Copyright (C) 2008, Edelmar Schneider.
Versão 0.1
Este curso de eletrônica é gratuito e oferecido sem quaisquer garantias. Ele pode ser visto no meu blog http://ocientistadiario.blogspot.com/ e pode ser impresso para uso pessoal. Não pode ser copiado ou usado para qualquer fim comercial sem a autorização do autor.
Nesta primeira versão do curso eu não pretendo entrar em detalhes sobre o histórico do desenvolvimento da ciência elétrica e tão pouco forçar o leitor a estudar conceitos e fórmulas que considero mais complicadoras do que elucidativas. Desta forma apresento aqui conceitos e fórmulas essenciais para o entendimento do assunto. O leitor que fizer questão de uma abordagem mais profunda procure num bom livro de física de segundo grau para começar e em livros de física de ensino superior para um tratamento mais refinado.
No último módulo vimos o exemplo das duas esferas em um espaço vazio. Agora vamos no apropriar daquele modelo e fazer pequenas modificações. Vamos esquecer que existe a força da gravidade de modo que as esferas não vão mais se atrair devido à força gravitacional. Em vez disso vamos usar agora a força elétrica.
Vamos nomear a esfera da direita como ED e a da esquerda como EE. Imagine ser possível ir adicionando elétrons em ED. Lembre-se que eles podem se difundir pelo metal. Vamos transferir um número muito grande de elétrons. Um total de 6,241 509 629 152 65×1018 elétrons. Este número está em notação científica. Se você não entende notação cientifica e tão pouco o SI (Sistema Internacional de Unidades) é conveniente pesquisar e entender antes de prosseguir. Na Internet existem ótimos textos sobre o assunto de modo que é desnecessário repetir aqui. Para começar a entender o SI eu sugiro este artigo na Wikipédia e para notação científica este aqui. Não continue o curso antes de entender o fundamental sobre os dois assuntos.
Prosseguindo com o curso. Adicionamos em ED 6,2×1018 elétrons de modo que esta esfera terra toda esta quantidade de elétrons a mais que a outra esfera EE. Eu não escolhi este número por acaso. Este número foi escolhido por que esta quantidade foi definida para representar uma quantidade de carga elétrica que é igual a 1 C ou 1 Coulomb. Este número veio dos primeiro experimentos com eletricidade e representa uma quantidade de energia significativamente grande.
O importante aqui é observar que temos um desbalanço de carga. A esfera ED está com mais elétrons que EE. Ao mesmo tempo lembre-se que cargas iguais se repelem, de forma que os elétrons presentes na primeira esfera tenderiam a se deslocar para outro lugar com menos elétrons. Porém no momento eles não podem fazer isto, pois não ligamos as duas esferas por um fio condutor. Tão pouco vamos deixar que elas se aproximem a ponto de entrar em contato uma com a outra.
Neste ponto temos margem para explicar outro fenômeno. O Surgimento da Voltagem. A Voltagem é uma medida de energia potencial. Ou seja, algo que pode realizar um trabalho. Por exemplo, uma dinamite é algo com uma energia potencial muito grande. Alguém pode acender o pavio e a dinamite vai liberar sua energia química, transformando sua até então energia potencial em trabalho.
Quando falamos de voltagem sempre temos que ter como referência dois pontos. Então a voltagem é medida em ED em relação à EE. A voltagem é a diferença entre o potencial elétrico entre dos pontos. Pode ser chamada também de tensão ou ddp.
Vamos agora calcular a ddp entre este dois pontos. Para isto se usa uma fórmula (2-1) que é muito simples Como eu falei anteriormente não vamos entrar em detalhes sobre como chegar a esta fórmula neste nível do curso, pois isto só acrescentaria duzentas páginas que por enquanto são desnecessárias.
(2-1)
Onde:
Como dito, a carga de 1 C é um valor muito grande. Por isto vamos resolver a fórmula (2-1) considerando as esferas estando a uma distância de um milhão de quilômetros uma da outra. 9000 V = (9×109 × 1 C) / (1.000.000 m).
Veja que mesmo assim ainda temos uma diferença de potencial de nove mil volts.
Por este motivo é comum trabalhar com partes do Coulomb. Mili(m), Micro(µ), Nano(n), conforme deve ter sido visto no site sobre SI.
Apenas para deixar claro, este exemplo foi bastante simplificado para tentar apenas ajudar a criar no leitor uma idéia intuitiva sobre como surge a Voltagem e sobre o que é carga elétrica. A rigor não se pode usar a fórmula (2-1) da maneira que foi usada. Mas não se preocupe, o rigor matemático não vai fazer tanta num primeiro momento do curso e na verdade só atrapalharia. Mais à frente o leitor terá a oportunidade de rever a matéria com o rigor necessário.
Dando continuidade ao curso vamos estudar mais dois aspectos. A corrente elétrica que é a passagem dos elétrons de um ponto a outro. E a resistência que os materiais oferecem a passagem destes elétrons. Com isto vamos fechar os conceitos básicos e mais fundamentais de eletricidade.
Imagine-se ligando as duas esferas por meio de um cabo de cobre. Será certamente um cabo muito longo. Um milhão de metros, ou 1000 km para os mais íntimos. A tendência é ocorrer um forte deslocamento dos elétrons da esfera ED para a esfera EE que é relativamente carente em elétrons. Este fluxo de elétrons é a corrente elétrica. Que é medida em Ampere, abreviado por amp e simbolizado por A. Pela definição padrão, um ampere é a quantidade de carga corresponde a um Coulomb por segundo. Assim se todos aqueles 6,2×1018 elétrons passarem de uma vez de uma esfera para outra em um segundo podemos dizer que a corrente que passou é de 1 A(um ampere). Se a corrente passar em apenas meio segundo teremos então uma corrente de 2 A visto que 1 / 0,5 = 2. Se a corrente passar em 2 segundos então teremos 1/2 = 0,5 A. Perceba que não importa apenas quantos elétrons passam, mas sim quantos em um segundo.
Neste momento o leitor deve estar começando a questionar. Afinal, em quanto tempo os elétrons vão passar? Um segundo, ou um ano?
E assim surge a oportunidade de explicar outro conceito. A resistência elétrica. A resistência elétrica surge como uma medida da dificuldade que os elétrons tem para passar por um material. Esta resistência pode ser encarada como o atrito. Se o leitor tentar correr de bicicleta morro abaixo e a favor do vento, a resistência é menos que insignificante, é negativa até um certo ponto, pois o leitor não precisara fazer força nenhuma para correr. Mas se for o contrario, morro acima e contra o vento, a coisa muda de figura. A dificuldade é enorme. E aumenta conforme a temperatura e a distância. Assim é com os elétrons, quanto mais quente estiver um cabo e quanto mais distante ele for maior será a resistência e mais difícil vai ser percorrer o trajeto. E não bastando apenas isto, o próprio fluxo de elétrons pelo cabo tende a gerar calor.
Desta forma o que determina a quantidade de carga passando por um cabo está relacionado com a diferença de potencial elétrico entre os dois pontos e a resistência elétrica entre os mesmos. Se a resistência for muito alta. Não haverá corrente elétrica. É o caso de quando o cabo não está conectando as duas esferas. A resistência tende ao infinito.
A resistência elétrica é medida em Ohms é simbolizada pela letra grega Ω.
Como calcular a corrente elétrica? Para isto usamos a chamada lei de Ohm. Que é demonstrada em (2-2)
(2-2)
Onde:
Como exemplo vamos calcular a corrente elétrica entre as duas esferas. Imaginemos que o cabo apresenta uma resistência de 9.000.000 Ω que pode ser representado melhor por 9 MΩ (megaohms). Lembre-se que existia um ddp de 9.000 v que pode ser representado melhor por (9 kv). Assim a corrente será:
Que pode ser representado melhor por 1 mA (miliampere).
A fórmula toda é melhor representada assim:
para resolver, substitua o símbolo de micro, quilo, mega, ou qualquer outro pelo valor correspondente conforme pode ser visto na tabela do SI.
Neste exemplo vimos que apesar de a esfera dispor de 1 C disponível, apenas 0,001 C passava por segundo. Ou seja, uma corrente de apenas 1 mA.
Considerações finais.
Podemos observar que existem muito mais zonas de impacto identificadas em outras regiões. Presumo que não seja por que os meteoros tenham preferências por certas áreas do planeta e sim por que aqui simplesmente ainda existem poucos estudos visando à identificação destes sítios.
Pesquisei um pouco mais e encontrei mais um site interessante com mais pontos de impactos identificados no Brasil. Vale a pena conferir o PontosBR
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1. Introdução
Olha ao seu redor e para você mesmo, olhe para o monitor, para o vidro, para o plástico, para o seu cachorro. Sinta o ar que você respira. Tudo é composto de partículas bem pequenas conhecidas como átomos. Existem 117 tipo diferentes de átomos no universo conhecido. Porém em teoria pode haver mais. Destes tipos apenas uma pequena quantidade faz parte do nosso dia-a-dia. Os outros são raros, muitas vezes tóxicos, e alguns destes não foram encontrados na natureza, mas sim produzidos em laboratório.
Em uma barra de ferro puro, existem apenas átomos de ferro, e todos eles são idênticos*.
Porém nem todos os materiais são feitos de um único tipo de átomo. Pelo contrário, isso na verdade é bem incomum. Os átomos podem interagir uns com os outros formando diferentes materiais. Por exemplo, a água que é composta de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Quando dois átomos interagem desta forma para formar outro tipo de matéria eles formam o que se chama de molécula. Então uma molécula de água (H2O) é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio.
Nós seres humanos e outros animais somos formados por diversos tipos atômicos, e dentre estes tipos o átomo de carbono tem um papel especial, pois ele pode se ligar a até quatro átomos que podem ser também carbono ou outros tipos. Assim o carbono pode formar grandes estruturas moleculares de milhares de átomos, e assim forma estruturas complexas como carboidratos, lipídios e proteínas.
Neste ponto é conveniente dizer que não existe diferença entre um átomo de carbono que esteja no meio ambiente para um átomo de carbono que faça parte de um ser humano. Com isto eu quero dizer que não existe matéria morta e matéria viva. São conceitos abstratos criados pela mente humana, existe apenas matéria comum. É um bom momento para sair do pensamento comum e passar a perceber que não existe vida. Vida é um conceito fantasioso e paradoxal criada por mentes primitivas que não eram capazes de compreender a verdadeira estrutura das coisas. Ainda mais por que naquele tempo a ciência ainda não havia avançado a ponto de se conhecer o universo como o conhecemos hoje. Os chamados seres-vivos são maquina moleculares complexas e naturais, verdadeiros robôs que surgiram em meio a um mar caótico.
O que tudo isto tem a ver com eletrônica? Tem tudo a ver, seja paciente e estude a estrutura atômica com cuidado, caso contrario não será possível entender de verdade o assunto.
O átomo normalmente é representado por uma bolinha. Porém isto é apenas uma representação muito simplificada. Na verdade ninguém sabe exatamente como é um átomo. Existem dezenas de modelos teóricos. Os melhores cientistas do mundo trabalham a vida toda pensando e fazendo experimentos tentando descrever e criar modelos atômicos que permitam prever o comportamento atômico e sub-atômico. Apesar de ainda não termos um modelo definitivo, avanços são feitos diariamente E agora com o término do LHC (Large Hadrons Collider) o mundo vai avançar bem mais na estrutura da matéria.
Não se pode ver diretamente um átomo, pois eles são menores que a própria luz visível. A luz invisível pode ser menor que um átomo, mas é muito energética e acaba interferindo de tal modo com ele que não permite o seu estudo.
Para simplificar e ajudar a entender como assunto é complexo, basta saber que o átomo é uma nuvem de probabilidade e não se parece com nada que seja possível ver no cotidiano. Por tanto não se pode comparar o átomo. Ele não é como visto no segundo grau. Algo parecido com um sistema solar. Pelo contrário, é bem diferente disso.
Agora vamos as simplificações. Vamos ver um modelo simples que é satisfatório para o estudo mais fundamental da eletrônica.
Não fique triste por estudar em um modelo simplificado, isto é positivo e comum no meio cientifico. Você deve usar a ferramenta mais adequada para o serviço. Por enquanto não é necessário usar um modelo quântico para este estudo.
Para ter uma idéia como isto é válido vamos a um exemplo. A temperatura. Todos usamos medidas de temperatura o tempo todo, é muito útil. Porém a temperatura é uma simplificação extrema da média de movimentos aleatórios de átomos em um determinado material. Se fossemos tentar mensurar a velocidade dos átomos individualmente para cozinhar um pão o sistema ficaria complicado e não seria possível fazer nada. Por isto, simplificar é importante, e muitas vezes condição sine qua non.
2. Estrutura simplificada do átomo.
Os átomos são formados por diferentes quantidades de partículas menores, também simplificados como bolinhas. Estas partículas são o (N) Nêutron, o (P) Próton e o (E) Elétron. Exceto o elétron, as outras duas partículas são formadas por partículas ainda menores. Mas isto não importa. Para eletrônica e para a química em geral o que importa é do que os átomos são diretamente feitos.
O elemento químico mais simples é o Hidrogênio. Tem apenas um próton e um elétron. Por ter um único próton é o primeiro elemento. O segundo elemento é o hélio, tem dois prótons e por isto dois elétrons. O hélio tem também dois Nêutrons. O terceiro elemento é o Lítio com 3 prótons, 3 nêutrons e 3 elétrons. E assim vai. Neste momento é conveniente dar uma olhada em uma tabela periódica e pensar um pouco sobre os elementos químicos.
Como visto o que caracteriza o elemento químico é a quantidade de prótons. E não é comum átomo com apenas prótons, normalmente estão juntos os prótons os nêutrons e os elétrons.
E neste ponto começa aparecer a eletrônica. Muitas vezes conforme os elétrons se organizam na estrutura atômica, certo elementos tendem a atrair mais elétrons do que o número de prótons, ou o contrário. Tende a ter menos elétrons do que o número de prótons.
Neste momento é conveniente dar uma pausa no assunto átomo e falar um pouco sobre forças.
3. Forças da natureza.
Existem quatro forças fundamentais na natureza. Duas delas são comuns e estamos acostumados a ver no cotidiano. A força gravitacional, e a força elétrica. As outras duas forças são a força forte e força fraca que não veremos neste curso, pois não interessam diretamente à eletrônica.
Vamos a força gravitacional.
Imagine agora um universo vazio absolutamente vazio. Não há nada lá. Agora imagine que você coloque uma bola de ferro parada neste universo. Agora coloque outra bola a um metro de distância. Neste momento aparece uma força atrativa que puxa uma bola em direção a outra. E elas lentamente vão começar a se deslocar um em direção ao outro até colidir na metade do percurso. Não importa de que material as bolas serão feitas ou se serão bolas. Pode ser qualquer corpo, feito de qualquer material. Eles sempre vão se atrair um em direção ao outro. Por que isto acontece? Segundo o modelo de Einstein é devido à deformação do espaço-tempo. Mas você não precisa saber disso pra saber eletrônica, então vamos pular. Imagine se tivéssemos um tipo de força diferente onde fosse possível não só atrair como repelir.
Força elétrica.
A força elétrica diferente da gravitacional apresenta dois pólos. São nomeados de positivo e negativo. São apenas nomes e poderiam ser Zezinho e Luizinho. Objetos com propriedades elétricas iguais afastam-se e objetos com propriedades elétricas contrárias se atraem da mesma forma que com a força gravitacional
Os prótons têm propriedades positivas (+) e os elétrons têm propriedades negativas (-). É conveniente reforçar que o sinal +/- é apenas um símbolo para um tipo de propriedade elétrica e não tem nada a ver com matemática. Poderia ser qualquer desenho. Adotar estes símbolos foi uma escolha infeliz, pois os dois geram muita confusão com quem está aprendendo. Procure sempre se lembrar que (+) e (-) são apenas desenhos para representar as forças ou cargas elétricas.
O nêutron não tem propriedade elétrica nenhuma. Então ele não é atraído nem repelido pelas forças elétricas.
Vamos a um exemplo prático: O Sal de cozinha. Ele é formado por dois tipos de átomos. O sódio (Na) e o cloro (Cl). Os átomos de sódio têm 11 prótons e, portanto 11 elétrons. Já o cloro tem 17 prótons e 17 elétrons. Como o número de prótons e elétrons nestes átomos é igual, diz-se que eles não têm propriedade elétrica. Ou que eles têm carga zero. Se você arrancar um elétron do sódio ele vai apresentar um elétron a menos que o número de prótons. Ou seja, é o mesmo que dizer que ele tem um próton a mais. E como os prótons têm carga positiva então se diz que o sódio vai estar apresentando carga positiva. (+1).
Como foi dito anteriormente, certos tipos atômicos devido a sua organização interna tendem a acumular um elétron a mais ou a menos. Este é o caso do Sódio que tende a perde um elétron ficando com a carga positiva. Já o cloro tende a capturar um elétron a mais ficando, portanto com uma carga negativa. Lembra-se uma carga negativa é um elétron a mais. Temos um casamento perfeito juntando um Cloro com um Sódio. Um doa o elétron e o outro adota o elétron. Neste momento os dois átomos ficam com propriedades elétricas opostas. E se tratando de força-elétrica, propriedades opostas tendem a se atrair, os dois átomos se atraem e se mantém juntos formando o que se chama de ligação química do tipo predominantemente iônica. Vários conjuntos de átomos podem se juntar assim formando uma grande estrutura conhecida como cristal de cloreto de sódio.
4. Metais.
Os metais formam cristais-metálicos onde os elétrons ficam mais ou menos livres podendo se deslocar com relativa liberdade. Por isto é fácil arrancar elétrons de um metal ou colocar elétrons a mais. Por isto os metais são chamados condutores de eletricidade.
Imagine um cabo elétrico, você pode tirar elétrons de um lado, atraindo-os com uma carga elétrica oposta (positiva) e pode ir adicionando elétrons do outro lado do cabo. Assim o cabo se comporta como um cano por onde os elétrons passam.
5. Conclusão.
Existe na natureza uma força conhecida como elétrica que se manifesta de duas maneiras. A força chamada de positiva e a chamada de negativa. Os corpos podem apresentar uma das duas forças ou nenhuma. Se apresentarem a mesma força, eles vão tender a se afastar. Se apresentarem forças opostas tendem a se atrair. Se um deles não apresentar carga nenhuma não vai ser nem atraído nem repelido.
A força elétrica pode fazer com que os corpos se desloquem. Por exemplo, o elétron pode ser atraído de um átomo para o outro. Ou simplesmente de uma ponta de um fio para o outro.
Copyright (C) 2008, Edelmar Schneider.
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Este curso de eletrônica é gratuito e oferecido sem quaisquer garantias. Ele pode ser visto no meu blog http://ocientistadiario.blogspot.com/ e pode ser impresso para uso pessoal. Não pode ser copiado ou usado para qualquer fim comercial sem a autorização do autor.
Este curso é produzido para tentar suprir uma certa lacuna em língua portuguesa que é o curso de eletrônica para quem não quer ser apenas técnico. Quer ter autonomia de pensamento no campo. Não adoto nenhum uma teoria específica e utilizo elementos que considero importantes para o aprendizado de eletrônica e de ciências afim. Recomendo seguir todos os módulos mesmo que o leitor já tenha conhecimentos introdutórios sobre o assunto. Não é recomendável pular nada e também não é recomendável passar de um módulo sem que os conhecimentos estejam sedimentados. Mesmo por que pretendo deixar os módulos enxutos sem repetir informações Ele não deve servir para quem já entende de eletrônica. Procure sempre o curso em sua última versão e não tente seguir o curso usando módulos com versões diferentes.
Diante disso estou me propondo o desafio de montar um curso de eletrônica gratuito com uma abordagem mais científica, porém bem equilibrado a ponto de não se tornar incompreensível para uma pessoa sem especialização em disciplinas como estrutura da matéria. Acredito que não será possível fazer um curso simples o suficiente para ser compreendido facilmente por pessoas com apenas o segundo grau ou com uma formação em áreas humanas.
Num primeiro momento vou abordar superficialmente os tópicos relacionados à estrutura do átomo, pois pretendo deixar para abordar o assunto a fundo em um outro curso, de físico-química.
Para finalizar, pretendo começar a disponibilizar o primeiro módulo em um ou dois dias. E ainda, visto que o blog está começando a receber visitas, quero pedir aos leitores para que comentem e contribuam com opiniões e criticas construtivas variadas.
Há poucos dias ganhei uma A720 e só tenho a dizer que para uma compacta ela é excelente. Seu único problema é o tamanho do sensor óptico, entretanto este é o problema de todas as compactas. Qualquer sensor maior resultaria num aumento significativo de preço.
O grande diferencial da A720 é que além de tirar ótimas fotos no modo automático. Ela permite que se regule absolutamente tudo. Abertura, tempo de exposição, intensidade do flash, zoom óptico de seis vezes com o maio tamanho de lente que eu já vi numa compacta, ajuste manual de foco. E se isto ainda não for suficiente é possível instalar um software chamado CHKD que permite estender os recursos da maquina até onde sua imaginação alcançar.
É ótima para usar e ótima para aprender fotografia. Eu sou apenas um fotografo amador e ainda com pouca prática. Veja algumas fotos que pude tirar com a A720:
Foto em macro, estas flores tem apenas 1 cm.
Foto da lua. Graças ao ótimo recurso de estabilização de imagem da A720 IS fotos como esta da lua são possíveis sem o uso de tripé.
Sério. As pessoas precisam parar de fazer experiências públicas onde se cozinha um ovo com um celular. Ou se coloca mentos no refrigerante. Ou pior ainda usar repolho roxo para mostrar o pH e chamar toda esta porcaria de ciência. Por atitudes como estas que os jovens hoje em dia não se interessam por ciência. Imagina você diz por ai - sou cientista - as pessoas logo lembram do programa Ciência Feliz onde um “cientista” passa o tempo brincando com estas bobagens.
Que imagem negativa que fica.
Algo que me incomoda muito no mundo Linux é a falta de uma API padrão para interface gráfica que permita que meu software rode suave e bonito em qualquer distribuição Linux. É um mar de opções e muitas vezes acabo por escolher uma interface modo texto para evitar maiores problemas. Neste ponto o Windows leva vantagem sobre o Linux.
Outro sistema operacional que também apresentava uma bela interface gráfica tanto para o programador quanto para o usuário era o BeOS, pena que ele acabou morrendo na praia. No mesmo dia de sua morte um grupo de pessoas se reuniu para desenvolver o OpenBeOS mais tarde renomeado como HAIKU. O pessoal da HAIKU é perseverante e o projeto continua em atividade até hoje. Diferente de outros clones do BeOS o HAIKU não utiliza a kernel Linux. Estão desenvolvendo uma kernel própria juntamente com todo sistema para assegurar compatibilidade total e binária com os softwares feitos para o BeOS R5 original. Tudo isto é bonito e poético. Porém vamos a analise crítica.
Qual é o problema com isto? É simples, estão a meia década trabalhando no projeto e a kernel ainda é muito instável. A abordagem correta neste caso seria utilizar a kernel linux que é por natureza invisível e construir todo o restante começando pelo Ambiente Operacional. Se assim tivesse sido feito com certeza com os esforços que já foram dispensados o HAIKU hoje já estaria maduro e funcional.
Acaba de nascer mais um blog na Internet. E como todos os blogs que nascem, este aqui também está destinado ao sucesso. O Cientista diário é destinado a conversas sobre ciência e tecnologia com textos para diversos níveis de conhecimento. Não há nenhum rigor quanto aos assuntos e hora ou outra posso escapar um pouco para campos mais filosóficos, políticos e artísticos. Até mesmo por que com este blog pretendo mostra que a ciência não é algo distante e também que para o verdadeiro cientista não há distinção didática de matérias. Portanto um bom cientista pode ser formado em física e ainda assim ser especialista em biologia.
Os temas planejados para o blog até agora estão dentro das seguintes áreas:
Sistemas operacionais, Linux, Unix, Processadores, RISC, CISC, ARM, AVR, PIC, Eletrônica, Ambientes Gráficos, Programas gráficos, fotografia e filmagem, programação, C/C++, ASM, Física, Química, Biologia, Saúde, Industria, Matemática, Quântica, Astronomia, Química analítica, Espectroscopia, Plásticos e metais, Ciências farmacêuticas, Gadgets, Leis, política, filosofia.
E outros tantos temas que fazem parte do meu interesse.
