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N Efeitos na Física Prof. Luiz
Ferraz Netto Apresentamos aqui um resumo de uma série de efeitos da física em geral. Alguns são velhos conhecidos dos leitores, outros podem ser novidades. Independentemente de nós os reconhecermos ou não, são eles alguns dentes da engrenagem do progresso científico. É leitura compensadora e sugestões para pesquisas sobre excelentes temas em Feiras de Ciências ou para Trabalhos Escolares. Envie sua sugestão para a inserção de outros efeitos. EFEITO: Fisicamente, 'efeito' é designação genérica de um fenômeno notável ou conspícuo por qualquer particularidade. É reconhecido, comumente, pela particularidade que o caracteriza ou pelo nome do observador que o descobriu. 1.
Efeito de magnetoestricção
Você pode constatar isso experimentalmente, utilizando-se de um tubo de aço ou de ferro, conforme a montagem que ilustramos.
2.
Efeito Brigite Bardot 3. Efeito Kerr
4.
Efeito Stark 5.
Efeito Hallwachs
6.
Efeito Barkhausen Barkhausen é geralmente mais conhecido devido à sua descoberta da auto-oscilação em válvulas termiônicas, quando uma grade (eletrodo de controle) está a um potencial maior que aquele da placa. O efeito Barkhausen, do ferromagnetismo, resultado do salto espontâneo dos eixos dos dipolos dos recintos de Weiss, pode ser posto em destaque de um modo muito simples: uma haste de ferro (virgem), que se pretende imantar pela primeira vez, é introduzida no interior de uma bobina de carretel isolante; ao aproximarmos a haste de um pólo magnético, cada um dos saltos dos recintos magnéticos produz um aumento instantâneo do campo de indução na bobina, o que origina um pulso de tensão induzida na mesma. Essa, por sua vez, num circuito fechado, estimula um circulação de um pulso de corrente elétrica. Essas correntes são recebidas pelo amplificador de áudio e, os golpes de indução são ouvidos corno um crepitar no alto-falante. Se a imantação se efetuar com lentidão suficiente, podemos mesmo ouvir distintamente cada golpe.
7.
Efeito Seebeck Seebeck foi o primeiro a constatar que um circuito formado pela conexão de dois metais diferentes, passa a ser fonte de força eletromotriz (e conseqüentemente a causa da corrente elétrica num circuito fechado), quando as junções desses metais estiverem a temperaturas diferentes. Você pode verificar isso facilmente e até utilizar desse efeito para, por exemplo, examinar as diferentes temperaturas nas típicas regiões da chama de um bico de Bunsen.
8.
Efeito Doppler-Fizeau É fácil verificá-lo para as ondas sonoras, registrando a altura do som emitido pelo apito de uma locomotiva que se aproxima ou afasta de um observador, como dito acima. Quando o móvel se aproxima do observador a altura do som é maior que a emitida e quando se afasta é menor. Quantitativamente, estas observações exprimem-se pela expressão: f' = f.[v +ou- v'].[v -ou+ v"]-1 em que f' e f são as freqüências observada e emitida, v é a velocidade da onda no meio, v' a velocidade do observador medida num referencial fixo no meio e v" a velocidade da fonte medida no mesmo referencial. Os sinais positivo no numerador e negativo no denominador indicam que o observador e a fone se aproximam; os outros dois sinais indicam o afastamento. Para as ondas eletromagnéticas o efeito exprime-se quantitativamente por: f = f'.[1 + (v/c)cosq].[1 - (v/c)2]-1/2 em que f é a freqüência da onda, num referencial que se move com velocidade v em relação a outro em que a freqüência da mesma onda é f'; c é a velocidade da luz e q é o ângulo entre a direção de movimento e a direção da propagação da luz. A diferença entre f e f' é o chamado deslocamento Doppler. 9. Efeito Meissner
10.
Efeito Luxemburgo Corno resultado, o programa da estação mais potente poderá ser distintamente ouvido durante a recepção das emissoras mais fracas. 11. Efeito Ettinghausen
12.
Efeito Siemens 13. Efeito Bequerel
14.
Efeito Barnett 15.
Efeito Hall 16.
Efeito Thomson No cobre, isto é mais notável, quando a corrente flui de partes quentes para partes frias. No ferro ocorre o oposto. A pequena diferença que fugia às explicações é devida, exatamente, ao efeito Thomson. 17.
Efeito Peltier Encontra atual aplicação prática, no aquecimento ou resfriamento de pequenos objetos por elementos semicondutores e na termopilha. A revista Química Nova, vol. 16, no. 1, janeiro/fevereiro de 1993 trás excelente artigo de Pedro L. O. Volpe, da UNICAMP, na página 49, com título: "O que são termopilhas, como funcionam e como os químicos podem utilizar estes componentes". Química Nova é uma publicação da Sociedade Brasileira de Química. 18.
Efeito Volta Assim, uma lâmina de cobre superposta a uma lâmina de zinco geram uma d.d.p., com cobre positivo e zinco negativo. 19.
Efeito Joule A quantidade de calor trocado com o ambiente, por sua vez depende, por uma parte, da intensidade da corrente através do condutor, por outra, da natureza e das dimensões desse condutor, isto é, da sua resistência elétrica. As observações que demonstram este fenômeno são numerosas:
Uma
primeira experiência, que permite obter conclusões científicas do
fenômeno em observação, consiste em estender entre dois suportes,
um fio de ferro de 0,5 a 1,5 mm de diâmetro e de 4 a 5 metros de
comprimento.
Usando-se de fio de ferro galvanizado, o zinco superficial queimará com grande brilho. Usando-se fio de aço duro observa-se, durante o aquecimento, que o fio inicialmente desce, depois sobe um pouco, para tornar a descer apreciavelmente. Os mesmos fenômenos, que se reproduzem em sentido inverso, quando se interrompe a corrente, são devidos às transformações internas do aço. Usando-se fio de alumínio observa-se que este funde-se mas, fica envolto por uma camada de alumina que o sustenta; constituindo assim um fio muito leve. As
leis de Joule têm por objeto determinar a quantidade de calor Q
que se desprende num condutor, durante o intervalo de tempo Dt,
quando percorrido por corrente de dada intensidade i.
A grandeza Q/Dt é denominada potência térmica do condutor (P), de modo que podemos escrever: P a i2 . Esta
lei resulta da seguinte experiência:
Faz-se passar sucessivamente e durante um minuto cada vez, correntes de 1A, 2A, 3A, 4A, na espiral S, resultando os seguintes valores:
o que verifica a lei enunciada. A segunda lei de Joule tem por objeto determinar como influi a geometria e a natureza do condutor no fenômeno observado; é enunciada assim:
Substituamos na experiência precedente a espiral metálica S por uma outra do mesmo metal, mas de comprimento ou secção diferentes, ou ainda por uma espiral de mesmas dimensões, mas de natureza diferente. Para um mesmo valor da intensidade de corrente as quantidades de calor desprendidas por segundo não são as mesmas. Este resultado pode ser facilmente evidenciado por experiências de ordem qualitativa: Experiência 1 — Dispõem-se, em série, dois fios de mesmo comprimento, do mesmo metal (ferro por exemplo), mas de secções muito diferentes (0,1 e 2 mm) e faz-se passar neles uma corrente controlada. Aumentando-a progressivamente, constata-se que o fio fino torna-se incandescente, enquanto que o mais grosso se aquece muito menos. Experiência 2 — Dispõem-se, em série, dois fios de mesmo comprimento, mesma seção reta, porém um de cobre e outro de ferro. Aumentando-se pouco a pouco a intensidade de corrente, o de ferro torna-se incandescente, enquanto que o cobre pode ser sustido na mão. Conclusão, se P = Q/Dt é a potência termoelétrica do condutor, sob corrente constante de intensidade i, tem-se: P = R.i2 , onde R, característico do condutor, recebe a denominação de 'resistência elétrica' e engloba os parâmetros: comprimento do fio, seção reta do condutor e natureza do mesmo.
20.
Efeito Miller 21.
Efeito Edison Ele concluiu que isso era devido às minúsculas partículas de carvão que se destacavam do filamento, quando o mesmo era levado à incandescência, pela corrente elétrica. Experimentando achar um modo de evitar esse escurecimento, Edison colocou uma placa de metal (P) entre o vidro e o filamento (F). Isso resolveu o problema do escurecimento do bulbo porém, nosso ilustre observador verificou que tal placa ficava carregada (eletrizada). Um sensível galvanômetro (G) ligado entre a tal placa e o filamento acusava uma corrente elétrica unidirecional (retificada, como diríamos hoje!). Corno explicar a origem dessa corrente elétrica? Edison não foi capaz de resolver essa questão, aliás, ninguém o faria pois, o elétron ainda não tinha nascido. A válvula termiônicas nasceu dessa observação de gênio. Se o elétron fosse conhecido na época, sem dúvida Edison enunciaria o efeito, que hoje leva o seu nome, assim: "Todo metal aquecido emite elétrons" A primeira válvula foi a retificadora; depois De Forest inventou a grade e dai para a frente você sabe no que deu isso tudo. Boa parte das válvulas, já há bom tempo, foram substituídas pelos transistores que, por curiosidade, baseiam-se num efeito conhecido mesmo antes de Edison --- o efeito galena.
22.
Efeito magnetotrópico Mais recentemente, conseguiu-se, com a aplicação do magnetismo, acelerar a germinação de sementes. O efeito foi batizado de "magnetotropismo". Uma causa sugerida é a de que o campo magnético excita os sistemas enzimáticos e assim estimula a respiração. 23.
Efeito Compton
Para explicar a modificação da freqüência dos raios espalhados, Compton utilizou a teoria quântica da luz. O físico norte-americano propôs que a interação entre um fóton ou quantum de luz e um elétron de um átomo podia ser considerada sob certas condições como a colisão entre duas partículas em mecânica Clássica. Os elétrons, ligados ao núcleo do átomo por forças eletrostáticas, podiam comportar-se como elétrons livres se a energia (hn) e a quantidade de movimento (hn/c) dos fótons incidentes fosse suficientemente grande. Utilizando as leis da conservação da energia: hn = hn’ + (1/2) mv2 , onde h.n = energia do fóton incidente, hn’ = energia do fóton espalhado e (1/2)mv2 = energia cinética do chamado “elétron de recuo”.
Como o valor da velocidade do “elétron de recuo” está próximo da velocidade da luz, em muitos casos deve-se utilizar a correção relativística para a massa (ver relatividade, na Sala 23). Compton também aplicou a conservação da quantidade de movimento (como no caso de duas esferas elásticas), obtendo finalmente a equação: l' - l = (h/mo.c)(1 - cosq) onde: l' - l = aumento do comprimento de onda para o fóton espalhado (em relação ao comprimento de onda do fóton incidente); ( h/mo.c) = ' comprimento de onda' de Compton, onde h é a constante de Planck, mo a massa em repouso do elétron e c a velocidade da luz e, q = ângulo de espalhamento do fóton de comprimento de onda l'. O elétron de recuo do efeito Compton foi descoberto simultaneamente por Wilson e por Bothe e Becker. O efeito Compton ocorre principalmente com elétrons livres ou fracamente ligados e pode ser explicado como uma absorção do fóton incidente pelo elétron livre. A energia deste fóton aparece repartida entre o elétron de recuo e um outro fóton de menor energia. Na explicação deste fenômeno, utiliza-se a idéia de “fotons virtuais”, mas não podemos neste resumo sobre os efeitos da Física estendermos-nos em sua explicação. 24.
Efeito Selbt
O
transmissor tem freqüência fixada em 85 MHz e é alimentado por um
transformador (primário para a rede local e secundários com
tensões adequadas para os filamentos das válvulas osciladoras e
suas placas). O tubo de Selbt demonstra ondas de rádio
estacionárias para as quais a velocidade de propagação é inferior
à velocidade da luz no vácuo (c). À medida em que deslocamos uma limpada (fluorescente, de néon ou incandescente) ao longo do tubo, podemos visualizar os ventres (lâmpada acesa) e os nós (lâmpada apagada) da onda estacionária. Para a freqüência do transmissão especificada (85MHz), a distância entre ventres consecutivos ou nós consecutivos está em torno de 11 cm, o que corresponde a meio comprimento do onda (semionda). É necessário que a pessoa que segura a lâmpada esteja em contato com a terra para que, em regiões de ventre, a lâmpada seja percorrida por corrente elétrica. O melhor afeito se obtém com lâmpadas fluorescentes ou de néon. 25.
Efeito Auger 26.
Efeito Cerenkov 27.
Efeito Corbino 28.
Efeito Costa Ribeiro 29.
Efeito Cotton-Mouton 30.
Efeito Debye-Falkenhagen 31.
Efeito Debye-Sears 32.
Efeito Destriau 33.
Efeito Dorn 34.
Efeito Dufour 35.
Efeito Piezelétrico
De duas em duas, as arestas AA',CC',EE' são terminadas por facetas que faltam nas arestas intermediárias, resultando dai uma dessimetria particular. 00’ é um eixo ternário A3, isto é, o cristal se encontra na mesma forma, depois de o termos girado um terço de circunferência (120o) em torno desse eixo. Toda reta que une os meios de duas arestas opostas é um eixo de simetria binária A2, isto é, o cristal apresenta a mesma forma, depois de uma rotação de 180o em. torno desse eixo. Há, pois, um eixo de simetria ternária A3 e três eixos de simetria binária A2. Imaginemos que se tenha cortado uma lâmina L desse cristal (ilustração acima em b e c), formando um prisma reto de base retangular de modo que quatro faces sejam paralelas a A3 e duas sejam paralelas a um dos eixos A2. Jacques e Pedro Curie descobriram, em 1882, que essa lâmina é piezelétrica, ou por outra, que se pode eletrizar por compressão (piezo, em grego, significa pressão) ou por tração e de duas maneiras diferentes. Exercendo-se, por exemplo, um esforço de compressão ou de tração segundo A2, observa-se a formação de cargas elétricas, iguais e de sinais contrários, nas duas armaduras metálicas aplicadas sobre as faces perpendiculares a A2; mas se o esforço mecânico exercido for uma compressão ou uma tração, os sinais das cargas elétricas desenvolvidas se inverterão. Reciprocamente, sendo reversível o fenômeno, se eletrizarmos as referidas faces, o cristal se alongará ou encurtará segundo A2, num sentido tal que tende a neutralizar as cargas assim originadas. É uma aplicação da condição geral de estabilidade dos equilíbrios. Por outra parte, pode-se exercer o esforço de compressão ou de tração sobre as duas faces simultaneamente paralelas a A2 e A3, aparecendo ainda cargas elétricas nas mesmas faces como anteriormente. As cargas mudam de sinal com o sentido do esforço (ilustração acima, em d), e o fenômeno é ainda reversível, isto é, a eletrização faz variar a espessura da lâmina. Experiência
com o quartzo piezelétrico de Curie
Exercendo-se
a tração de 5 kgf perpendicularmente a A2 e A3,
as lâminas de estanho coladas nas faces perpendiculares a A2
se eletrizam com sinais contrários. As folhas de ouro do
eletroscópio indicam um desvio correspondente a uma diferença de
potencial de 100 volts, por exemplo. A um esforço duplo corresponde uma carga elétrica dupla. Outros cristais, muito numerosos, mas apresentando todos uma certa dessentiria, possuem essa mesma propriedade piezelétrica. Alguns se eletrizam por variação de temperatura (fenômeno pirelétrico; exemplo: a turmalina). Verifica-se ainda nesses fenômenos, como nos do atrito e da influência, que, em cada operação se engendram duas cargas elétricas iguais e de sinais contrários, isto é, tais que se as superpuséssemos num mesmo ponto, esse ponto permaneceria neutro. Aplicações
do quartzo piezelétrico b)
Medida da pressão nos canhões -
A lâmina de cristal é submetida às pressões sucessivas que produz
a explosão. Daí resulta uma liberação progressiva de
cargas elétricas, que um oscilógrafo de fácil instalação
registra. A curva assim obtida é a da pressão em função do tempo. e) Medida de intensidade de forças - As forças ou pesos que se deseja medir atuam convenientemente sobre a lâmina de quartzo, e o aparelho elétrico que mede as cargas é graduado em quilogramas-força ou em newtons, resultando, assim, uma espécie de báscula muito simples e fiel. d) Produção dos ultra-sons - Pesquisa de submarinos - Sondagem do mar - Um oscilador (ou um sistema emissor de rádio) de 100 kHz (ilustração abaixo) carrega, alternadamente, as duas faces, normais a A2, de uma lâmina de quartzo Q, produzindo nele contrações e dilatações de freqüência 100 kHz. Suponhamos que a espessura da lâmina seja igual ao comprimento de um tubo sonoro capaz de vibrar com essa freqüência, isto é, tendo como comprimento o semicomprimento de onda no quartzo: produz-se um fenômeno de ressonância, e o quartzo vibra com grande amplitude, emitindo o 'som' de 100 kHz, com grande intensidade. É um ultra-som que o ouvido não percebe, de um certo modo análogo às radiações ultravioletas, que os olhos não vêem.
As
vibrações assim produzidas se propagam na água com a velocidade de
1 500 metros por segundo, produzindo ondas de comprimento igual a 1,5
centímetro, que se transmitem quase sem se difratar, numa direção
normal às faces da lâmina que as emite. Ondas mais longas
apresentariam maior difração. Quando encontram um obstáculo, o fundo do mar ou um submarino, as ondas em questão se refletem e retornam, como um feixe luminoso que encontrasse um espelho comum, podendo voltar ao ponto de partida. O mesmo cristal torna-se, então, um receptor de ondas mecânicas sonoras que o esmagam e dilatam, de sorte que vem a funcionar, por reversibilidade, como um gerador de correntes elétricas. Essas correntes são pouco intensas, mas são suficientes para carregar a grade de uma válvula termiônica de três eletrodos, ou, modernamente, a base de um transistor, podendo evidentemente ser amplificadas pelos métodos clássicos da radiotelegrafia. Em seu retorno, essas ondas são ouvidas e registradas. Pode-se, assim, medir o tempo que separa a partida da chegada, isto é, o tempo de ida e volta dos ultra-sons, Se é de 2 segundos, o obstáculo acha-se à distância de 1 500 metros, descobrindo-se assim, facilmente, um submarino escondido a uma distância inferior a 1 500 metros do navio a que pretende atacar. Se o tempo é de 2/100 de segundo, 4/100 de segundo..., a profundidade do mar é de 15 metros, 30 metros, etc. Destarte, o mesmo aparelho, podendo servir, em tempo de guerra, para a caça de submarinos, é utilizado, em tempo de paz, para o nivelamento do fundo do mar, para procurar icebergs ou navios submersos, flutuantes entre duas águas. Serve, ainda, de sonda para um navio em perigo de encalhar num baixio ou de abalroar em recifes não indicados nos mapas. A piezeletricidade do quartzo é um exemplo frisante desses fenômenos que parecem, à primeira vista, interessantes unicamente aos físicos dos laboratórios, mas que são quase sempre susceptíveis de uma aplicação industrial insuspeitada pelo sábio que consegue descobri-los. 36.
Efeito Faraday da rotação da luz
Para
ilustrar, suponhamos que a luz que penetra no vidro seja polarizada
assim //// - as vibrações de luz ocorrendo somente na direção
(/); a que passa através do vidro torna-se polarizada assim =
e que a luz que emerge do vidro estaria então vibrando em um plano
diferente, assim \\\\ - fazendo um ângulo com o plano horizontal. O efeito de Faraday demonstrou a íntima relação entre as ondas de luz e o eletromagnetismo. Sabemos hoje que o efeito é causado por pequeninas correntes elétricas dentro de átomos individuais. Quando colocadas em um forte campo magnético, essas correntes são ligeiramente modificadas dentro do átomo. Mais tarde, foi demonstrado que essas modificações produzem a rotação do plano de polarização, observada por Faraday.
?. Efeito ... (envie sua colaboração) ================================== Eis aqui nossas sugestões para trabalhos escolares envolvendo Efeitos Físicos. O aluno pode acrescentar mais outro tanto deles, apresentando um trabalho mais extenso, eventualmente incluindo algum histórico dos personagens citados.
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