Aplicações Objeto de aprendizagem: A Televisão NOA – UFPB

Aplicações
Objeto de aprendizagem: A Televisão
NOA – UFPB
Formação de Imagem no Tubo de TV
O ponto central deste texto é o processo de formação de imagem na televisão. Olhar,
ver, de um modo geral ou especificamente entendê-lo, pode significar a aquisição de uma
série muito ampla de conceitos básicos científicos da Física, Química e Biologia,
combinados com recursos técnicos específicos. De certa forma, a intenção é acompanhar o
ziguezague dos elétrons imersos em um campo magnético no interior de um tubo de
imagem, até se chocarem com a tela frontal do mesmo. E a partir da transformação da
energia cinética que transportam em energia luminosa, em uma combinação final de
elementos de superfície de áreas da tela que emitem brilhos distintos, chegarmos às
configurações que permitem as simulações das imagens televisivas.
Do ponto de vista tecnológico nos limitaremos a uma breve
abordagem sobre os dispositivos
apropriados que compõem o tubo de
imagem e podem ser vistos na figura
ao lado.
Inicialmente, um feixe de elétrons
é emitido pelo canhão eletrônico,
rumo a tela bidimensional disposta
diametralmente oposta ao mesmo,
percorrendo uma região delimitada
por paredes de vidro onde foi feito o
vácuo.
Relativo aos conceitos da Física, os elétrons constituídos do feixe são lançados a
altas velocidades (variáveis), tendo sido acelerados previamente entre as placas de um
capacitor plano integrante do canhão eletrônico. Se na região adiante não existe nenhuma
força (despreza-se a gravitacional) capaz de desviar o feixe eletrônico, este se desloca
linearmente até atingir uma região limitada frontal da tela.
.
Entretanto, o interesse é que o feixe eletrônico possa varrer
toda área da mesma. Como solução são colocadas em um
ponto mais adiante do percurso dos elétrons, duas bobinas
defletoras
dispostas
adequadamente
em
planos
perpendiculares, responsáveis por gerarem campos magnéticos
nesta região. Ao atravessá-los, os elétrons sofrem possíveis
interações com o campo magnético na forma de atuação da
força magnética.
Interessa-nos aqui, uma visão da ação da força magnética sobre cargas elétricas em
movimento imersas em um campo magnético.
Uma situação mais simplificada é o que ocorre quando uma partícula portadora de carga
elétrica q penetra perpendicularmente com velocidade vetorial v, um vetor campo
magnético B. Nesta situação, a força magnética a atuar sobre a partícula é a descrita pela
formulação de Lorentz: Fm = q(v x B)
Levando-se em conta as propriedades do produto vetorial a direção
da Fm é sempre perpendicular aos vetores B e v. Assim, o campo
magnético não muda o módulo do vetor velocidade da partícula desta
forma a energia cinética da partícula permanece constante.
Considerando o fato que Fm é perpendicular a v, a sua aceleração é
centrípeta e a partícula passa a descrever uma trajetória circular no
plano que contém os vetores F e v.
O movimento de uma partícula carregada em um campo magnético não uniforme é mais
complexo e sua equação de movimento envolve equações diferenciais com soluções mais
complexas, sujeitas a condições iniciais prescritas. Cabe aqui uma indagação: o que poderá
acontecer com o feixe de elétrons que atravessa o campo magnético das bobinas defletoras
do tubo de imagem? Estes campos têm módulos que variam oscilando descontinuamente
com o tempo e em direções perpendiculares. Transferindo o raciocínio desenvolvido, uma
suposição intuitiva é que as partículas constituintes do feixe de elétrons serão defletidas em
direções perpendiculares ao plano que contem os vetores v e B; influenciadas pela ação da
força magnética. Mais o que seria possível esperar parta a sua trajetória? Soluções mais
criativas e precisas são facilitadas por conceitos mais específicos da Física e do Cálculo.
Uma afirmação seria que a aceleração de uma partícula carregada é uma função senoidal do
tempo se a força aplicada também for. Sabemos que o campo magnético do tubo de
imagem oscila, devido variações da corrente elétrica na bobina. Oscilando também a força
magnética e conseqüentemente também a aceleração das partículas do feixe eletrônico.
.
Soluções mais elaboradas
das equações que regem estes
movimentos mostram que a
trajetória do feixe de elétrons
descreve linhas semelhantes a um
arco de circunferência; e oscilam
entre pontos extremos que
delimitam planos perpendiculares
entre si, gerando a possibilidade de
varrer (atingirem) todos os pontos
do plano frontal da tela.
A tela e coberta com material fosforescente, o que possibilita durante a colisão dos
elétrons com a mesma a produção de pontos luminosos. Os pontos luminosos formados na
tela permanecem brilhantes por um breve intervalo de tempo (da ordem de 0,05s) mesmo
após o feixe de elétrons ser desviado.
Quando a TV não esta sintonizada, esta varredura da origem na tela a um brilho
praticamente uniforme; ao passo que, quando sintonizada, os sinais capitados pela antena e
decodificados modificam a varredura na tela.
O numero de elétrons por pequenos elementos de superfície de áreas que atingem na tela
modificam a intensidade luminosa da região.
Os pontos luminosos são “desenhados” na mesma com tal rapidez que os nossos olhos,
devido ao fenômeno da persistência retiniana (o olho humano retém por uma fração de
segundos uma imagem, enquanto outra esta sendo percebida; imagens vistas em seqüência
num único movimento com regularidade e iluminação adequada dão a sensação de
animação) nos dão a sensação da imagem integral e do movimento de uma cena.
Desta forma, pretendemos instigar a curiosidade sobre a magia dos elétrons a desenhar
sobre a tela os diversos materiais televisivos. Podendo relacionar-se ao fato das possíveis
transformações de energia cinética das partículas integrantes do feixe eletrônico em energia
luminosa ao colidirem com a tela.