Alessandro Volta (1745-1827)

Alessandro Volta nasceu em Como, Itália, a 18 de Fevereiro de 1745. Fisico italiano que dedicou grande parte dos seus estudos á electricidade, tendo apresentado uma teoria (voltaismo) com a qual pretendia explicar a electricidade dinâmica como um fenómeno não especifico da matéria orgânica.

Volta mostrou que a origem da corrente eléctrica descoberta por Luigi Galvani, não estava nos seres vivos mas sim no contacto entre dois metais diferentes num meio ionizado. Volta contrariava assim as afirmações de Galvani apoiadas em experiências com orgãos de animais e electricidade.

Decorrente destas investigações, no final do séc. XVIII, contruiu o primeiro aparelho capaz de produzir corrente eléctrica: a pilha. Este aparelho, pela sua forma, ficou conhecido como pilha de Volta e pelo facto de, utilizando energia quimica, produzir energia eléctrica, designa-se por gerador electroquimico. A pilha primária, ou célula, é a unidade básica que produz energia e uma bateria tem duas ou mais células. As pilhas e as baterias actuam como bombas para forçarem os electrões a percorrerem os condutores.

Em 1801 Alessandro Volta fez uma demonstração da pilha electrica a Napolião, que o condecorou com o titulo de conde.

No âmbito da instrumentação cientifica, desenvolveu o electrófero (1774), o electrómetro (1787), o electrómetro de condensador (1782), a pilha eléctrica (1799/1800) e, para o estudo dos gases, o eudiómetro (1783). Além disso, deu nome á unidade eléctrica conhecida por Volt. Faleceu a 5 de Março de 1827, com 82 anos.

Principio do "Neutro"

Como já aconteceu, as pessoas questionam-se o porquê de termos um fio azul (neutro) em nossas casas, visto que ele não traz corrente, não dá choque é um inútil, não serve para nada segundo algumas pessoas, mas estão enganadas.

• Qual a sua função?
• O porquê de só apanharmos um choque eléctrico quando tocamos no fio preto (ou castanho) e nunca no azul (neutro)?

Vamos analisar estes aspectos um a um.

O porquê?

Como nós sabemos a distribuição de energia publica de baixa tensão em Portugal é feita por 3 condutores (fases) criando uma tensão composta (entre fases) na ordem dos 400V, acontece que os equipamentos que temos em casa funcionam somente a 230V, então como conseguimos criar 230V? Simples, com a criação de um neutro passamos a ter uma tensão simples (entre fase e neutro) de 230V (cerca de raiz de 3 vezes menos do que 400V). Assim conseguimos ter a tensão desejada para pormos os nossos equipamentos a funcionar sem se danificarem.

A origem?

O condutor neutro começa no PT (posto de transformação) que faz a distribuição de energia para a nossa casa e para as casas das redondezas. Ele não é nada mais do que um cabo enterrado na terra e distribuído até nossas casas.

Qual a sua função?

Esta é a parte engraçada da coisa, tal como foi explicado no "principio da electricidade" nós temos uma pilha com um + e um - que cria um campo eléctrico com um determinado sentido. Com o neutro acontece precisamente o mesmo, imaginemos a situação: temos uma lâmpada que tem a fase mas não tem o neutro, ela jamais funciona porque o circuito não tem continuidade, está em aberto. Neste caso o neutro irá funcionar como o - da pilha, criando o desequilíbrio que permite a movimentação ordenada dos electrões do condutor (geralmente cobre), isto faz com que, ao existir passagem de electrões se crie um campo eléctrico que vai acender a lâmpada.

O que acontece quando apanhamos um choque?

É bastante simples, nós somos como a lâmpada só que não damos luz!

Imaginem o seguinte, se eu estiver descalço e agarrar o fio da fase, levo um choque que me vai atravessar o corpo todo e vai direitinho aos pés até se escoar no chão (terra), ou seja, eu fecho o circuito tal como acontece com uma lâmpada. Mas podem ter a certeza que se eu agarrar na fase sem o meu corpo entrar em contacto com parte alguma que esteja em contacto com a terra jamais apanho um choque, devido a estar isolado e manter o circuito aberto.

É por isso que os pássaros pousam nos cabos de electricidade e não apanham nenhum choque.

Conclui-se com isto que o ser humano também é um bom condutor de electricidade.

George Simon Ohm (1787-1854)

George Simon Ohm nasceu em Erlangen, na Baviera (Alemanha). Foi professor de matemática no Colégio dos Jesuitas, em Colónia, mas desejava ensinar na universidade. Para tal, foi-lhe exigido, como prova de admissão, que realiza-se um trabalho de pesquisa inédito. Optou por fazer experiências com a electricidade, e para isso construiu o seu próprio equipamento, incluindo os fios.

Experimentando diferentes espessuras e comprimentos de fios, acabou por descobrir relações matemáticas extremamente simples envolvendo essas dimensões e as grandezas electricas. Inicialmente vereficou que a intensidade da corrente era directamente proporcional á area da secção do fio e inversamente proporcional ao seu comprimento. Com isso, Ohm pôde definir um novo conceito: o de resistência electrica.

O que significa resistência electrica?

Os electrões livres que circulam ao longo do fio ou cabo eléctrico têm de passar por entre os átomos que o compõem, chocando constantemente com eles. Deste modo, o fluxo de electrões é travado pela resistência que os átomos opõem á sua passagem.

Em 1827, Ohm conseguiu formular um enunciado que envolvia, além dessas grandezas, a diferença de potêncial: "A intensidade da corrente eléctrica que percorre um condutor é directamente proporcional á diferença de potencial e inversamente proporcional á resistência do circuito". Tal enunciado é até hoje conhecido como Lei de Ohm.

Embora estes estudos tenham sido uma colaboração importante na teoria dos circuitos eléctricos e suas aplicações o cargo universitário almejado por Ohm foi-lhe negado. As suas conclusões receberam críticas negativas, em parte porque ele tentou explicar esses fenómenos com base numa teoria sobre o fluxo de calor. Ohm teve mesmo necessidade de se demitir do seu emprego de professor secundário em Colónia e viveu na pobreza durante os 6 anos seguintes. Em 1833 reintegrou-se nas actividades cientificas aceitando um cargo na Escola Politécnica de Nuremberga.

Como ocorreu (e ocorre) com tantos outros investigadores, o seu trabalho começou a ser reconhecido primeiro no exterior. Em 1841, ele receberia uma medalha de Royal Society de Londres. Só em 1849 Ohm conseguiria tornar-se professor da Universidade de Munique, cargo no qual permaneceria por apenas cinco anos, os últimos da sua vida.

GPS

Presentemente anda muito na moda o GPS, mas como é que aquele aparelho consegue fazer o que faz? Desde traçar rotas, fazer estimativas de tempo, velocidade, etc. Será mágico?

Nem pensar! Tem uma explicação, aliás é um assunto que merece ser explicado, vamos então a isso.

A invenção do sistema GPS (Global Positioning System) alterou, por completo, quer o modo de localizar com precisão qualquer ponto á superfície da Terra, quer o modo de navegar por terra, por mar e por ar.

Funcionamento do GPS

O que é?
O sistema de GPS consiste numa constelação de 24 satélites americanos (tendo sido também criado um sistema operacional de navegação europeu denominado por GALILEU que consiste numa constelação de 30 satélites) que gravitam em torno da Terra, em planos diferentes. As suas órbitas estão situadas a cerca de 17703 km acima da superfície da Terra. Qualquer destes satélites demora 12 horas a dar uma volta á Terra e emite, a intervalos de 1 milisegundo, um sinal electromagnético na gama de frequências rádio (300khz/300Mhz), diferente de satélite para satélite. O aparelho receptor (aquele a que chamamos GPS) tem a capacidade de reconhecer o satélite emissor, de armazenar dados e efectuar cálculos. Cada receptor pode, num dado instante captar os sinais vindos dos satélites situados no seu horizonte.

Como funciona?

A ideia chave para localizar qualquer ponto na Terra consiste em utilizar o método geométrico de triangulação a partir do conhecimento da distância do receptor a um mínimo de 3 satélites. O método consiste no seguinte:

O receptor calcula a distância d1 a um satélite 1. Qualquer receptor colocado sobre uma superfície esférica de raio d1 encontra-se á mesma distância d1 do satélite 1.

O conhecimento da distância d2 a um outro satélite 2 permite dizer que todos os pontos situados numa superfície esférica com esse raio estão a essa mesma distância d2. Então, todos os pontos situados no circulo de intersecção das duas superfícies esféricas estão á distância d1 do satélite 1 e á distância d2 do satélite 2 (fica mais perceptível recorrendo á figura).

Considerando um terceiro satélite situado a uma distância d3 do receptor, podemos afirmar que apenas dois pontos do espaço estão nas condições anteriormente indicadas. Com um quarto satélite obtém-se uma extrema precisão no que respeita a posição do receptor (recorra á figura).

Cálculo da distância ao satélite

Um satélite envia um sinal que contém informação sobre a sua posição na órbita e a "hora" t marcada no seu relógio atómico (relógio com uma precisão extrema). O receptor GPS receberá este sinal mais tarde, no instante t+Vt. Este instante coincide com com a "hora" marcada no seu relógio. Como o sinal viaja á velocidade da luz, a expressão d=c x Vt (c é a velocidade da luz) permite calcular a distância a que o receptor se encontra do satélite.

Cálculo do intervalo de tempo

O tempo que o sinal leva a chegar até ao receptor depende da posição do satélite. Um sinal enviado por um satélite, quando este se encontra na vertical, por cima do receptor, demora cerca de 0,06 s a chegar. Assim, o rigor com que este valor é medido vai afectar a precisão da localização do receptor.

Embora cada satélite possua um relógio atómico, os receptores possuem relógios de quartzo, menos precisos, o que impossibilita a sincronização perfeita dos dois relógios. Esta situação origina, necessariamente, uma incerteza (imprecisão) na localização do receptor que pode ser diminuída com a utilização de 4 satélites como já foi explicado antes.

Os aparelhos receptores contêm mapas que ao ser accionados, os satélites reconhecem a sua posição (do receptor) e através desse reconhecimento permite traçar rotas e fazer estimativas.

Principio da Electricidade

Neste tema pretendo conseguir elucidar aqueles que, como eu tem a curiosidade de descobrir a origem da energia eléctrica, energia essa tão banal e complexa em simultâneo.

Para isso temos que analisar alguns aspectos relacionados com a química para percebermos a sua origem, nomeadamente a constituição do átomo.

Átomo

Como indica a sua definição átomo provém do Grego e significa indivisivél ou seja, é considerado como sendo a menor porção em que se pode dividir a matéria. O átomo é composto por um núcleo (cujo seu interior é constituído por protões e neutrões), carga positiva do átomo, e por orbitais (espaço em redor do núcleo onde se deslocam os electrões) parte negativa do átomo. O átomo no estado fundamental é electricamente neutro isto é, tem igual numero de electrões (-) e de protões (+) existindo por isso um equilíbrio de atracção entre o núcleo e os electrões (visto que cargas contrarias se atraem).

A partir deste conceito o que acontece é simples, os metais (por norma bons condutores de electricidade) contém poucos electrões de valência (entende-se por electrões de valência todos os electrões que ocupam a ultima orbital de um respectivo átomo) fazendo com que o núcleo não tenha uma atracção tão forte sobre esses electrões o que permite a que eles possam soltar-se e deslocar-se de uma camada exterior para outra de forma desordenada. Ora ao colocarmos uma pilha eléctrica, criamos um ânodo (-) e um cátodo (+) e o que acontece é simples, os electrões em vez de se deslocarem de forma desordenada vão deslocar-se do ânodo para o cátodo criando assim um fluxo eléctrico que origina a electricidade.

Poderíamos também frisar outros aspectos relacionados com o principio da electricidade como a tensão (V) e a corrente (A) mas, iria tornar este tema bastante pesado não sendo esse o interesse do blog.