OK Caderno_01

Professor Alexsander Michel dias Lima – Eletrônica geral
Pensamento
“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará
ao seu tamanho original.”
Albert Einstein
Professor Alexsander Michel dias Lima – Eletrônica geral
ÍNDICE DE INTRODUÇÃO
Sumário do Caderno I; mergulhe no mundo da eletrônica e... ______________ Pag.04
Introdução; Eletrônica é o controle dos elétrons por meio eletrônico... _______ Pag.05
Constituição da Matéria; Porção mínima das substâncias que... ___________ Pag.06
Reações Químicas; Transformação de substâncias reagentes que promovem uma
mudança em... ___________________________________________________ Pag.10
Teoria dos Domínios Magnéticos; Os materiais magnéticos são aqueles que
apresentam ordenação dos domínios magnéticos, e... ____________________ Pag.12
Fóton; Energia liberada pelo deslocamento dos elétrons em um átomo, que se comporta hora como... _________________________________________________ Pag.17
Eletricidade; O homem consegue, hoje, dominar perfeitamente a eletricidade.
Consegue gerá-la em grandes quantidades nas usinas e..._________________Pag.20
Frequência; Número de vezes em que algo, alguém ou ondas de caráter eletromagnéticas ou não, se... _______________________________________________ Pag.24
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ÍNDICE DE INTRODUÇÃO
Curiosidades: Os quarks são uma das partículas fundamentais do Universo (as outras
partículas fundamentais são os...._______________________________________Pag.25
Referências Bibliográficas __________________________________________ Pag.26
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 5
1.0 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA..................................................................................................... 6
1.1
Molécula................................................................................................................................. 6
1.2
Átomo.................................................................................................................................... 6
1.3
Constituição dos Átomos ...................................................................................................... 7
1.3.1
Elétrons ................................................................................................................................. 8
1.3.2
Núcleo ................................................................................................................................... 9
2.0 REAÇÕES QUÍMICAS ................................................................................................................. 10
3.0 TEORIA DOS DOMÍNIOS DO MAGNETISMO ............................................................................ 12
3.1
Magnetismo ........................................................................................................................ 12
3.2
Os domínios magnéticos..................................................................................................... 13
3.3
A temperatura Curie ............................................................................................................ 14
3.4
Grandezas Magnéticas Fundamentais................................................................................ 14
3.5
A Fotomicrografia ................................................................................................................ 15
3.6
As Forças e as Partículas de Interação .............................................................................. 15
4.0 FÓTONS ...................................................................................................................................... 17
4.1
Cronologia:.......................................................................................................................... 18
5.0 A ELETRICIDADE ...................................................................................................................... 20
5.1
Geradores de Energia Elétrica ............................................................................................ 20
5.1.1
Usinas Elétricas .................................................................................................................. 20
5.1.2
Principio Básico de um Gerador ........................................................................................ 23
5.1.3
Frequência ......................................................................................................................... 24
CURIOSIDADES:............................................................................................................................... 25
Quarks: ........................................................................................................................................... 25
Glúons: ........................................................................................................................................... 25
REFERÊNCIAS: ................................................................................................................................ 26
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Introdução
A Eletrônica é considerada um ramo da Eletricidade, que por sua vez é um ramo da Física,
onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas elementares, suas propriedades,
comportamento dos Elétrons, Fótons, partículas elementares, ondas eletromagnéticas e de controlar
esses fenômenos por meios elétricos.
Divide-se, também, em Eletrônica Analógica e Digital. 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 de servo mecanismos.
Sob esta ótica, também, 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), 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 Eletrônica. (Esta excelente definição foi retirada da wikipedia,
acesso em http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nica, em 11/02/2011 as 23:00)
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1.0 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA
1.1 Molécula
Tomando como exemplo a água, imaginemos que a dividimos em duas outras gotas
menores. Analisando suas características verificará que elas são as mesmas da gota de
água original, ou seja, a mesma substância água.
Vamos mais longe e nos façamos uma pergunta, será possível dividir, dividir e dividir
cada vez mais a gota de forma a obter porções cada vez menores mantendo as
características da água? A resposta é não.
Todas as substâncias apresentam uma porção mínima que ainda retém suas
propriedades. Esta é chamada de molécula.
1.2 Átomo
Embora não mantendo as propriedades da substância original é possível dividir a
molécula. Seguindo nosso exemplo do imaginário, se pudéssemos observar o que compõe
a estrutura molecular, no caso da água, veríamos que a mesma é constituída por três
estruturas. Duas são iguais entre si, que chamamos de “H” e corresponde ao elemento
Hidrogênio. E uma terceira, que chamamos de “O” e corresponde ao elemento Oxigênio.
Estas estruturas não estão livres dentro da molécula, certas forças ligam-nas entre si; (no
momento não é pertinente que seja explicada).
Tomemos também como exemplo a molécula do gás carbônico, está se representaria
por duas estruturas iguais, que chamamos de “O” que corresponde ao elemento oxigênio.
E uma estrutura que chamamos de “C” que corresponde ao elemento Carbono.
Da mesma forma, o gás conhecido como metano teria na sua molécula uma estrutura
“C” e quatro estruturas “H”. Segue abaixo o exemplo gráfico, figura 01, representado
esquematicamente a ligação dessas estruturas, onde as setas estão representando a
força de ligação das mesmas.
Podemos observar que as estruturas se agrupam diferentemente, formando as
moléculas das diferentes substâncias. Foram descobertas na natureza 92 (noventa e
duas) estruturas, e o homem conseguiu criar artificialmente outras, como é o caso do
plutônio, material estratégico para fabricação de bombas atômicas.
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Estas estruturas, que constituem as moléculas de todas as substâncias, são chamadas
de átomos, palavra de origem grega que significa indivisível, pois julgava que estes
átomos constituíam um todo absolutamente indivisível (veremos mais adiante, que são
estruturas formadas por diversas partículas fundamentais). Segundo os cientistas, estes
noventa e dois elementos descobertos até agora e que se agrupam diferentemente,
compõe tudo o que existe em nosso planeta.
Algumas substâncias são constituídas por um único elemento (substâncias simples),
como o oxigênio que é constituído apenas pelo elemento oxigênio. A molécula da
substância oxigênio é constituída por dois átomos de oxigênio, sendo por isso chamada de
diatômica, acontecendo o mesmo com o hidrogênio.
Já os gases raros como o argônio, o xenônio e etc. apresentam na sua constituição
molecular apenas um átomo, sendo chamados por isso de moléculas monoatômicas.
Desta forma fica evidente que substâncias compostas apresentam em sua constituição
molecular mais de uma estrutura. O cloreto de sódio (sal de cozinha) é um exemplo, sua
molécula é constituída por um átomo de cloro e um átomo de sódio (NaCi).
1.3 Constituição dos Átomos
Após vários estudos os cientistas chegaram a um modelo para a representação do
átomo. Descobriu-se também que os átomos de todos os elementos são constituídos
pelos mesmos tipos de partículas fundamentais, determinando as características dos
diferentes elementos existentes apenas pela variação do número de partículas que o
compõe.
O átomo de qualquer elemento é constituído de uma parte que chamamos de núcleo, e
de partículas que chamamos de elétrons. A configuração esquemática do átomo é análoga
a disposição dos planetas em torno do sol. O átomo de um elemento está esquematizado
acima na figura 02.
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1.3.1 Elétrons
Os elétrons são constituídos por léptons, partículas fundamentais, giram em torno de si
mesmo, e em torno do núcleo de forma elíptica com grande velocidade. Estão distribuídos em
camadas, tem orbitas e sentidos diferentes em cada uma delas. Estas camadas recebem por
nomenclatura letras que as identificam. A primeira camada é representada pela letra K, a
segunda pela letra N e assim sucessivamente. A ultima camada está representada pela letra
Q, e em cada camada há um número máximo de elétrons permissível que não pode ser
ultrapassado, mais podem existir menos elétrons que este máximo. O número máximo de
elétrons por camada esta indicado na tabela abaixo. O elétron tem carga elétrica negativa
igual a 1,6 x 10-19 coulombs e encontra-se também a uma grande distância do núcleo (se
pudéssemos aumentar um átomo, de forma que o mesmo tivesse as dimensões do
Maracanã, o núcleo seria do tamanho de uma bola de golfe no centro do campo e a
camada de elétrons ficaria nas arquibancadas do mesmo.). Sua massa é de 9,11 x 1028g, estão presos em torno do núcleo devido à força centrípeta (força de atração exercida
pelo núcleo, que tem carga oposta a do elétron e que tende a atraí-lo).
Camada
n
Número máximo de elétrons
K
L
M
N
O
P
Q
1
2
3
4
5
6
7
2
8
18
32
32
18
2
As características, descritas acima, são definidas por grandezas chamadas de número
quântico, sendo estas:
a) Número quântico principal (representado pela letra n) indica o nº da camada em
que se encontra o elétron. Ex; K corresponde ao número quântico n = 1, L
corresponde ao n = 2.
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b) Número quântico magnético (representado pelas letras m) é a relação da orbita
dos elétrons, embora pertencendo a mesma camada, dois elétrons podem ter
diferentes orbitas dispostas no espaço.
c) Número quântico orbital (representado pela letra m) leva em conta a
excentricidade orbital do elétron em torno do núcleo (orbita elíptica do elétron em
torno do núcleo).
d) Spin (representado pelas letras m) leva em conta a rotação do elétron em torno de
si mesmo, num movimento análogo ao que a terra tem em relação ao seu eixo de
rotação.
1.3.2 Núcleo
Quanto ao núcleo, este é constituído por prótons e nêutrons. O nêutron não possui
carga elétrica, sua massa e de 1838,65 vezes a massa do elétron, é formado por
partículas fundamentais denominadas quarks. Este é constituído por um quark do tipo
“up” com carga positiva, e dois quarks do tipo “down” com carga negativa. Os
quarks são uma das partículas fundamentais do universo e se caracterizam por fazerem
parte do núcleo atômico. Estão ligados entre si pelos glúons, que também são partículas
fundamentais que não possuem carga elétrica e nem massa, mantendo os quarks unidos
e interagindo também entre os prótons e nêutrons.
Assim como o nêutron, o próton (termo de origem grega que significa primeiro),
também é formado pelas mesmas partículas, os quarks. Porem é constituído por dois
quarks do tipo “up” com carga positiva, e um quark do tipo “down” com carga
negativa.
O próton possui carga elétrica positiva, de mesmo valor que a do elétron, o número de
prótons de um átomo é representado pela letra Z e denominado número atômico. Sua
massa é cerca de 1836,12 vezes maior que a do elétron. O número de prótons no interior
do núcleo é igual ao número de elétrons circulando em torno do mesmo. Como o nêutron
não possui carga elétrica o campo elétrico criado pelos prótons é anulado pelo campo
elétrico criado pelos elétrons, tornando o campo elétrico externo de um átomo nulo.
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2.0 REAÇÕES QUÍMICAS
Todas as estruturas atômicas buscam manterem-se estáveis mantendo o mínimo de
energia possível. Estas estruturas, mesmo em equilíbrio, ou seja, não apresentando
nenhum campo elétrico (mesmo número de prótons e elétrons), quando em excesso de
energia tem facilidade de liberar elétrons, e quando estão abaixo do nível mínimo de
energia procuram receber elétrons.
Devido à força de atração exercida pelo núcleo, os elétrons da primeira camada, estão
mais fortemente ligados a estrutura atômica, sendo necessária elevadíssima energia para
deslocá-lo. Desta forma, quanto mais periférico for o elétron, menor vai se tornando essa
força de atração pelo núcleo. E são os elétrons da camada mais externa que normalmente
tomam parte das reações químicas, pois a força de atração do núcleo se torna menos
intensa facilitando o deslocamento dos mesmos. Está ultima camada é chamada de
camada de valência, e os elétrons que a compõe são chamados de elétron de valência.
Exemplificando a ação dos elétrons de valência, tomemos como exemplo a reação
entre o cloro e o sódio.
Camadas / Átomos:
Cloro
Sódio
K
2
2
L
8
8
M
7
1
O elétron isolado da camada de valência do sódio está fracamente ligado ao núcleo. Já
a camada de valência do cloro pode receber elétrons, pois tem apenas sete elétrons e o
número máximo de elétrons permissível para camada M e de 18. O que se passa é que o
elétron de valência do sódio abandona sua estrutura e é recebido pela camada de
valência do átomo de cloro.
Quando isto se verifica, o átomo de cloro, que era neutro, fica com uma carga
negativa igual à do elétron que recebeu, enquanto que o átomo de sódio fica com uma
carga elétrica positiva igual à do elétron que perdeu. Dizemos, então, que o átomo de
sódio tornou-se um íon positivo (também chamado anion) e o átomo de cloro um íon
negativo (também chamado cátion). A seguir, estes dois íons, possuindo cargas elétricas
de sinais opostos se atraem, formando a molécula do cloreto de sódio. Portanto, torna-se
claro como os elétrons da valência tornam parte em reações químicas.
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Há outros fenômenos nos quais tomam parte os elétrons de outras camadas e mesmo
o núcleo dos átomos nas reações químicas, mas tal estudo não é significativo para o
objetivo do nosso curso.
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3.0 TEORIA DOS DOMÍNIOS DO MAGNETISMO
3.1 Magnetismo
A opinião atual dos cientistas é que as propriedades magnéticas da matéria são de
origem elétrica, resultante, talvez, dos movimentos dos elétrons dentro dos átomos das
substâncias. Como o elétron é uma partícula eletricamente carregada, esta teoria sugere que
o magnetismo é uma propriedade de uma carga em movimento. Desta forma podemos
explicar a energia associada às forças magnéticas usando leis conhecidas da Física.
Dois tipos de movimentos eletrônicos são importantes neste moderno modelo posto
para explicar o magnetismo:

Primeiro um elétron girando em torno do núcleo de um átomo confere
uma propriedade magnética à estrutura atômica.

O Segundo tipo de movimento eletrônico é o "spin" do elétron em
torno do seu próprio eixo.
Primeiro, quando os átomos de uma substância são sujeitos à força magnética, está
afeta a propriedade magnética, opondo-se ao movimento dos elétrons. Sendo estas
propriedades como citadas abaixo.

Diamagnetismo; comportamento dos materiais a serem ligeiramente repelidos na presença de campos magnéticos fortes. A repulsão diamagnética é
bastante fraca em sua ação sobre a massa total de uma substância, porque
os movimentos térmicos dentro da substância mantêm os ímãs do átomo
agitando-se em direções caóticas, de modo que tendem a neutralizarem-se
mutuamente.

Paramagnetismo; está relacionado às substâncias que excede o efeito do
diamagnetismo comum a todos os átomos. Essa segunda propriedade
magnética da matéria parece originar-se basicamente do spin dos elétrons,
os elétrons que giram em direções opostas tendem a formar pares e, assim,
neutralizam seu caráter magnético. O caráter magnético de um átomo,
como um todo, pode ser fraco devido à interação mútua
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entre
os
spins
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eletrônicos. As propriedades magnéticas estão associadas a ambos os tipos
de movimentos eletrônicos. Os átomos de algumas substâncias podem
possuir características de ímã permanente devido a um desequilíbrio entre
órbitas e spins. Esses átomos atuam como pequeninos
ímãs,
chamados
dipolos, e são atraídos por ímãs fortes.
As propriedades magnéticas estão associadas a ambos os tipos de movimentos
eletrônicos. Os átomos de algumas substâncias podem possuir características de ímã
permanente devido a um desequilíbrio entre órbitas e spins. Esses átomos atuam como
pequeninos ímãs, chamados dipolos, e são atraídos por ímãs fortes. Substâncias nas quais
esse efeito excede o diamagnetismo comum a todos os átomos mostram a propriedade do
paramagnetismo.
Nos átomos das substâncias ferromagnéticas existem elétrons não-emparelhados
cujos spins são orientados na mesma direção. O ferro, o cobalto e o níquel, os elementos de
terras raras, gadolínio e disprósio, algumas ligas desses e de outros elementos e certos
óxidos metálicos, chamados ferritas, exibem fortes propriedades ferromagnéticas.
A configuração eletrônica do átomo do ferro, na ilustração abaixo, mostra quatro
elétrons não-emparelhados no terceiro nível quântico principal. Os spins identicamente
orientados desses elétrons explicam seu forte ferromagnetismo.
3.2 Os domínios magnéticos
Os átomos com propriedades magnéticas reunem-se em grupos de aproximadamente
10'0 unidades, constituindo DOMÍNIOS MAGNÉTICOS. Um pedaço de ferro, por exemplo, é
formado por domínios. Observa-se, entretanto, que os efeitos dos domínios não se somam,
como acontece com os efeitos dos átomos que os constituem, e, em verdade, pràticamente
se anulam. Por este motivo que normalmente um corpo de material magnético não é um Ímã.
Este fato é conseqüência da má disposição dos domínios, cujas ações estão em oposição,
fazendo com que o corpo, como um todo, não apresente qualidades magnéticas.
Quando um material ferromagnético é colocado num campo magnético externo e se
torna imantado, acredita-se que ocorram dois efeitos. Os domínios favoravelmente
orientados no campo magnético podem aumentar de tamanho à custa dos domínios
adjacentes. Outros domínios podem tornar-se mais favoravelmente orientados com respeito
ao campo externo. Se os limites dos domínios permanecem aumentados até certo ponto,
depois que a força magnetizadora externa foi retirada, diz-se que o material está
"permanentemente" imantado.
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3.3 A temperatura Curie
Quando a temperatura de um material ferromagnético é elevada acima de certo valor
crítico, as regiões dos domínios desaparecem e o material se torna simplesmente
paramagnético. Esta temperatura é conhecida como ponto Curie, e é normalmente inferior ao
ponto de fusão da substância.
3.4 Grandezas Magnéticas Fundamentais

Força Magnetromotriz (f.m.m); aparecimento de um campo magnético em
função da corrente que percorre um material condutor.

Força Magnetizante (H) ou Intensidade Magnética:
a) Depende diretamente da intensidade da corrente
b) É inversamente proporcional ao comprimento do “caminho”
magnético representado por uma linha de força.
c) O campo magnético em torno de um condutor de seção circular é
também circular.
d) A unidade de força magnetizante é Ampére / Metro (A/m)

Fluxo Magnético (F); é o número de linhas usadas na representação de um
campo magnético, sua unidade é o Weber (Wb).

Densidade de Fluxo Magnético ou Indução Magnética (b); número de
linhas de força que “atravessam” uma seção do campo de área unitária. Sua
unidade é o Tesla (T).

Permeabilidade (m); A permeabilidade exprime a facilidade que um meio
oferece para o estabelecimento de um campo magnético.

Permeância (P) e Relutância (R); permeância é a facilidade que um meio
oferece ao estabelecimento de um campo magnético e depede:
a) diretamente da permeância do meio em que se cria o campo
magnético.
b) diretamente da área da seção transversal do corpo em que se cria o
campo magnético.
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c) inversamente do comprimento do corpo em que se cria o campo
magnético.
d) sua unidade é (Wb/A)

Relutância; é o inverso da Permeância, corresponde a dificuldade oferecida
pelo meio ao estabelecimento de um campo magnético. Sua unidade é
(A/Wb)
3.5 A Fotomicrografia
Os físicos aperfeiçoaram uma técnica que lhes permite ver e fotografar os domínios
microscópicos num material ferromagnético, sendo os domínios delineados com partículas
coloidais de óxido de ferro. Uma tecnologia de ímãs, baseada num grupo de substâncias
ferromagnéticas conhecidas como ferritas, resulta em ímãs fortes e resistentes, dotados de
propriedades únicas. As ferritas são óxidos de ferro combinados com óxidos de outros metais
como o manganês, o cobalto, o níquel, o cobre e o magnésio, os quais são pulverizados,
moldados na forma desejada sob pressão e aquecidos a temperaturas elevadas. Como
óxidos, as ferritas têm resistência elétrica muito elevada, propriedade extremamente
importante em algumas aplicações dos materiais ferromagnéticos.
A pedra-ímã original é um material desse tipo, comumente chamado óxido de ferro
magnético; quimicamente, é uma combinação de óxido de ferro (II), Fe0, e óxido de ferro (III)
Fe203. Julga-se que sua fórmula seja Fe(Fe02)2.
3.6 As Forças e as Partículas de Interação
Na Física Moderna as forças ou interações são transmitidas pela troca de partículas
mediadoras. As quatro forças descritas na primeira parte deste trabalho (forte, gravitacional,
eletromagnética e fraca) utilizam-se delas. São elas:
1 – Força Gravitacional: Sabemos que quaisquer corpos com massa se
atraem, como o Sol e a Terra. Mas até o momento o GRÁVITON não foi
detectado experimentalmente e por isso a interação gravitacional não está
incluída no modelo padrão descrito.
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2 – Força Eletromagnética: Aqui está envolvida a carga elétrica que os corpos
possuem. A partícula mediadora é o FÓTON.
3 – Força Forte: Força atrativa que age nos núcleos (partículas do núcleo
atômico). É atrativa para todas as combinações de prótons e nêutrons. Age
sobre os quarks, e a partícula mediadora chama-se GLÚON (nome cuja origem
vem do inglês glue – cola). Os glúons (g) são dotados de uma propriedade
chamada carga forte (ou cor na terminologia física) e que desempenha o papel
similar ao da carga elétrica, podendo então interagir entre si.
4 – Força Fraca: é responsável pelo decaimento radioativo. Interage com os
neutrinos (que não tem carga elétrica e talvez não possuam massa). As
partículas
mediadoras
desta
interação
são
os
ainda
procurados
experimentalmente BÓSONS DE HIGGS, e partículas como W+, W-, Z0. As
partículas responsáveis pela interação das forças são conhecidas por bósons.
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4.0 FÓTONS
Após muitos estudos os cientistas hoje sabem que a luz é constituída por minúsculas
partículas elementares, essas partículas foram denominadas como fótons. Inúmeros são os
questionamentos sobre os fótons.
Com a utilização de sistemas de espelhos posicionados a grandes distâncias, foi
possível permitir demonstrar que a luz se propagava com uma determinada velocidade que
não era infinita, mas sim finita (velocidade da luz é conhecida como sendo c=3×108m/s).
Estudos dirigidos a descobrir a natureza da luz foram cada vez maiores. Experiências
como a do físico britânico Thomas Young em 1801, permitiram ao cientista afirmar e provar
que a luz era uma onda eletromagnética, tal conclusão foi basicamente fundamentada na
experiência onde a luz passava por uma fenda fina e apresentava fenômenos da difração e da
interferência, tais fenômenos são características de um comportamento ondulatório.
Ainda existiam mais dúvidas, por exemplo, efeitos como o fotoelétrico descoberto no
final do século XIX, mostravam um comportamento corpuscular da luz, sendo como, a luz tem
uma característica corpuscular ou ondulatória?
Finalmente, no início do século XX, em 1905, existiu alguém que comprovou a
dualidade onda partícula da luz, explicando satisfatoriamente o efeito, dando o nome a
partícula luminosa de fóton, esse cientista foi Albert Einstein, explicou o efeito fotoelétrico que
o rendeu um prêmio Nobel pelo feito.
O fóton, como qualquer partícula, possui uma certa energia, e a relação energia (E) e
frequência (f), é proporcional e está relacionada por uma constante, a constante de Planck
(h), dada pela equação E = h x f.
Um fóton surge quando ocorre a transição de um elétron de um átomo entre dois
estados energias diferentes, o elétron ao passar de uma camada mais interna para uma mais
externa ao receber energia, e se retornar para o estado inicial, emite a energia
correspondente a essa diferença.
De acordo com a teoria da relatividade proposta por Einstein, a energia varia em
função da massa, segundo a equação E=mc2. Substituindo a energia, ou seja, igualando as
equações podemos determinar a massa do fóton emitido.
O fóton não tem uma massa de repouso, ele não pode estar em repouso, pois surge
com velocidade, lembramos que no instante que ele nasce é lhe constituído como tendo a
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velocidade da luz, a massa que determinar após igualarmos as equações é uma massa em
movimento, e um movimento bem rápido.
Assim, quanto maior for a frequência, maior será a energia, maior é o impulso do fóton
e mais evidentes são as propriedades corpusculares da luz. Assim os cientistas puderam
comprovar que a fontes de luz emitidas de diferentes cores, possuem fótons, porções de
energias correspondentes com as características daquela frequência.
4.1 Cronologia:

No início dos tempos, assim como até o século XIX, a suposição era de
que a luz viajava a uma velocidade infinita, era instantânea.

Experiências realizadas por cientistas do século XIX, utilizando
sistemas de espelhos posicionados a grandes distâncias, permitiram
mostrar que a luz se propagava com uma determinada velocidade
finita.

Começaram então a tomar forma pesquisas para descobrir-se a
natureza da luz. Experiências como a de Young permitiram afirmar que
a luz era uma onda eletromagnética, pois nesta experiência citada a luz
passava por uma fenda fina e apresentava os fenômenos da difração e
da interferência, fenômenos que apenas ocorrem para ondas.

No final do século XIX, no entanto, efeitos como o fotoelétrico
mostravam um comportamento corpuscular da luz.

Finalmente, no início do século XX, Einstein comprovou a dualidade
onda - partícula da luz, dando o nome a partícula luminosa de fóton.

Planck e Einstein, tendo ambos recebidos Prêmios Nobel, mostraram
que a energia é quantizada, sendo enviada em pacotes de onda
carregados pelos fótons, e um fóton possui a menor quantidade de
energia existente.
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
A energia de um fóton é incrivelmente pequena, como podemos ver pela
energia média de um fóton cuja freqüência está dentro da faixa do
espectro visível, energia que é igual a 4 x 10-19 joules. No entanto, temos
que uma lâmpada comum de filamento incandescente de 100 W de
potência emite cerca de 2,5 x 1020 fótons por segundo, o que faz com
que a quantidade de energia transmitida seja significativa.

A energia de um fóton é calculada através da relação E = hv, onde h é a
constante de Planck e v é a freqüência de oscilação da onda
eletromagnética.

A emissão de um fóton ocorre durante a transição de um elétron de um
átomo entre dois estados energéticos diferentes, pois o elétron passa
de uma camada mais interna para uma mais externa do átomo quando
recebe energia, e quando ele retorna para seu estado original, emite a
energia correspondente a esta diferença sob a forma de um fóton.

Os fótons são partículas elementares que viajam com a velocidade da
luz, e a massa deles existe apenas quando se movem à velocidade da
luz, sendo que sua massa teórica de repouso é igual a zero, pois, de
acordo com a Teoria da Relatividade, uma partícula que possui massa
de repouso deveria ter uma massa infinita ao atingir a velocidade da luz,
o que é impossível.
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5.0 A ELETRICIDADE
O homem consegue, hoje, dominar perfeitamente a eletricidade. Consegue gerá-la em
grandes quantidades nas usinas e, transportá-la através de fios, por distâncias enormes, até
as nossas casas, onde aciona uma enorme quantidade de aparelhos.
Todos os efeitos da eletricidade podem ser explicados e previstos considerando a
existência do ELÉTRON, como estudado anteriormente.
A eletricidade abrange também uma variedade de outros fenômenos, além dos vistos
anteriormente, resultantes da presença e do fluxo de carga elétrica. Veremos também, neste
capitulo, outros conceitos e fenômenos de grande importância para o nosso estudo.
5.1 Geradores de Energia Elétrica
São dispositivos utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou
outras formas de energia em energia elétrica ou diferença de potencial elétrico.
5.1.1 Usinas Elétricas
A energia elétrica é obtida principalmente através de usinas hidrelétricas, termoelétricas, usinas eólicas e usinas termonucleares.

Hidroelétricas; A energia hidráulica é convertida em energia mecânica por
meio de uma turbina hidráulica, que por sua vez é convertida em energia
elétrica por meio de um gerador, sendo a energia elétrica transmitida para
uma ou mais linhas de transmissão que é interligada à rede de distribuição.

Termoelétricas; central industrial usada para geração de energia elétrica
partir da energia liberada por qualquer produto que possa produzir. Assim
como na energia hidrelétrica, em que um gerador, impulsionado pela água,
gira, transformando a energia potencial em energia elétrica, nas termelétricas
a fonte de calor aquece uma caldeira com água gerando vapor d'água em
alta pressão, e o vapor move as pás da turbina do gerador.
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
Eólicas; Na atualidade utiliza-se a energia eólica para turbinas que têm a
forma de um catavento ou um moinho. Com esse movimento, através de um
gerador, produz energia elétrica. Normalmente precisam agrupar-se em
parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a
produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente,
para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão

Termonucleares; Aproveitando-se do calor emitido na reação nuclear, para
aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A
reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina
termoelétrica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante
emitida.
Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes:

Barragem;

Sistemas de captação e adução de água;

Casa de força;

Sistema de restituição de água ao leito natural do rio.
Cada parte se constitui em um conjunto de obras e instalações projetadas
harmoniosamente para operar, com eficiência, em conjunto.
Como Funciona:
A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força
através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica,
na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga.
Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a
água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador - que também gira
acoplado mecanicamente à turbina - a potência mecânica é transformada em potência
elétrica.
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A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras dos
terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão (voltagem)
elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de
consumo.
Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada
a níveis adequados para utilização pelos consumidores.
Vantagens
A maior vantagem das usinas hidrelétricas é a transformação limpa do recurso
energético natural. Não há resíduos poluentes e há baixo custo da geração de energia,
já que o principal insumo energético, a água do rio, está inserida à usina.
Além da geração de energia elétrica, o aproveitamento hidrelétrico proporciona
outros usos tais como irrigação, navegação e amortecimentos de cheias.
Fonte: Centrais Elétricas Brasileiras S.A - Eletrobrás
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5.1.2 Principio Básico de um Gerador
Considere inicialmente uma bobina (a) constituída por "N" espiras e imersa em
um campo magnético produzido por imãs permanentes (Fig.1). Acionando-se o eixo de
rotação, no sentido horário, as espiras da bobina cortam as linhas do campo e, pela lei
fundamental da indução eletromagnética, uma força eletromotriz (f.e.m.) é induzida nos
condutores. Literalmente a f.e.m. (E) é diretamente proporcional ao número de espiras
da bobina (B), indução do campo magnético (L), velocidade periférica (v), e
comprimento de cada condutor ”N” (bobina).
Matematicamente podemos escrever que E= B.L.v.N
Nos pontos de máxima indução obtém-se a máxima tensão induzida (ponto 1).
Quando as espiras "a" estão sob influência do pólo sul, a polaridade de f.e.m. é
contrária a das espiras "b que se encontra sob o pólo norte (ponto 2), neste caso foi
representada somente a bobina “a” para melhor compreensão. Desta forma, a variação
da f.e.m. acompanha em todos os pontos a distribuição de induções e possui
polaridade distinta sob os pólos norte e sul.
Na fig. 2, o gerador elementar possui dois pólos fixos e uma bobina "a" que se
movimenta em relação a esses pólos.
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A ligação dos condutores das "N" espiras é realizada de maneira que a tensão
nos condutores "a" é somada à dos condutores "b" ou seja:
Vab = Va + Vb
Cada giro das espiras corresponde a um ciclo completo da tensão gerada. Para
que a tensão gerada seja de 60Hz (frequência), é necessário que a espira gire 60
vezes em 1 segundo, ou ainda, 3.600 rotações por minuto (RPM)
5.1.3 Frequência
Definição:
Número de vezes em que algo, alguém, ou ondas de caráter eletromagnéticas
ou não, se apresentam em um determinado ponto, completando um ciclo em função do
tempo.
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CURIOSIDADES:
Quarks:
Os quarks são uma das partículas fundamentais do Universo (a outra partícula fundamental são os
léptons – constituintes dos elétrons) e se caracterizam por constituírem os prótons e nos nêutrons:
Os quarks Up possuem carga positiva, e os Down, carga elétrica negativa. Para a formação de um
próton necessitam-se de dois quarks Up e um Down; para um nêutron, 2 quarks Down e um Up. Sua
massa é extremamente pequena, cerca de 128 vezes mais leve.
Características do Quark u e d:
Glúons:
Os glúons, mais uma espécie de partículas fundamentais – mas desprovidos de massa ou carga
elétrica, funcionando como uma “cola” (glue – em inglês. Portanto, são os glúons que “seguram” os
quarks Up e Down de modo a constituir os prótons e os nêutrons. Dessa interação glúon-quark é
originada a força nuclear forte – que tem como papel fundamental manter os quarks juntos uns aos
outros, bem como os nêutrons e prótons no núcleo atômico.
O tempo de vida dos glúons, (assim como dos prótons, nêutrons e quarks) é infinito.
Energia:
O que sabemos sobre energia é isso, você pergunta para um físico quântico: "O que deu origem ao
universo?" e ele lhe dirá: "energia". Você pede para ele descrever o que é energia, ele dirá: "Não
pode ser criada ou destruída, sempre esteve e sempre estará, é tudo que sempre existiu, é tudo que
sempre existirá, é algo que não tem forma definida."
Então você pergunta para um teólogo: "O que criou o universo?" ele dirá: "Deus.". Descreva Deus:
"Não pode ser criado ou destruído, sempre esteve e sempre estará, é tudo que sempre existiu, é tudo
que sempre existirá, é algo que não tem forma definida." Veja, é a mesma descrição. Só que com
terminologias diferentes. (Trecho do livro O segredo)
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REFERÊNCIAS:
Dispositivos Semicondutores 2º Edição revisada e ampliada - Hilton Andrade de Melo / Edmond
Intrator / Editora LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A – 1976 – Rio de Janeiro
Eletrônica Básica – Van Valkenburger & Neville, INC – 6 Volumes
Fundamentos de Eletrônica – Gabriel Torres - Axcel Books do Brasil Editora – Rio de Janeiro -2002
Fundamentos de Eletrônica. Gabriel Torres; Axcel Books do Brasil Editora – 2002
Fundamentos de Eletrotécnica para Técnicos em Eletrônica 4º Edição - P.J. Mendes Cavalcanti Livraria Freitas Bastos S.A – 1966 – Rio de Janeiro.
(nêutron) LivroAs sete maiores descobertas científicas da história e seus autores de David Eliot
Brody,Laura Teixeira Motta;
(próton) O discreto charme das partículas elementares. Maria Cristina Batoni Abdalla
Big Bang. SIMON SINGH
Domínios magnéticos, disponível em http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_38.asp, acesso
em 12/02/2011, as 20:30.
Eletricidade, http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade, acesso em 12/02/2011 as 22:00.
Energia eólica, http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica, acesso em 12/02/2011 as 21:00
Explicando o modelo padrão de partículas da Física Moderna, http://adiliojorge.blog
spot.com/2010/11/explicando-o-modelo-padrao-de.html, acesso em 12/02/2011 as 19:00.
Força nuclear forte, http://www.infoescola.com/fisica/forca-nuclear-forte/, acesso em 14/02/2011 as
22:00.
Foton, http://www.algosobre.com.br/fisica/fotons.html, acesso em 13/02/2011 as 21:00.
Foton, http://www.guia.heu.nom.br/foton.htm, acesso em 13/02/2011 as 21:00.
Foton, http://www.infoescola.com/fisica/foton/, acesso em 13/02/2011 as 21:00.
Hidroelétricas, http://excitatrizestatica.com.br/principio.html, acesso em 13/02/2011 as 20:00
Hidroelétricas, http://www.furnas.com.br/hotsites/sistemafurnas/usina_hidr_funciona.asp, acesso em
12/02/2011 as 21:00.
Hidroelétricas, http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear, acesso em 13/02/2011 as 20:00
Hidroelétricas, http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica, acesso em 12/02/2011 as
21:00.
Hidroelétricas, http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_termoel%C3%A9trica, acesso em 12/02/2011 as
21:00.
Nêutron, http://www.infoescola.com/fisica-nuclear/neutron/, acesso em 12/02/2011 as 21:00
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Nanotecnologia e Química, http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=1552&bd=1&pg= 1&lg=,
acesso em 12/02/2011 as 20:00.
Próton, http://www.infoescola.com/fisica-nuclear/proton/, acesso em 12/02/2011 as 21:00.
Partículas subatômicas, http://video.if.usp.br/coloquio/quarks-gl-ons-e-jatos, acesso em 13/02/2011
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