossa galáxia, e que produzem enorme quantidade de

energia); pulsos intensos de radiação dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade

média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do Sol).

Essas radiações são tão importantes que deram origem a uma nova ciência, a

Radioastronomia, que se preocupa em captar e analisar essas informações obtidas do

espaço através de ondas. Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o

sistema de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e

muitas outras.

O rádio e a televisão funcionam graças a ondas eletromagnéticas. Numa estação de

rádio, ou televisão, existem os transmissores e uma antena. A antena é um condutor de

corrente elétrica, cujos elétrons executam um movimento vibratório, com determinada

freqüência. Esse movimento é produzido pelos circuitos dos transmissores. O movimento

vibratório dos elétrons cria as ondas eletromagnéticas características daquela estação e que

se propagam em todas as direções do espaço.

No aparelho de rádio, ou televisão, também existem circuitos e uma antena. Na antena

receptora os elétrons também têm movimento vibratório, de mesma freqüência que os

elétrons da antena transmissora. Esse movimento é produzido pelas ondas eletromagnéticas

captadas pela antena.

Os elétrons da antena transmissora produzem a onda e esta faz os elétrons da antena

receptora vibrarem com a mesma freqüência.

As ondas eletromagnéticas são dois campos perpendiculares variáveis, um elétrico e outro

magnético, que se propagam. Essa propagação pode ocorrer no vácuo e em determinados

materiais.

Como exemplo de ondas eletromagnéticas, podemos citar as ondas de rádio, as ondas de

televisão, as ondas luminosas, as microondas, os raios X e outras. Essas denominações são

dadas de acordo com a fonte geradora dessas ondas e, em geral, correspondem a diferentes

faixas de freqüências.

No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas propagam-se com a velocidade de 300.000

km/s.

Você com certeza sabe ou já ouvir falar que o controle remoto de sua TV ou

videocassete funcionam por infravermelho. Também já não é mais novidade um

microcomputador operado por mouse e teclado sem fios, ou seja, por infravermelho. - Mas

afinal de contas o que vem a ser esse tal de infravermelho? Alguma espécie de raio

invisível? - Exatamente! Se foi isso que você pensou, acertou na mosca. Só que ao invés de

raio, vamos utilizar a palavra luz. - Luz...? - É isto mesmo. O Universo que nos rodeia é

banhado por um imenso "oceano" de luzes, das quais nossos olhos conseguem captar

apenas uma pequeníssima fração. Essa pequena fração de luzes que o olho humano vê, é

chamada de luz visível ou apenas luz. Por esta razão, é mais conveniente chamarmos ao

conjunto de todas as luzes, de RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA. O termo luz, fica

reservado à pequena parcela de radiação eletromagnética que conseguimos enxergar. A

radiação eletromagnética é uma forma de energia. Sem ela simplesmente não haveria vida

na Terra.

Um aspecto importante da radiação eletromagnética é seu caráter ondulatório, isto é,

a radiação eletromagnética é constituída de ondas eletromagnéticas. O conceito de onda é

de fundamental importância para a compreensão de uma série de fenômenos físicos. Em

termos formais, onda é o resultado de algum tipo de perturbação que se propaga em um

meio qualquer, sem que este meio sofra qualquer deslocamento líquido de matéria. Por

exemplo, no mar, as ondas se formam basicamente devido à perturbação da água pela

atração da Lua e da ação dos ventos. Se você estiver boiando um pouco além da rebentação,

deve ter percebido que seu corpo alternadamente sobe e desce, mas na média permanece

praticamente no mesmo lugar. O fato de seu corpo subir e descer, significa que existe uma

energia associada à onda. Esta energia é transportada pela onda, sem entretanto causar um

deslocamento líquido final do meio, no caso, a água. Já no caso da rebentação, outros

fatores interferem com a onda, acarretando um movimento efetivo da água ou de algum

objeto flutuante. A brusca frenagem da onda pela fundo de areia da praia, faz com que a

parte de cima da onda se projete para frente, literalmente despejando a água.

Quanto à origem, existem basicamente dois tipos de onda: Ondas Mecânicas e

Ondas Eletromagnéticas. As ondas mecânicas dependem de um meio material para se

propagarem, como as ondas do mar e as ondas sonoras, por exemplo. As ondas

eletromagnéticas não dependem de um meio material, pois correspondem à propagação de uma perturbação nos campos elétricos e magnéticos. Estes campos podem existir

independentemente de um meio material. Existem ainda outras classificações para ondas,

tais como longitudinais (ondas sonoras), transversais (ondas eletromagnéticas) e ondas

estacionárias (cordas de um violão, por exemplo).

Uma onda é a propagação de uma perturbação em um meio qualquer, sem que haja

movimento líquido das partículas do meio, isto é, as partículas sobem e descem, como

indicado pelas setas verticais, mas na média permanecem no mesmo lugar. A distância

entre os pontos máximos e mínimos do sobe e desce das partículas do meio, ou de um

banhista boiando, define a amplitude da onda. A distância entre dois picos ou dois vales, ou

ainda, dois pontos quaisquer equivalentes da onda, define o que se chama comprimento de

onda, designado normalmente pela letra grega LAMBDA. O número de ciclos de sobe e

desce, por unidade de tempo define a frequência da onda, medida normalmente em Hertz

ou ciclos por segundo e representada normalmente pela letra f ou ainda a letra grega MI. O

produto do comprimento de onda pela frequência da onda fornece a velocidade de

propagação da onda no meio em questão, isto é, a velocidade com que a perturbação se

propaga. No caso das ondas eletromagnéticas no vácuo, este produto fornece a velocidade

da luz

Dissemos acima que a radiação eletromagnética é uma forma de energia. Vamos

definir um pouco melhor este aspecto. Em física, ENERGIA é tudo aquilo capaz de realizar

trabalho. Por exemplo, a eletricidade é capaz de fazer um motor elétrico funcionar e

portanto realizar trabalho. A mistura ar-combustível do motor de um carro encerra uma

certa quantia de energia química. Pela ação da centelha da vela de ignição, esta energia

química é transformada em energia térmica que promove a expansão dos gases no interior

do cilindro. Esta expansão empurra o pistão do motor, realizando um trabalho. Da mesma

forma, a energia eletromagnética do Sol pode ser convertida em eletricidade por meio de

uma célula solar ou em calor por meio de aquecedores solares. Uma forma importante de

conversão da energia do Sol é a fotossíntese. Neste processo a luz solar é transformada em

energia química, que por sua vez é responsável pelo crescimento das plantas e de quebra

libera oxigênio para o ar.

Para as ondas eletromagnéticas, a energia transportada depende unicamente de sua

freqüência ou comprimento de onda, já que ambos estão relacionados pela velocidade da luz que é uma constante universal. Esta energia transportada pelas ondas eletromagnéticas é

dada pela relação E = hn , onde h é uma outra constante universal chamada constante de

Planck e cujo valor é h = 6,63 X 10-34 J.s (Joule x segundo).

Podemos resumir as características das ondas eletromagnéticas no seguinte:

• São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis.

• O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.

• São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).

• Propagam-se no vácuo com a velocidade "c" .

• Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no

vácuo.

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