Category: Física


Descoberta do Elétron

O âmbar (do grego elektron) é uma resina fóssil, amarelada,  semitransparente e quebradiça que, na idade antiga despertou o interesse dos filósofos naturais por apresentar por apresentar a propriedade de, em certos casos, atrair alguns materiais e repelir outros. Foi então que Tales de Mileto passa a fazer investigações das possíveis causas desta “anormalidade” da substância.   Com o passar dos anos, e com o avanço dos estudos acerca da estrutura da matéria, os cientistas descobriram que oátomo, antes indivisível, perdeu a razão de ser de seu nome (átomo significa indivisível).  Dentre as várias partículas que compõem o átomo, está o elétron. Imagem extraída de http://www.coe.ufrj.br/~acmq/leroy.jpg. Antes de sua descoberta oficial, Otto von Guericke constrói a primeira máquina eletrostática em 1660. Sua máquina eletrostática que, dentre as várias aplicações, passou a servir como instrumento de diversão. Um dos espetáculos mais bizarros acontecia quando uma bela jovem era ligada à máquina, que produzia eletricidade estática por atrito, eletrizava a jovem e aqueles que se encorajavam, pagavam vultosas quantias para experimentar o beijo da mulher elétrica. O perigo da exposição a correntes elétricas ainda era desconhecido na época. Charles Augustin de Coulomb, em 1788, demonstra empiricamente que a força elétrica obedece à relação do inverso do quadrado da distância. Sendo assim, quantificar o quanto esta interação depende do elétron passa a ser questão de tempo. Experiência da gota de óleo. (Ilustração: www.divulgon.com.ar/marzo03/imagenes/exp3.gif) O grande passo se dá quando ocorre a descoberta do elétron pelo físico britânico Joseph John Thomson1 em 1897 quando fazia estudos acerca da estrutura da matéria, onde esta, independentemente de suas propriedades, contém partículas de mesmo tipo cuja massa é muito menor que a dos átomos dos quais elas são parte. Apresenta os resultados de sua pesquisa na Conferência na Royal Institution,  e usando campos elétricos e magnéticos defletores, mediu a razão carga-massa desses corpúsculos; este experimento permitiu concluir que a massa deles é cerca de 1000 vezes menor que a do átomo de hidrogênio. Estas descobertas culminam com a descoberta de um valor médio para a carga do elétron. O valor exato para a carga do elétron surge com o físico norte americano Robert Andrew Milikan2, o que lhe rendeu o prêmio Nobel de Física de 1923. O experimento se constitui de um condensador de placas horizontais entre os quais existe ar. Um borrifador lança gotas finíssimas de óleo que tem seu comportamento observado por um microscópio  cujo eixo é paralelo às placas. Para conhecer e manipular o experimento de Milikan, visite: http://rived.mec.gov.br/site_objeto_lis.php. Quando não há campo elétrico entre as placas do condensador, as gotas caem lentamente com velocidade constante em função da presença do ar. Ou seja, o peso da gota, a força de resistência do ar e o empuxo exercido pelo mesmo se equilibram. Para conhecer detalhadamente toda a experiência (inclusive a demonstração matemática). A descoberta do elétron não se deve, obviamente, aos nomes citados acima. Sua descoberta é resultado de um conjunto de pesquisas em vários locais do mundo por vários séculos, contando desde a Grécia antiga aos dias atuais. Sua descoberta modificou desde a visão que se tinha do átomo até o modo de vida das pessoas. A energia elétrica, por exemplo, deve-se à descoberta desta partícula e à sua correta manipulação. Em vários ramos do conhecimento humano esta partícula está envolvida: no meio ambiente combate a poluição industrial, é a “peça principal” da eletrônica, aplicações médicas, etc. O objetivo deste texto foi, apenas, o de nortear os caminhos acerca da busca e compreensão desta partícula de tamanha importância no processo do desenvolvimento histórico da Ciência, assim como na sua influência nas nossas vidas.

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Ao observarmos os eventos que ocorrem no dia-a-dia notamos que é quase impossível que um automóvel se mantenha com uma velocidade constante e mesmo para realizar as tarefas cotidianas sempre muda-se a velocidade ou constância que se realiza uma atividade.

 

Exemplos:

1. Um automóvel freia diante de uma colisão iminente.

2. Apertamos o passo para chegar a tempo ao trabalho

Em situações deste tipo é necessário medir quão rápido foi esta mudança de velocidade, assim representa-se esta mudança por a.

– Um corpo sob uma trajetória orientada:

– Este corpo muda sua velocidade ao longo de um determinado tempo (t1), percorrido uma distância S

– Sua mudança de velocidade ocorre sempre em intervalos de tempo iguais

A Índia tem implementado projetos de usinas nucleares seguras para atender a demanda de 25% de energia elétrica até o ano de 2050. Segundo o governo indiano e os investidores do setor, o país tem investido em tecnologias que mitigam os riscos atuais existentes em grande parte das usinas nucleares existentes no mundo.

 

Ainda afirmam que a energia nuclear segura é essencial para a composição da chamada “bolsa mista de abastecimento” que pretende atender o consumo de energia elétrica dos próximos 30 anos.  Pesquisadores de diferentes organizações internacionais têm acompanhado a evolução do setor de geração de energia nuclear no país.

Atestaram que a Índia reduziu em 40 anos a participação do petróleo na matriz energética do país de 80% para 45%. As usinas nucleares cresceram em 24% na participação do abastecimento de energia, porém, seguindo normas e parâmetros de segurança.

A Índia detém um quarto das reservas mundiais de tório, um metal que pode substituir o urânio, o que garante a independência nuclear do país no setor energético. O país iniciou a construção de um reator-protótipo que funciona com água pesada e tório.

A construção dessas instalações ajuda na geração de emprego no setor civil de energia nuclear. O primeiro reator desse modelo poderá entrar em franca atividade em 2020. Considerando a instalação de usinas nucleares no mundo e suas funcionalidades, a Índia é um dos países mais avançados em segurança no objetivo de substituir os combustíveis fósseis e dos insumos nucleares tradicionais, como o urânio e o plutônio.

O tório é um mineral que gera detritos radioativos 50% inferior ao gerado pelo urânio, sendo encontrado em grande escala no país. Calcula-se que as reservas de tório na Índia sejam de 290.000 toneladas, contra 70.000 de urânio.

No mundo, considerando a atual demanda e uso do urânio, o mesmo poderá se esgotar no planeta nos próximos 50 ou 70 anos, caso os países que utilizam o urânio não consigam implementar sistemas de regeneração desse combustível nuclear. A França é um dos países mais avançados na reutilização do urânio regenerado. Para não arcar com os altos custos de regeneração do urânio, a Índia naturalmente utilizará o tório.

Sabemos que a região central do planeta Terra apresenta fontes de calor que ajudam a gerar energia elétrica e noaquecimento para as cidades. Tecnicamente, esse tipo de energia é referida como geotérmica, encontrada em vulcões e gêiseres, além de fontes de água.

 

energia geotermicaA energia geotérmica é amplamente encontrada em países como Filipinas,Nova Zelândia e Islândia; na América do Sul, abundante no Chile, assunto principal neste artigo. O Chile possui 20% de todos os vulcões ativos existentes no planeta Terra, segundo dados do Centro de Excelência em Geotermia dos Andes.

Atualmente, o Chile é reconhecido como um dos maiores países em potência de geração de energia geotérmica naAmérica Latina, e um dos mais importantes do mundo nesse setor. Porém, nos últimos tempos, o país tem se mantido na etapa exploratória, pelo baixo nível de investimentos no setor. A partir de 2013, o governo chileno tem firmado parcerias com a Nova Zelândia para avançar.

A força geotérmica, por exemplo, é capaz por meio do vapor de movimentar uma turbina de um gerador elétrico. O território chileno se estende por 4.270 quilômetros, boa parte pelas regiões baixas da cordilheira dos Andes, considera a maior cadeira vulcânica do planeta Terra.

O Chile está situado na região do Cinturão de Fogo do Pacífico, que também abrange territórios do Peru, Equador, Colômbia, México, Argentina, Bolívia e, mais ao norte, a América Central e áreas dos EUA e Canadá. É um extenso cordão vulcânico, com áreas nunca antes exploradas para a geração de energia geotérmica.

A energia geotérmica se apresenta como importante solução para o Chile, país que ainda importa 70% de sua energia, o que o faz um país dependente energeticamente. Comparando com a Nova Zelândia, um dos países que mais exploram esse tipo de energia, 77% da energia fornecida em território neozelandês foi proveniente da geotermia em 2011. Até 2014, de toda a sua energia distribuída, o governo chileno planeja produzir 10% a partir de seus vulcões e gêiseres.

Recebe o nome de reprocessamento nuclear  o processo tecnológico de separação e recuperação química do plutônioou urânio físsil (cindível) proveniente do combustível nuclear irradiado em um reator nuclear. De um modo muito simples, é a reciclagem da matéria do combustível nuclear.

reprocessamento nuclear

Tanto o urânio quanto o plutônio reprocessado constituem a maior parte do material combustível irradiado, e um ou outro é geralmente preferido pela alta produção de energia liberada pela fissão de seus átomos. A maior parte, da reciclagem, cerca de 96%, recai sobre o urânio, do qual menos de 1% constitui o isótopo físsil U-235 (geralmente entre 0,4 e 0,8%); já o plutônio responde por 1% do total, e é utilizado em grande parte no combustível de óxido misto (MOX).

O reprocessamento do combustível utilizado é complexo, pois muitos de seus componentes são também radioativos. A composição de urânio reprocessado depende do enriquecimento inicial e o momento em que o combustível foi usado no reator. Hoje em dia, não só o plutônio ou urânio estão sendo reaproveitados, mas também todos os actinídeos. Há inclusive um interesse crescente em recuperar todos os actinídeos de longa duração e reciclá-los em reatores rápidos, de modo que eles sirvam como produtos de fissão de curta duração.

A atividade de reprocessamento nuclear é comum desde a década de 40 do século passado. Isso se explica pelo fato destes elementos serem geralmente de difícil ocorrência em todo planeta, e esta prática tem a vantagem de evitar o desperdício de um recurso valioso. Desde então, o urânio e o plutônio não utilizados nos elementos combustíveis usados ​​são recuperados, fechando assim, o ciclo do combustível, obtendo-se um ganho de cerca de 25% mais energia comparado ao urânio do processo original. Uma segunda razão é que o reprocessamento reduz o volume de material a ser eliminado como resíduo de alto nível a cerca de um quinto. Isso contribui também para uma forma de utilização mais segura da energia, pois o nível de radioatividade  no reprocessamento de resíduos é muito menor e, após cerca de cem anos, cai muito mais rapidamente comparado ao do combustível sem reprocessamento.

A operação de reutilização tinha inicialmente como único destino o campo militar e o desenvolvimento de novos armamentos. Com a gradual utilização deste material para fins pacíficos, em particular nas usinas produtoras de energia elétrica, surge a comercialização da energia nuclear. O material reciclado passa a ter um novo emprego, em especial nos momentos de alta no preço do urânio e plutônio.

Cinemática

Cinemática  é a parte da Mecânica que descreve o movimento, determinando a posição, a velocidade e a aceleração de um corpo em cada instante.

Tempo é uma noção aceita sem definição, fundamental na descrição de qualquer movimento.

Os corpos em estudo, denominado móveis, são considerados pontos materiais. Ponto material é um corpo cujas dimensões não interferem no estudo de determinado fenômeno.

Posição numa trajetória

Trajetória é o conjunto de posições sucessivas ocupadas por um móvel no decorrer do tempo. Veja abaixo:

Na trajetória escolhemos arbitrariamente um marco zero, a partir do qual medimos comprimentos que indicam a posição do móvel, mas não fornecem nem o sentido nem a distância percorrida.

Entretanto um móvel pode estar de um laço ou de outro relativamente ao marco zero (fig. 2a), sendo então conveniente orientar a trajetória, adotando-se um sentido positivo(fig. 2b).Assim a posição do móvel A fica definida pela medida algébrica -10 Km e a de B por +10Km.

A medida algébrica do arco da trajetória que vai do marco zero à posição do móvel recebe o nome de espaço, indicado pela letra s. O marco zero 0 é então a origem dos espaços. Na figura 2b o espaço do móvel A, independentemente do sentido do seu movimento é SA = -10Km e o de B, SB = +10Km

Referencial

Um corpo está em movimento quando sua posição muda no decorrer do tempo. Deste modo, a noção de movimento e de repouso de um móvel é sempre relativa a outro corpo. O corpo em relação ao qual identificamos se um móvel está em movimento ou em repouso é chamado referencial ou sistema de referência. Veja a figura abaixo:

O trem encontra-se em movimento em relação ao observador;
O Homem sentado encontra-se em repouso em relação ao trem.

Um ponto material está em movimento em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, varia no decurso do tempo.

Um ponto material está em repouso em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, não varia com o decurso do tempo.

Velocidade escalar media e instantânea

Considere um ponto material descrevendo uma certa trajetória em relação a um determinado referencial. No instante t1 seu espaço é S1 e no instante posterior t2 seu espaço é S2 (fig.3). No intervalo de tempo Δt = t2 – t1 a variação de espaço do ponto material é ΔS = S2 – S1.

A velocidade escalar média, no intervalo de tempo Δt, é expressa pela relação:

A velocidade escalar instantânea V é o valor limite que tende a velocidade escalar média, quando Δt tende a zero:

Leia mas aqui