Campo Magnético da Terra

Os cientistas explicam que outro limite além da atmosfera parece separar o ambiente da Terra do ambiente do espaço. Este limite é conhecido como Magnetopausa. É o limite entre aquela região de espaço dominada pelo campo magnético da Terra, chamado de Magnetosfera, e o espaço interplanetário onde campos magnéticos são dominados principalmente pelo sol. A Terra tem um campo magnético forte. É como se a Terra fosse uma enorme barra de imã.

A bússola magnética trabalha e encontra as direções na superfície da Terra por causa deste campo magnético. Este mesmo campo magnético estende-se para longe no espaço exterior.

Quem já teve a oportunidade de observar uma bússola e ver que uma agulha dentro dela sempre aponta em uma determinada direção. Esta agulha está magnetizada, o que nos leva então a concluir que existe um campo magnético associado à Terra. A observação do ponteiro de uma bússola se movimentando causou tamanho susto em Einstein quando este tinha apenas três anos de idade, que provavelmente foi ela a maior responsável por ele se dedicar ao estudo de fenômenos físicos.

Foi William Gilbert que em torno de 1600 escreveu, a pedido da Rainha Elizabeth I da Inglaterra, o livro ''De Magnete'', que tratava sobre fenômenos magnéticos conhecidos até então. Foi neste livro que William Gilbert mostrou sua teoria de que a Terra era um ímã gigante.

A Terra seria então um ímã com o pólo norte magnético próximo ao pólo sul geográfico e o pólo sul magnético próximo ao seu pólo norte geográfico. A terra pode ser imaginada como tendo um grande ímã de dois pólos em seu interior, ou mais modernamente, com uma espira circular gigantesca percorrida por uma corrente muito grande a muitos kilômetros de seu interior, e o plano desta espira estaria deslocado cerca de 11,5° em relação ao plano do Equador.

Pesquisas geológicas recentes, afirmam que a parte central da Terra seja constituída por ferro fundido, e correntes elétricas existentes dentro deste núcleo de ferro seriam as responsáveis pela existência do campo magnético. Estes estudos ainda não foram totalmente comprovados, porém a Lua não possui núcleo derretido assim como não possui campo magnético, e vários outros planetas do nosso sistema solar apresentam campos magnéticos assim como o Sol. Até mesmo nossa galáxia possui um campo magnético, que apesar de muito pequeno é importante devido ao grande volume que ele ocupa. Um dos maiores interesses em viagens espaciais está concentrado no estudo de campos magnéticos existentes no espaço e fontes de campo magnético em outros planetas.

Estudos muito aprofundados vêm sendo feitos há séculos devido à importância de se saber qual é o modulo, a direção e o sentido do campo magnético terrestre, que já foi extremamente útil para os navegadores do passado, e ainda continua o sendo para navegadores e aventureiros de hoje.

Para se obter dados sobre o campo magnético terrestre, podemos utilizar um magnetômetro, aparelho que pode medir com altíssima precisão campos magnéticos, ou ainda utilizar uma simples bússola, cuja agulha magnetizada tenderá a se alinhar com o campo magnético terrestre, oferecendo no entanto uma aproximação grosseira. O campo magnético na superfície terrestre também é bem variável para diferentes pontos como para diferentes épocas. Um exemplo que pode ser citado é de uma variação de 35° na direção de uma agulha de uma bússola entre os anos de 1580 e 1820.

Variações no campo magnético da Terra também podem ser devidas a correntes na ionosfera ou tempestades magnéticas devidas à radiação solar. Estudos feitos nos campos magnéticos existentes no fundo do oceano e principalmente no "Sulco do Meio Atlântico", lugar onde quantidades de magma transbordam do centro da Terra e se depositam em ambos os lados do sulco, e este magma ao entrar em contato com a água se solidifica e preserva dentro de si um registro magnético do campo magnético terrestre em diversas épocas da história da Terra. Através de estudos como este, foi possível que físicos descobrissem que a polaridade magnética da Terra se inverte mais ou menos a cada milhão de anos. O campo magnético da Terra à grandes distâncias desta, sofre grandes distorções também principalmente devidas a existência de ventos solares, que são constituídos de pequenas partículas expelidas pelo Sol.

O campo magnético da Terra mostra uma força eletricamente carregada em qualquer partícula que se move por ela. Parece haver um vento " fixo " de partículas carregadas que se movem no externo do sol. Este vento solar, quando próximo da Terra, é inclinado pelo campo magnético da Terra. Nesta interação, o campo magnético da Terra é ligeiramente apertado no lado que enfrenta o sol, e apresenta um longo rabo no lado da Terra que fica longe do sol. Na magnetosfera, orbitam enxames de partículas carregadas que se movem em largos e enormes cintos ao redor da Terra. O movimento delas é regular porque elas são dominadas pelo campo magnético comparativamente constante da Terra.

A descoberta destes cintos de radiação que cinge a Terra foi primeiro descoberto pelo satélite americano, Explorer 1, que foi uma das realizações mais cedo da era espacial. Na verdade, as partículas carregadas dentro dos cintos de radiação viajam em um complexo padrão espiralado. Elas movem-se de um lado para outro de norte para sul enquanto o grupo inteiro lentamente acumula-se ao redor da Terra. Quando o campo magnético do sol está especialmente forte, a magnetosfera é apertada (comprimida). Os cintos de partículas apanhadas são empurrados para mais próximos da Terra. Os Cientistas não estão certos do que causa as famosas auroras boreais, ou luzes do norte, e as auroras austrais, ou luzes meridionais. De acordo com uma explicação, quando as partículas apanhadas são forçadas para baixo na atmosfera da Terra, elas colidem com outras partículas e muita energia é trocada nesse processo. Esta energia é transformada em luz, e resultam em especulares auroras.

Magnetismo Terrestre

O globo terrestre age como um imã onde o pólo norte se encontra na Baía de Baffin. A superfície terrestre possui um campo magnético que pode ser dividido em dois componentes : o vertical e o horizontal, sendo que uma agulha magnética é atraída tanto para os pólos magnéticos da terra como para o interior do globo. A força de atração é equivalente a distância que o local se encontra do pólo, sendo que quanto mais perto o local esteja do pólo maior será a força de atração. As forças de atração exercidas pelos Pólos Sul e Norte no equador magnético são iguais, porém apresentam sentidos contrários. Neste caso, as forças se anulam havendo somente a componente horizontal e como resultado observaremos a agulha da bússola em posição horizontal. Já nos pólos a agulha ficará na posição vertical. O ângulo formado pela agulha com o plano horizontal nas regiões intermediárias recebe o nome de inclinação magnética. A inclinação magnética será tanto maior quanto se aproximar dos pólos.

Dá-se o nome de declinação magnética ao desvio apresentado pela agulha magnética em relação a linha Norte-Sul geográfica. Até hoje não se pode afirmar com certeza as causa e a fonte de magnetismo terrestre, porém é sugerido por algumas teorias que existe um campo elétrico formado pela defasagem entre a parte interna líquida e o manto inferior sólido. Esta defasagem é ocasionada pelo movimento de rotação da Terra, sendo que as correntes elétricas geradas deste processo determinariam os campos magnéticos terrestres.

Pode-se dizer que a variação do magnetismo está relacionada com a crosta terrestre, sendo que os minerais constituintes desta crosta que possuem alta quantidade de ferro bivalente terão um maior poder magnético. Deve-se destacar a grande importância do magnetismo remanescente, retidos nas rochas, para os estudos geológicos. Este tipo de estudo recebe o nome de Paleomagnetismo, e esta relacionado com a preferência de que alguns minerais assumem, durante a sedimentação de detritos de silicatos, de minerais que contenham ferro bivalentes ou durante a cristalização de uma rocha magmática, uma iso-orientação segundo a linha norte-sul da época em que a rocha se formou. Com a mudança da posição do campo magnético terrestre e possível reconhecer o magnetismo fossilizado na rocha antiga.

Termologia

A Termologia é uma parte da Física que se dedica a analisar os fenômenos que dizem respeito ao calor. Divide-se a mesma em Termometria, Dilatação Térmica, Calorimetria e Termodinâmica.

1.TERMOMETRIA
Como o nome diz, refere-se ao estudo da medida da temperatura (metria=medir, termo=temperatura)
1.1.CALOR
Fisicamente, denomina-se calor ao trânsito da energia térmica de um corpo de temperatura maior para outro de temperatura menor.

1.2.TEMPERATURA



Segundo a definição acima, quanto maior é a agitação das partículas de um corpo, mais alta será sua temperatura. Podemos notar este fato observando a água quando começa a ferver. Vemos que o nível de agitação das partículas é tão grande que as mesmas começam a “pular” e até a sair do vasilhame, vindo a caracterizar a evaporação.

1.3.EQUILÍBRIO TÉRMICO
Imagine dois corpos. Um com temperatura bastante elevada e outro com a temperatura bem baixa. Vamos colocar os dois corpos em contato e livres de interferências de temperaturas externas. Veremos que após um tempo o corpo mais frio terá ficado menos frio e o mais quente terá ficado menos quente. Ao final, teremos os dois corpos na mesma temperatura, que chamamos de Equilíbrio Térmico.
1.4.TERMÔMETRO
É um instrumento destinado a medir a temperatura.Seu funcionamento baseia-se na variação de comprimento de uma haste metálica, ou na variação do volume de um gás, na cor de um sólido , ou até mesmo na resistência elétrica de um material, tudo em função da temperatura.
1.5.ESCALA TERMOMÉTRICA
Num termômetro, chama-se escala termométrica as divisões que o mesmo possui, relacionadas com números.
1.6.ESCALA CELSIUS
Apesar de existirem várias escalas termométricas, foi adotada como internacional pelos cientistas a escala Celsius, a qual anteriormente era denominada centigrada, pois sua divisão é de 100 partes desde zero grau até 100 graus. Sua denominação é feita com o número seguido do ordinal e da letra C, por exemplo 0ºC, 15ºC, e lê-se zero grau Celsius, 15 graus Celsius, etc.
1.7.ESCALA KELVIN
Nesta escala foi considerada a menor temperatura que poderia ter um corpo. Essa temperatura chama-se de zero absoluto, não sendo possível chegar-se a ela na prática, apenas muito próximo.
Na escala Kelvin os valores são grafados apenas com o número e a letra K, por exemplo: 23K. O zero dessa escala corresponde a -273ºC.
1.8.CONVERSÃO CELSIUS/KELVIN
Para traduzir uma temperatura de Celsius em Kelvin basta acrescentar 273 a mesma, e, no caso contrário, para converter-se para Celsius uma temperatura expressa em Kelvin, basta subtrair 273. Podemos traduzir isso pela fórmula abaixo:
TK = TC+273
Onde TK = temperatura em Kelvin e TC = temperatura em Celsius.
1.9.CONVERSÃO ENTRE AS TRÊS ESCALAS
Pode ser obtida através da utilização de dois ou mais membros da seguinte fórmula:

1.10.ESCALA QUALQUER
Podemos estabelecer relações entre uma escala qualquer e qualquer outra escala conhecida, apenas sendo

2.DILATAÇÃO TÉRMICA

As propriedades físicas de um corpo, tais como comprimento, dureza, condutividade elétrica, todas podem ser alteradas em função da alteração na temperatura desse corpo.
Alguns exemplos:
-os sistemas antigos de trilhos de trens mantém entre cada lance um pequeno espaço vazio. Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido, o ferro irá aumentar seu comprimento e, não havendo para onde se expandir, poderá causar danos à via férrea. (modernamente utilizam-se as curvas para dar vazão ao aumento no comprimento dos trilhos quando da dilatação).
-As calçadas de cimento possuem, de longe em longe, pequenas canaletas, de cerca de 1cm. Isto evita que no verão, submetidas às altas temperaturas, as mesmas dilatem e se quebrem, sem ter para onde expandir.
-Todos lembramos de uma experiência que fazíamos no primeiro grau, na qual havia uma esfera de metal presa a uma haste . Esta esfera, à temperatura ambiente, passava perfeitamente por dentro de uma argola. Após aquecida notávamos que já não era possivel a mesma passar. Concluíamos que isso se devia à dilatação sofrida pela esfera, o que se dava nas tres direções, ou seja, uma dilatação volumétrica.
Em todos os casos exemplificados acima estamos verificando uma variação nas dimensões dos sólidos estudados. No primeiro houve, principalmente, uma dilatação linear, no segundo, superficial e no terceiro volumétrica.
Destacamos que essa dilatação é notadamente numa direção, pois, na realidade, a mesma se dá em todos os sentidos em qualquer um dos três casos. Para efeitos didáticos costuma-se estudar apenas aquela direção na qual a dilatação (ou contração) se dá em maior proporção.

2.1.DILATAÇÃO LINEAR
Ao elevarmos em 10ºC a temperatura de uma barra de ferro de 1m iremos verificar que seu comprimento aumenta em 0,012cm.
Quando fizemos a mesma experiência com uma barra de ferro com o dobro do comprimento da primeira, notamos que o aumento do comprimento também foi o dobro do verificado na primeira barra. Isso nos leva a uma conclusão importante:
A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida é diretamente proporcional ao seu comprimento inicial.
Utilizando a mesma barra de 100cm mas agora dobrando a temperatura em 20ºC, vemos que também a variação de comprimento dobrou. Nossa conclusão é que:
A variação de comprimento de uma barra é diretamente proporcional à variação de temperatura.
Se fizermos a mesma experiência, agora não com uma barra de ferro e sim com uma barra de chumbo, mantendo o mesmo comprimento de 100cm e o mesmo aumento de temperatura de 10ºC, veremos que a mesma irá também aumentar de comprimento mas agora será de 0,027cm. Com isso concluímos que:
A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida depende do material que a constitui.
Essas proporcionalidades acima podem ser descritas em termos de uma única expressão:
DL=a.L0.Dq
onde:
DL : variação do comprimento
L0 : comprimento inicial
Dq : variação da temperatura
a : coeficiente de dilatação linear

2.3.DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
DV=g.Vo.Dq
onde:
DV e Vo referem-se à variação do volume e vol. inicial
Dq: variação da temperatura
g: coeficiente de dilatação volumétrica

2.4.DILATAÇÃO (FÓRMULA GENÉRICA)
Podemos utilizar a fórmula abaixo, que substitui as três anteriores, desde que para isso utilizemos os valores apropriados.
DX= x.Xo. DT
onde:
DX: dilatação, a qual poderá ser linear, superficial ou volumétrica.
Xo: medida inicial, a qual poderá ser o comprimento inicial, a área inicial e o volume inicial.
x: coeficiente de dilatação, o qual poderá ser a, b ou g.
DT: variação de temperatura.

2.5.RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES DE DILATAÇÃO

2.6.DILATAÇÃO IRREGULAR DA ÁGUA
A água possui um comportamento diferente na sua dilatação. Quando a temperatura da água é aumentada de 0ºC a 4ºC o seu volume diminui. Acima de 4ºC o volume aumenta, como as demais corpos. É por isso que por exemplo:
a)Há um aumento na densidade, pois o volume diminui;
b)Os lagos se congelam apenas na superfície, mantendo a parte de baixo líquida, o que possibilita a continuação da vida abaixo, tais como algas, peixes, etc.

2.7.DILATAÇÃO NOS LÍQUIDOS
Utiliza-se a mesma fórmula para dilatação volumétrica. O cuidado aqui é em saber-se também a dilatação do recipiente onde o líquido se encontra. Apenas medindo-se a dilatação do líquido teremos Dilatação Aparente. A dilatação real é a aparente mais a dilatação do próprio recipiente.

OBSERVAÇÃO:
-Como a dilatação resulta em modificação do volume, podemos concluir que a mesma influi também na densidade das substâncias/ (d=m/V). Um desses resultados observa-se na formação dos ventos. O ar, quando aquecido, dilata-se e, por ter então menor densidade, sobe. Quando esfriar irá descer. Isto causa as correntes de ar por rarefação.
-Veja que também na geladeira doméstica, quando abrimos a porta, sempre sentimos o ar frio nos pés. Isto mostra que, quando frio, o ar se contrai, ocupa menor volume, portanto mais denso, portanto mais pesado por unidade de volume, fazendo que o mesmo desça.

3.MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA
Para efeitos de nosso estudo os estados físicos da matéria são três: sólido, líquido e gasoso. Mudando-se a temperatura e/ou pressão podemos fazer com que os corpos passem de um estado para outro. Em nosso estudo, no momento, estudaremos apenas as passagens que se dão sem se modificar a pressão, ou seja, estudaremos as mudanças de estado ocasionadas pelas mudanças na temperatura.

CRISTALIZAÇÃO

FUSÃO: é a passagem do estado sólido para o estado líquido. Isto se verifica quando o corpo sólido recebe calor, o que provoca uma elevação na sua temperatura até o ponto em que a agitação das átomos passa a ser tanta que a estrutura deixa de ser cristalina e passam a ter uma movimentação maior, caracterizando o líquido.
Durante a fusão a temperatura permanece constante, conforme podemos constatar ao retirarmos um bloco de gelo do congelador e colocar em um prato. Supondo que o gelo esteja à –8oC, ele irá receber calor do ambiente até chegar à temperatura de 0oC, nesse ponto irá começar a passar do estado sólido para o líquido. Enquanto esse processo estiver se desenvolvendo a temperatura tanto do bloco de gelo restante quanto da água que foi aparecendo, estará em 0oC. Quando todo o gelo estiver derretido novamente a temperatura da água começará a subir, até atingir o equilíbrio térmico com o meio ambiente.
TEMPERATURA DE FUSÃO: É a temperatura na qual ocorre a passagem do estado sólido para o líquido.
SOLIDIFICAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o sólido. Isto se verifica quando se retira calor do corpo líquido, o que provoca uma diminuição na sua temperatura até o ponto em que a agitação dos átomos diminui tanto que passam a vibrar segundo uma estrutura cristalina.
TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO: É a temperatura na qual ocorre a passagem do estado líquido para o sólido.
Durante a solidificação a temperatura permanece constante.
VAPORIZAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o gasoso e pode ocorrer de duas maneiras: EVAPORAÇÃO E EBULIÇÃO.

EVAPORAÇÃO: ocorre a qualquer temperatura e seu processo se dá de maneira lenta. Um exemplo são as roupas que se coloca a secar nos varais.
Este processo se dá através de algumas das moléculas do líquido, que estão em movimento, as quais conseguem escapar da superfície do líquido.
A velocidade de evaporação depende de três fatores:
1-quanto maior for a temperatura do líquido maior será a energia das moléculas que se encontram próximas a superfície, portanto maior velocidade de evaporação. Ex: a água à 80 graus evapora mais rápido do que à 20 graus.
2-quanto maior for a superfície do liquido em contato com o ar maior será a velocidade de evaporação. Ex.: um líquido num prato evapora mais rápido do que se estivesse em uma garrafa.
3-quanto maior a umidade próxima a superfície do líquido, menor a velocidade de evaporação porque as moléculas que iriam se desprender da superfície encontrarão já o espaço ocupado por outras moléculas. Ex: em dias úmidos as roupas custam mais a secar.

EBULIÇÃO: ocorre à uma determinada temperatura, característica de cada líquido, chamada TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.
Cada substância possui uma determinada temperatura de ebulição e a mesma permanece constante enquanto se verifica o processo. Ex: a água entra em ebulição à 100oC e permanece nessa temperatura enquanto estiver fervendo.

CONDENSAÇÃO: É a passagem do estado gasoso para o líquido. Isto se verifica quando se retira calor de uma substância que está em ebulição.

SUBLIMAÇÃO: É a passagem do estado sólido direto para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Ex: naftalina, CO2 sólido, cânfora.

CRISTALIZAÇÃO: É a passagem do estado gasoso direto para o estado sólido, sem passar pelo estado líquido. Ex: se aquecermos iôdo cristalino o mesmo irá evaporar. Colocando-se uma superfície fria logo acima da evaporação notaremos que o mesmo se liga a superfície na forma de pequenos cristais.

DETALHE IMPORTANTE: a água tem um comportamento diferente quando é aquecida de 0 a 4oC pois seu volume diminui nessa faixa de temperatura. Após os 4oC volta a Ter o comportamento como as demais substâncias, ou seja, o volume aumenta. Isto explica o aparecimento dos Icebergs apenas com uma pequena parte de seu volume na superfície e também esta é a causa do congelamento apenas na superfície dos lagos, uma vez que, quando a água começa a perder temperatura, antes de congelar, tem seu volume diminuido, consequentemente tornando-se mais densa. Como é mais densa a camada superior desloca-se para baixo até que a temperatura diminui de 0oC onde não há mais diminuição do volume, congelando então apenas a parte superior. Isto mantém as espécies marinhas vivas.

4.CALORIMETRIA
4.1.QUANTIDADE DE CALOR (DQ)
É a medida da energia térmica fornecida por um corpo para outro. Essa energia é chamada Calor. Sua unidade é a caloria e representa-se cal. Também utiliza-se o múltiplo kcal para 100 calorias. Embora não muito utilizado, no sistema internacional de unidades utiliza-se o joule (J ) e temos as seguintes equivalências:

4.2.CAPACIDADE TÉRMICA ( C )
É a quantidade de calor necessária para variar em 1ºC a temperatura de todo um corpo.

4.3.CALOR ESPECÍFICO (c)
É a quantidade de calor necessária para variar em 1ºC a temperatura de 1g de um corpo. Corresponde a capacidade térmica por unidade de massa.

4.5.PRINCÍPIO DA IGUALDADE DAS TROCAS DE CALOR
De acordo com o Princípio da Conservação de Energia, a quantidade de calor cedida por um corpo somada com a quantidade de calor que o outro corpo recebeu é nula.

4.6.CALOR SENSÍVEL
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a variação da temperatura.

4.7.CALOR LATENTE
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a mudança de estado, não havendo variação na temperatura.

4.8.CALORÍMETRO
Recipiente destinado a medir a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo.

Eletromagnetismo

Parte da física que estuda as propriedades elétricas e magnéticas da matéria, em particular as relações estabelecidas entre elas.

Conta uma lenda grega que o pastor Magnes se surpreendeu ao ver como a bola de ferro de seu bastão era atraída por uma pedra misteriosa, o âmbar (em grego, elektron). A história demonstra como é antigo o interesse pelos fenômenos eletromagnéticos.

Denomina-se eletromagnetismo a disciplina científica que estuda as propriedades elétricas e magnéticas da matéria e, em especial, as relações que se estabelecem entre elas.

Histórico. A existência de forças naturais de origem elétrica e magnética fora observada em contextos históricos independentes, mas só na primeira metade do século XIX um grupo de pesquisadores conseguiu unificar os dois campos de estudo e assentar os alicerces de uma nova concepção da estrutura física dos corpos.

No final do século XVIII Charles-Augustin de Coulomb e Henry Cavendish haviam determinado as leis empíricas que regiam o comportamento das substâncias eletricamente carregadas e o dos ímãs. Embora a similaridade entre as características dos dois fenômenos indicasse uma possível relação entre eles, só em 1820 se obteve prova experimental dessa relação, quando o dinamarquês Hans Christian Oersted, ao aproximar uma bússola de um fio de arame que unia os dois pólos de uma pilha elétrica, descobriu que a agulha imantada da bússola deixava de apontar para o norte, orientando-se para uma direção perpendicular ao arame.

Pouco depois, André-Marie Ampère demonstrou que duas correntes elétricas exerciam mútua influência quando circulavam através de fios próximos um do outro. Apesar disso, até a publicação, ao longo do século XIX, dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell, o eletromagnetismo não foi - nem começou a ser - considerado um autêntico ramo da física.

Variáveis e magnitudes. Os fenômenos eletromagnéticos são produzidos por cargas elétricas em movimento. A carga elétrica, assim como a massa, é uma qualidade intrínseca da matéria e apresenta a particularidade de existir em duas variedades, convencionalmente denominadas positiva e negativa. A unidade elementar da carga é o elétron, partícula atômica de sinal negativo, embora sua magnitude não resulte em entidade suficiente para cálculos macroscópicos normais. Como unidade usual de carga usa-se então o coulomb; o valor da carga de um elétron equivale a 1,60 x 10-19 coulombs.

Duas cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, e quando de sinais contrários se atraem. A força destas interações é diretamente proporcional a sua quantidade de carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Para explicar a existência dessas forças adotou-se a noção de campo elétrico criado em torno de uma carga, de modo que a força elétrica que vai atuar sobre outra carga distanciada da primeira corresponde ao produto da quantidade de carga desta primeira por uma grandeza chamada intensidade de campo elétrico. A energia que este campo transmite à unidade de carga chama-se potencial elétrico e geralmente se mede em volts.

Uma das variáveis magnéticas fundamentais é a indução magnética, intimamente relacionada com a intensidade do campo magnético. A indução representa a força magnética exercida sobre um corpo por unidade de carga elétrica e de velocidade. A unidade de indução magnética é o tesla, que equivale a um weber por metro quadrado; o weber é uma medida de fluxo magnético (grandeza que reflete a densidade dos campos magnéticos). Tanto a intensidade de campo elétrico e magnético quanto a indução magnética apresentam um caráter vetorial e, por conseguinte, para descrevê-las adequadamente devem-se definir, para cada uma, sua magnitude, direção e sentido.

Por correlacionar a eletricidade e o magnetismo, adquiriu função especial no campo da física a noção de corrente elétrica, entendida como a circulação de cargas livres ao longo de um material condutor. Sua magnitude é determinada pela intensidade da corrente, que é a quantidade de cargas elétricas livres que circulam pelo condutor em um tempo determinado. Chama-se ampère a unidade de intensidade de corrente resultante da passagem em um condutor de um coulomb de carga durante um segundo. Essa unidade tornou-se a mais importante do ponto de vista eletromagnético, levando o sistema internacional de unidades a ter a notação MKSA: metro, quilograma, segundo, ampère.

Indução eletromagnética. No decorrer do século XIX, as experiências de Örsted e Ampère demonstraram a influência que as correntes elétricas exercem sobre os materiais imantados, enquanto Faraday e Joseph Henry determinaram a natureza das correntes elétricas induzidas por campos magnéticos variáveis no espaço.

Os resultados de suas pesquisas, fundamento da indução eletromagnética, constituem a base do eletromagnetismo. Outros postulados enunciam a existência de dois pólos elétricos, positivo e negativo, independentes e separados, e de dois pólos magnéticos inseparáveis de nomes diferentes (norte e sul). Ampère, estimulado pelas descobertas de Örsted, aprofundou-se na pesquisa das forças magnéticas provocadas nas proximidades de uma corrente elétrica e demonstrou que esses impulsos se incrementam na razão direta da corrente e na razão inversa da distância ao fio pelo qual ela circula. Comprovou, além disso, que as forças induzidas estão em grande medida condicionadas pela orientação do fio condutor.

Ao aproximar-se um ímã de uma pilha elétrica observa-se uma variação em sua força eletromotriz, que é a medida da energia fornecida a partir de cada unidade de carga elétrica nela contida. Essa alteração é interrompida quando se imobiliza o ímã, e adquire sinal contrário quando este é afastado. Deduz-se daí que os campos magnéticos produzem correntes elétricas em um circuito e que o sentido de seu fluxo tende a compensar a perturbação exterior, com a indução simultânea de um campo magnético oposto ao inicial.

Analogamente, uma corrente elétrica que circula em um condutor gera um campo magnético associado que, como efeito derivado, induz no condutor uma corrente de sentido contrário ao da inicial. Esse fenômeno é conhecido como auto-indução, e a relação entre o campo magnético e a intensidade da corrente induzida por ele é fornecida por um coeficiente denominado indutância, que depende das características físicas e geométricas do material condutor. A unidade de medida de indução é o henry, definido como a grandeza gerada entre dois circuitos dispostos de forma tal que quando num deles a intensidade varia em um ampère por segundo seja induzida no outro uma força eletromotriz de um volt.

Interpretação do eletromagnetismo. Desde o advento das idéias inovadoras de Isaac Newton, estabeleceu-se uma interpretação causal do universo segundo a qual todo efeito observado obedeceria a forças exercidas por objetos situados a certa distância. Nesse contexto histórico nasceu a teoria eletromagnética, segundo a qual as atrações e repulsões elétricas e magnéticas resultavam da ação de corpos distantes.

Era preciso, pois, encontrar a verdadeira causa final dessas forças, buscando-se uma analogia com a massa gravitacional de Newton e, simultaneamente, explicar de forma rigorosa os mecanismos de interação eletromagnética entre os corpos. Coube a Ampère, a partir de seus trabalhos sobre correntes elétricas, expor a teoria da existência de partículas elétricas elementares que, ao se deslocar no interior das substâncias, causariam também os efeitos magnéticos. No entanto, em suas experiências, ele não conseguiu encontrar essas partículas.

Por outro lado, Faraday introduziu a noção de campo, que teve logo grande aceitação e constituiu um marco no desenvolvimento da física moderna. Concebeu o espaço como cheio de linhas de força -- correntes invisíveis de energia que governavam o movimento dos corpos e eram criadas pela própria presença dos objetos. Assim, uma carga elétrica móvel produz perturbações eletromagnéticas a seu redor, de modo que qualquer outra carga próxima detecta sua presença por meio das linhas do campo. Esse conceito foi desenvolvido matematicamente pelo britânico James Clerk Maxwell, e a força de seus argumentos acabou com a da idéia de forças que agiam sob controle remoto, vigente em sua época.

Os múltiplos trabalhos teóricos sobre o eletromagnetismo culminaram em 1897, quando Sir Joseph John Thomson descobriu o elétron, cuja existência foi deduzida do desvio dos raios catódicos na presença de um campo elétrico. A natureza do eletromagnetismo foi confirmada ao se determinar a origem das forças magnéticas no movimento orbital dos elétrons ao redor dos núcleos dos átomos.

Ondas eletromagnéticas. O conceito de onda eletromagnética, apresentado por Maxwell em 1864 e confirmado experimentalmente por Heinrich Hertz em 1886, é utilizado para demonstrar a natureza eletromagnética da luz.

Quando uma carga elétrica se desloca no espaço, a ela se associam um campo elétrico e outro magnético, interdependentes e com linhas de força perpendiculares entre si. O resultado desse conjunto é uma onda eletromagnética que emerge da partícula e, em condições ideais - isto é, sem a intervenção de qualquer fator de perturbação - se move a uma velocidade de 299.793km/s, em forma de radiação luminosa. A energia transportada pela onda é proporcional à intensidade dos campos elétrico e magnético da partícula emissora e fixa as diferentes freqüências do espectro eletromagnético.

Aplicações. A teoria eletromagnética é muito usada na construção de geradores de energia elétrica, dentre estes destacam-se os alternadores ou geradores de corrente alternada, que propiciam maior rendimento que os de corrente contínua por não sofrerem perdas mediante atrito. A base do alternador é o eletroímã, núcleo em geral de ferro doce e em torno do qual se enrola um fio condutor revestido de cobertura isolante. O dispositivo gira a grande velocidade, de modo que os pólos magnéticos mudam de sentido e induzem correntes elétricas que se invertem a cada instante. Com isso, as cargas circulam várias vezes pela mesma seção do condutor. Os eletroímãs também são utilizados na fabricação de elevadores e instrumentos cirúrgicos e terapêuticos. Seu uso abrange diversos campos industriais, uma vez que os campos que geram podem mudar de direção e de intensidade

O ar

Bom, vou falar um pouco sobre o ar, que todos nós sabemos para que ele serve, e como age.

Mas, vou falar do ar na parte da física, pois todos nós sabemos que o ar serve para que os seres do nosso planeta continuem vivos. O que muita gente não sabe é que o ar também é um óptimo isolante térmico e, com a ajuda de bens materiais podemos fazer muitas coisas com esse elemento da natureza chamado " AR"

Por que os países com temperaturas mais elevadas, muitas pessoas usam em suas casas, janelas com camada dupla de vidro e, com pouco de conhecimento da física, pesquisam projectos para economizar energia.

Como já citei cima, o ar é um óptimo isolante térmico, então o que acontece no fato de usar camada dupla de vidro nas janelas?
1º vamos economizar bastante energia, porque não iremos precisar de de ar condicionado.
2º iremos gastar menos, colocando camada dupla de vidro à colocar um bom ar condicionado e gastar com instalação, manutenção e energia eléctrica.

O que concluímos com isso? Como teremos camada dupla de vidro, o ar que fica entre os vidros, impede que passe a maior parte do calor do sol para dentro da casa, ou seja, um óptimo isolante.

Para entendermos melhor o processo do aquecimento do ar, explico detalhadamente a segui:

Os átomos estão afastados uns dos outros.

O calor se transmite de três formas.
Condução (sólidos, os átomos estão bem próximos, um átomo se movendo, conduz o outro ao mesmo movimento, nos metais o efeito é ainda maior devido às ligações estarem numa certa ordem).
É preciso notar que o calor é uma forma de energia correspondente ao movimento vibratório das moléculas dos corpos. As moléculas vibram e se chocam com as moléculas vizinhas, transferindo-lhes energia. Essas moléculas vizinhas, por sua vez, passarão adiante a energia calorífica de modo que o calor será conduzido ao longo do material para a extremidade fria.

Convecção (líquidos e gases)
Embora maus condutores de calor (menos o mercúrio), os líquidos se aquecem facilmente quando a fonte calorífica actua na parte inferior do recipiente em que está encerrado. Este modo de aquecimento ocorre em virtude da própria fluidez do líquido e é denominado convecção. Convecção é a transferência de calor pela matéria em movimento.

Irradiação
Irradiação térmica: (sólidos, líquidos e gases)
Todos os corpos emitem continuamente ondas electromagnéticas, devido à agitação térmica de suas moléculas. Essa emissão é que chamamos de irradiação térmica. Medindo a energia irradiada por um corpo numa determinada temperatura, em função do comprimento de onda, constatamos que a maior parte da irradiação ocorre ao redor de um determinado comprimento de onda, que é o comprimento de onda principal de irradiação. O comprimento de onda principal de irradiação depende da temperatura do corpo: quanto maior a temperatura, menor o comprimento de onda principal de irradiação.


Qual a razão da diferença de comportamento dos diversos materiais? Novamente,
a questão está na organização microscópica dos átomos. Dependendo
do arranjo dos átomos, e de como estão interligados no material, o aumento
de temperatura requer maior ou menor energia, pois o aquecimento significa
aumentar o movimento dos átomos no material.

Agora imagine um salão bem grande em quatro situações, e imagine que vamos jogar boliche (pessoas como pinos a bola é o calor).

Quando as pessoas estão começando a chegar (gases,ar) se você for óptima jogadora acertará uma pessoa, se acertar.

Quando metade das pessoas chegaram (liquido) você acerta uma pessoa, que tenta se manter em pé na tentativa para do outro lado do salão as pessoas se agitam mudam de posição, pronto tem outra pessoa bem na sua mira.

Agora todos chegaram; salão lotado (sólido), uma bola, um é atingido, mas cai sobre o vizinho. Uns caem outros se desequilibram, mas nem todos.
Mas como são militares numa cerimonia, se puseram em fila maravilha,com uma bola toda fila cai. Mas na fila dos lados poucos caem, na outra, menos ainda (metais de menor condutividade).

Todos se colocam em formação delta (pinos de boliche) todos caem (metais de alta condutividade).

Conclusão: as moléculas do ar somente trocam calor por convecção e irradiação, por isso como isolamento térmico procuramos manter a maior quantidade possível de ar parado (entre as fibras da lã, por exemplo), usamos uma superfície reflexiva para reflectir a irradiação térmica (exemplo bulbo da garrafa térmica).

vou colocar alguns experimentos para ainda melhor intender o ar.

O ar realmente existe?
Experimento - 01

Abane o seu rosto com uma folha de papelão. Você sente algo, mas não pode vê-lo. O papelão não toca em você e não há nada a mais no momento em que você abana que não estivesse presente antes ou não esteja presente depois do movimento. Assim, o que você sentiu deve ser o ar.
Se você usar uma folha de papel de caderno, em lugar de papelão, observará certa dificuldade para se abanar, pois o papel irá dobrar (a menos que você se abane bem vagarosamente!). Isso mostra que o ar exerce certa resistência ao movimento de objectos mergulhados nele.

Como podemos mostrar que o ar ocupa espaço?
Experimento - 02

Encha um balão de ar. O ar preenche o espaço dentro do balão.

Experimento - 03

Encha um béquer, até um pouco acima d a metade, com água. Coloque um pouco de corante na água. Coloque um tubo de ensaio com a abertura para baixo. A água não entra no tubo de ensaio porque o ar ocupa aquele espaço. Incline o tubo de modo que um pouco de ar saia. A água agora pode entrar, ocupando o espaço deixado pelo ar que saiu.


O ar possui peso?
Experimento - 04

Infle dois balões a um mesmo tamanho. Amarre cada bico com um fio, fazendo um laço. Prenda com uma fita adesiva, pelo lado inverso ao bico, a uma vareta - um balão em cada ponta. Suspenda a vareta pelo centro de modo que os dois balões fiquem equilibrados na horizontal. Um aluno pode segurar na frente da classe de modo que todos possam ver os balões equilibrados na 'balança'.

Desfaça o laço de um dos balões, deixando o ar sair. O balão inflado irá inclinar a vareta para baixo porque é mais pesado do que o balão sem ar.

O ar se expande quando aquecido?
Experimento - 05

Coloque uma bexiga/balão na boca de uma garrafa de vidro. Coloque a garrafa sobre o bico de Bunsen (ou da chama de uma lamparina a álcool). O balão irá inflar à medida em que o ar na garrafa se aquecer e vai se expandindo. (Um adulto deve executar este experimento com uma luva térmica. As crianças não devem se aproximar muito enquanto o recipiente estiver quente.)

O ar exerce pressão?
Experimento - 06

Ponha um livro sobre uma bexiga vazia. Encha a bexiga com ar (isso pode ser feito usando uma mangueirinha de borracha, látex ou plástica) e veja a elevação do livro. Do mesmo modo, o ar no pneu suporta o peso do carro.

Experimento - 07

Pegue um galão de lata com tampa de rosca. Coloque um copo de água no galão. Ponha o galão destampado sobre o bico de Bunsen e deixe ferver por vários minutos. O vapor irá forçar o ar para fora do galão. Tire da chama e rosqueie a tampa logo em seguida. Deixe o galão resfriar e observe ele ficar amassado. À medida em que o vapor dentro do galão resfria e se condensa,
não haverá mais nada a exercer uma pressão do lado de dentro e a lata é amassada pela pressão do ar do lado de fora. (Um adulto deve executar este experimento com uma luva térmica. As crianças não devem se aproximar muito enquanto o recipiente estiver quente).

Experimento - 08

Encha um frasco ou um copo de vidro com água. Coloque um cartão por sobre a boca (o cartão deve ser fino e apenas um pouco maior do que a boca do recipiente). Mantenha o cartão pressionado firmemente contra a boca, vire o recipiente de cabeça para baixo. Solte o cartão. Ele não cai mesmo que o peso da água pressione o cartão para baixo. A pressão do ar, que é de cerca de 1 kgf por cm², é maior do que a pressão exercida pelo peso da água. O ar exerce forças de pressão em todas as direções. Recomenda-se fazer este experimento sobre uma pia ou uma bacia para o caso de ocorrer um acidente e a água cair.

Sifão também demonstra a pressão exercida pelo ar

Experimento - 09

Encha um béquer com água e coloque-o próximo à borda de uma mesa. Coloque um vidro vazio sobre uma cadeira logo abaixo. Encha uma mangueira de borracha de mais ou menos 60 cm de comprimento com água e, fechando com os polegares as extremidades, coloque as pontas dentro de cada recipiente. Solte as duas extremidades ao mesmo tempo e a água irá fluir mangueira acima a partir do béquer cheio de água e depois descerá para o vidro vazio. Esse aparente desafio às leis da gravidade é levado a cabo pela pressão do ar. À medida em que a água flui, por gravidade, do ponto mais alto da mangueira para o vidro vazio, um vácuo parcial é criado nesse ponto mais alto. A pressão do ar sobre a água no béquer mais alto força então a água em direção ao vazio criado. Pode-se usar esse princípio do sifão para se esvaziar um aquário ou para se retirar resíduos do fundo dele.

O ar em movimento exerce uma menor pressão lateral?
Experiência - 10

Corte uma tira de papel de aproximadamente (3 x 20) cm e dobre uma orelha a 3 cm de uma das extremidades. Segure essa extremidade com a orelha voltada para baixo contra os seus lábios inferiores e assopre levemente. O papel irá se levantar porque o ar em movimento acima da tira exerce menos pressão do que o ar abaixo dela o qual está praticamente em repouso. A asa do avião não tem esse formato da tira de papel?

Há ar no solo?
Experiência - 11

Coloque um pouco de terra ou areia em um béquer. Cubra com água e observe a subida de bolhas.

Há ar na água?
Experiência - 12

Coloque um béquer com água sobre o bico de Bunsen e observe a subida das bolhas. (Não deixe que a água ferva.)

Ponha um béquer de água fria de torneira sobre a mesa e observe a formação gradual de bolhas do lado de dentro do béquer. Se não houvesse ar na água, os peixes morreriam.

Há água no ar?
Experiência - 13

Ponha cubos de gelo em um béquer com água e deixe-o em um lugar aquecido. Água irá se condensar, proveniente do ar, sobre a superfície externa do vidro. A água não pode atravessar o vidro, assim ela deve ter vindo mesmo do ar que estava ao redor do béquer.

Obs: Espero que tenho tirado muitas duvidas, aproveite as informações.

Aquecedor solar com garrafa

Esse é um projecto desenvolvido por físicos que, relacionado a física com a economia e a saúde da natureza.
É um aquecedor solar feito com materiais recicláveis, que além de ser uma óptima economia para o consumidor de energia eléctrica, não agride a natureza.

Bom vou falar agora o porquê desse aquecedor solar em relação a física e, depois os materiais de preparo e como montar.

Sabemos que o sol é uma estrela e ela fornece calor. Sabemos também que quando usamos alguma roupa de cor preta, parece que com o sol, a roupa esquenta mais do que uma outra roupa de cor clara. Ainda sabemos que uma garrafa térmica que colocamos café, chá, água ou qualquer líquido, vai aguentar a temperatura por um bom tempo, pelo fato de a garrafa ser um isolante térmico quase perfeito.
Bom por que estou falando tudo isso e, o que isso tem a ver com o aquecedor?
A resposta é: sim, tem tudo a ver com o aquecedor solar, porquê? explicarei a seguir.

O aquecedor é feito com alguns materiais. a garrafa pet serve para proteger a caixa de leite, essa é a sua única função.

* Garrafas pet (preferência 2 litros)
* Caixas de leite
* Tinta de cor preta fosca
* Cano de água
* conectores de canos (ou joelho para ligar canos)

Garrafa pet: serve para a proteção da caixa de leite e, ajuda a abafar o calor do ar, trancando a maior parte de sua saída, fazendo com que o cano aqueça mais.

Caixa de leite: contém um papel alumínio na sua parte interior e uma propaganda do seu fabricante na parte exterior. Quando montamos o procjeto essa parte da propaganda é pintada de cor preta fosca, pois como expliquei cima, utilizando uma roupa de cor preta irá aquece mais do que uma outra roupa de cor clara, pois o preto ou cores escuras absorvem mais o calor.
Então o que acontece é, a caixa de leite é colocada dentro da garrafa pet, enrolada com o lado do papel alumínio para dentro e a parte de cor preta para cima, e o cano de água por dentro da caixa de leite. Com isso, o lado preto da caixa de leite irá absorver o máximo que puder do calor do sol, jogando o calor para dentro, como na parte interior da caixa é papel alumínio, irá isolar e, nao premitira a passagem do calor de volta para fora. Aquecendo o cano, irá também aquecer a água.

Essa formulação de projecto será feito através de espiral, ou seja, todas as garrafas serão preenchidas com o equipamento que formarão curvas. Mostrai em imagens e vídeos, que já estão adicionados no blog.

Como montar o aquecedor.

1º passo
Cortar o fundo e a boca da garrafa, todas com um mesmo tamanho.

2º passo
Pintar de cor preta a propaganda das caixas de leite e, acertando suas laterais.

3º passo
Colocar as caixas de leite dentro das garrafas (com o lado preto para cima), logo em seguida encaixar as garrafas uma atrás da outra até um tamanho desejado.

4º passo
Passar o cano por dentro das garrafas já montadas e, ligar uma fileira de garrafas com a outras através das conexões de canos fazendo um espiral de garrafas.

5º passo
Colocar em cima do telhado e liga na caixa d'água. Lembrando que a água deve passar primeiro pela caixa depois ir para o aquecedor e logo em seguida para a casa.

Obs: adicionei o vídeo de como ficará a placa de garrafa e as fotos de como vai ficar.

Obs 2: com uma placa de 600 garrafas pet, a água chega em média 29 C°.