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Eletricidade posta a trabalhar
(Parte 13)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

O coesor
Em 1894, Oliver Lodge (1851-1940) desenvolvera um método aperfeiçoado de detecção das ondas de rádio. Seu aparelho foi realmente inventado como um protetor das linhas telegráficas contra raios. Consistia de duas esferas de metal separadas por um pequeno espaço, como se vê na ilustração abaixo.


Coesor de Lodge, um detector mais eficiente
de ondas de rádio

 Uma delas era normalmente ligada à linha telegráfica, enquanto que a outra estava presa a uma haste enfiada em terra úmida. Ele descobriu que as esferas tendiam a fundir-se uma com a outra após a passagem de uma centelha, podendo entretanto ser separadas novamente por meio de uma pequena batida. Assim, a resistência elétrica de uma esfera para a outra era muito alta, antes da passagem da centelha, e muito baixa, depois dela.
Lodge explicou que as esferas tendiam a “aderir-se” após uma centelha e o aparelho tomou-se conhecido como coesor, nome este um tanto esquisito. Lodge demonstrou seu coesor em uma conferência pronunciada na Royal Institution of London, em 1894. O aparelho foi ligado em série com uma bateria e uma campainha elétrica, conforme mostramos abaixo.


Circuito de recepção de Lodge para
ilustrar o uso das ondas de rádio
para sinalização

Quando se deu uma centelha em um circuito próximo, as esferas se juntaram, o circuito foi fechado e a campainha começou a tocar, continuando assim até que as esferas fossem separadas por uma pequena pancada. Quando Lodge colocou a campainha no mesmo suporte do coesor, a vibração mecânica da primeira batida da campainha foi suficiente para separar as esferas. Cada centelha foi então assinalada por um toque separado da campainha.

Um aparelho melhorado foi logo desenvolvido por Edouard Branly (1846-1900). O aparelho de Branly consistia de um tubo de vidro cheio com pó de metal. Um elétrodo em cada extremidade tornava possível enviar urna corrente fraca através de pó não comprimido. Branly observou que a resistência elétrica do pó diminuía substancialmente em presença de uma centelha próxima. Entretanto, após a pequena pancada, a resistência elevava-se novamente a um valor bastante alto.

Por alguma razão, Lodge não fez nenhuma tentativa para transmitir informações utilizando sua nova técnica. Escreveu ele mais tarde, em 1923:

“Eu estava muito ocupado com o trabalho de ensino, para dedicar-me ao desenvolvimento da telegrafia ou de qualquer outra coisa; também não tive visão para perceber a extraordinária importância que veio a ter para as marinhas de guerra e mercante e, igualmente, para o exército e os serviços de terra.”

As primeiras conferências de Lodge inspiraram um grande interesse pela radiotelegrafia. Henry B. Jackson (1855-1929), oficial da marinha inglesa que mais tarde se tomou Primeiro Lorde do Almirantado, levou a cabo experiências secretas de radiocomunicações telegráficas, em 1895 e 1896, mas não publicou seus resultados e os estudos não foram seguidos. Na Alemanha, Adolph Slaby (1849-1913) começou a fazer experiências com as ondas de rádio, mas escreveu mais tarde que conseguiu poucos progressos nos primeiros anos. Na Rússia, Alexandre Stepanovich Popov (1859-1905) realizou experiências com um circuito semelhante ao de Lodge. Conseguiu registrar certos distúrbios elétricos, inclusive os de origem atmosférica, desde 1895. Não há prova conclusiva de que ele tenha realmente utilizado seu aparelho para transmitir sinais telegráficos. De qualquer modo, não elaborou nenhum sistema prático de radiotelegrafia.
O uso das ondas de rádio como meio de transmitir sinais telegráficos começou realmente na Itália. Ali, um jovem chamado Guglielmo Marconi (1874-1937) começou uma carreira que resultou em três grandes descobertas científicas no campo da radiotransmissão e recepção.

Nascimento da telegrafia sem fio
Em meados de 1894, em férias nos Alpes, o jovem Marconi, com vinte anos, deparou-se com um artigo que descrevia as experiências de Hertz. Mais tarde, ele escreveu:

Pareceu-me que, se a radiação pudesse ser aumentada, desenvolvida e controlada, seria possível enviar sinais através do espaço a consideráveis distâncias. Minha principal dificuldade foi que a idéia era tão elementar, tão simples em sua lógica, que me parecia difícil acreditar não ter ninguém jamais pensado em colocá-la em prática. Eu argumentava que devia haver cientistas muito mais amadurecidos que tivessem seguido a mesma linha de pensamento, chegando a conclusões quase idênticas. Desde o princípio, a idéia pareceu-me tão real que não compreendi que a teoria pudesse parecer quase fantástica para os outros.

Após estudar os resultados das experiências de Hertz, Marconi voltou às pressas para casa, reuniu uma bobina de indução, um centelhador, uma chave de telegrafia, baterias e um coesor Branly. Seguindo os métodos de Hertz e de Lodge, seu primeiro aparelho enviou sinais da extremidade de uma mesa para a outra. Melhorando o aparelho e utilizando centelhas mais intensas, foi-lhe possível aumentar essa distância para várias milhas. Tudo isto foi realizado com aparelhos que, pelo menos na forma, eram essencialmente iguais aos de seus predecessores. Sendo otimista, ele previu que o alcance eventualmente seria estendido a centenas de milhas.

A maior parte dos cientistas da época ridicularizou a opinião de Marconi. Argumentavam que as ondas de rádio têm as mesmas propriedades que as ondas de luz e, assim sendo, somente se propagam em linha reta. Uma vez além do horizonte, elas se perderiam no espaço, e a recepção seria interrompida. A despeito da opinião unânime, Marconi continuou suas experiências, e descobriu um novo princípio. Aprendeu a “amarrar” suas ondas de rádio à superfície da terra, ligando seu transmissor a dois condutores, um estendido bem acima do solo, e o outro mergulhado na terra úmida. Desta maneira, suas ondas eram guiadas em torno da superfície da terra até distâncias de cerca de duzentas milhas. O segredo vital do primeiro sucesso de Marconi foi sua onda ligada à terra.

Compreendendo que tinha uma nova força à sua disposição, Marconi concebeu o ousado projeto de cruzar o Atlântico. Instalou um poderoso transmissor em Poldhu, Cornwall, na Inglaterra, e um sistema receptor em St. John’s, Newfoundland, no ano de 1901. (Um grande sistema de antena em Cape Cod tinha acabado de ser derrubado por um furacão.) Depois de encontrar considerável dificuldade com antenas sustentadas por balões e “papagaios” em St. John’s, conseguiu manter no ar, a 12 de dezembro, um fio de 400 pés de comprimento, durante o tempo suficiente para convencê-lo de que tinha recebido os sinais de Poldhu. A letra S, três traços em código Morse, tinha sido transmitida de Poldhu para Newfoundland, a cerca de 2 000 milhas de distância. Em sua transmissão através do oceano, suas ondas de rádio tinham passado sobre uma montanha de água de mais de 100 milhas de altura!

A afirmativa de Marconi era tão incrível que muitos cientistas e leigos simplesmente não podiam acreditar. Entretanto, recebeu os sinais de Poldhu a bordo do vapor Philadelphia, navegando a aproximadamente duas mil milhas. Quando o navio encostou nas docas de Nova Iorque em março daquele ano, ele desceu a escada de bordo e estendeu aos repórteres jardas de fita “telegráfica” mostrando traços e pontos gravados automaticamente enquanto viajava através do oceano.

“Agora — exclamou ele — quero que alguém diga que eu estava enganado em Newfoundland!”

Em sua viagem através do Atlântico, Marconi descobriu que o alcance de recepção era maior à noite do que durante o dia. Tendo recebido sinais a até 2000 milhas, verificou que durante o dia o alcance era de apenas um terço. Suas experiências subseqüentes mostraram, entretanto, que a diferença entre o alcance à noite e durante o dia podia ser reduzida pelo uso de comprimentos de onda extremamente longos. Esta pesquisa culminou em 1907 com o estabelecimento do primeiro serviço radiotelegráfico transatlântico, entre a Nova Escócia e a Irlanda. O transmissor de centelha de Marconi gerava ondas de rádio que tinham comprimentos de onda de vários milhares de metros. Pelo menos 50 quilowatts de potência elétrica foram usados para gerar essas ondas, tendo sido construídas antenas gigantescas para transmiti-las e recebê-las. Em anos seguintes, os comprimentos de onda atingiram 10000 metros, tendo sido construídas antenas de uma milha de comprimento estendidas a 1 000 pés acima do solo, para recebê-las.
Os cientistas e engenheiros estavam agora convencidos de que comunicações seguras a longa distância dependiam do uso de grandes quantidades de energia, e de comprimentos de onda cada vez maiores. Como veremos, o rádio enveredara por um caminho errado.
Mas, muito antes de tomar-se óbvio o erro de utilizar ondas longas, a Ciência descobriu o mecanismo pelo qual as ondas de rádio circulam em torno da Terra.

A ionosfera
O feito de Marconi, vencendo o Atlântico em 1901, não podia ser explicado com base nos conhecimentos existentes. Suas experiências anteriores, compreendendo um alcance muito mais curto, não tinham ameaçado seriamente a crença científica de que as ondas de rádio se propagam somente em linha reta. Mas o pulo de duas mil milhas sobre o Atlântico trouxe à mente a figura de uma montanha de água salgada, interposta entre o transmissor e o receptor. Era claro que alguma coisa tinha sido deixada de lado no raciocínio científico que levou ao pessimismo inicial.

A resposta foi primeiramente sugerida por A. E. Kennelly em 1902, ao concluir que uma camada condutora de cargas elétricas deve existir na atmosfera superior da Terra, a uma altitude de 80 quilômetros. Ele calculou que a camada teria uma condutividade elétrica cerca de vinte vezes maior que a água do mar.

Era bem conhecido que uma grande superfície condutora era bom refletor de ondas de rádio. Hertz tinha demonstrado tal fato pela experiência. Talvez a atmosfera superior contivesse um grande espelho de rádio, que refletisse as ondas de rádio de volta para a Terra. A água do mar e a terra molhada são também bons condutores de carga elétrica, havendo assim, na realidade, dois espelhos envolvidos. Nas palavras do próprio Kennelly:

Parece razoável inferir que os distúrbios eletromagnéticos emitidos por uma antena emissora de telegrafia sem fio espalham-se para fora horizontalmente, bem como para cima, até que são encontradas as camadas condutoras da atmosfera, após o que as ondas se deslocam horizontalmente para fora em uma camada de 50 milhas, entre a superfície refletora de 'eletricidade', ou séries sucessivas de superfícies, no ar rarefeito de cima.

Pouco após ter sido publicado o documento de Kennelly, Oliver Heaviside fez uma sugestão semelhante:

A água do mar, embora transparente à luz, tem suficiente condutividade para fazê-la comportar-se como um condutor de ondas hertzianas, e o mesmo é verdadeiro com referência à terra, de maneira mais imperfeita. Daí as ondas acomodarem-se à superfície do mar, da mesma maneira que elas seguem os fios. As irregularidades provocam confusão, não há dúvida, mas as ondas principais são arredondadas pela curvatura da Terra, e não escapam. Há também uma outra consideração. É possível haver uma camada suficientemente condutora no ar superior. Se assim for, as ondas serão mais ou menos apanhadas por elas, por assim dizer. Em seguida, a orientação será feita pelo mar, por um lado, e pela camada superior, por outro lado.

A camada de Kennelly-Heaviside, como foi chamada, foi ridicularizada e menosprezada por quase uma geração. A maior parte dos cientistas tentou explicar os resultados de Marconi com base na difração, ou curvatura em direção à sombra da Terra. Eles salientaram que os comprimentos de onda eram excessivamente longos, e que podia ocorrer suficiente refração para responsabilizar-se pelos resultados observados. Embora uma pequena quantidade de desvio por difração das ondas longas de rádio realmente ocorra, nenhuma teoria completamente satisfatória foi desenvolvida para explicar os alcances de 2000 milhas ou mais. Não obstante, a camada de Kennehly-Heaviside, ou ionosfera, como agora é chamada, não foi aceita universalmente e teve que esperar até que Marconi fizesse sua segunda grande descoberta —com auxílio dos radioamadores.

Segue Parte 14 (final) --- crepúsculo do rádio

 


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