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7º Fascículo - Física e Química - ELTON

FÍSICA E QUÍMICA Na

FÍSICA E QUÍMICA Na Imagem anterior temos: i: ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e a normal. Atenção para o ângulo formado entre a superfície que separa os meios e as frentes de onda incidentes, também igual a i; r: ângulo de refração, formado entre o raio refratado e a normal. Atenção para o ângulo formado entre a superfície que separa os meios e as frentes de onda refratadas, também igual a r; v 1 e λ 1 : são, respectivamente, a velocidade da onda e o comprimento de onda no meio 1; v 2 e λ 2 : são, respectivamente, a velocidade da onda e o comprimento de onda no meio 2: Uma característica importante do fenômeno da refração é que ele preserva a fase e a frequência da onda. No entanto, o comprimento de onda e a velocidade de propagação da onda são alterados. De modo análogo à reflexão, o fenômeno da refração também é regido por duas leis. Leis da refração Primeira Lei: a normal, os raios incidentes e refletidos são coplanares, isto é, pertencem ao mesmo plano. Segunda lei: também conhecida como Lei de Snell-Descartes. Difração ESCLARECENDO A luz natural, quando refletida em água e em vidros, sofre polarização. Os óculos polarizadores, quando atuam como analisadores, impedem a passagem da luz polarizada por reflexão. Esse fato também é visto em lentes de câmeras fotográficas. Desta forma, eliminam-se os reflexos indesejados. Imagine que você está de um lado de um muro comprido e alto e que, do outro lado, há um potente sistema de som emitindo ondas sonoras. Sem dúvidas, você ouvirá o som. Contudo, não verá o equipamento que o emite. Isso ocorre devido ao fato de as ondas sonoras contornarem o muro, mas a luz que refletiu no objeto não. Quando uma onda contorna um obstáculo, evidencia-se o fenômeno da difração. Polarização de ondas sen i v1 λ = = 1 sen r v2 λ2 Polarizar uma onda é como filtrar suas vibrações, de forma a manter as vibrações apenas na direção desejada. Para realizar a polarização, utilizamos um material polarizador, que “filtra” a direção de vibração da onda. Quando todas as partes de uma onda estão em um mesmo plano, dizemos que a onda está polarizada. O equipamento utilizado para polarizar é denominado polarizador. Somente ondas transversais podem ser polarizadas. O caráter transversal das ondas eletromagnéticas foi evidenciado pelo fato de elas poderem ser polarizadas. Na Imagem a seguir, são produzidas perturbações em todas as direções, formando, desta forma, ondas que não estão polarizadas. Ao passarem pela fenda F, que vai funcionar como um polarizador, somente uma direção de perturbação é filtrada. Contudo, ao passar por uma segunda fenda F’, perpendicular à primeira, percebemos que a perturbação deixa de existir. ESCLARECENDO Dá-se o nome de difração de uma onda para o encurvamento dos raios da onda ao passarem por um obstáculo. Desta forma, provamos que os raios de uma onda não são sempre retilíneos, mesmo que o meio seja homogêneo e isótropo. Medidores elétricos 4 De forma análoga, também é possível polarizar a luz, tendo como polarizador alguns cristais, como a calcita (CaCO 3 ). Isso fica evidenciado na Imagem a seguir. O primeiro cristal é chamado de polarizador; o segundo é denominado analisador. Como nossos olhos são incapazes de discernir luz polarizada da normal, o primeiro cristal é responsável pela polarização, enquanto o segundo evidencia o fenômeno, pois evita a passagem do feixe polarizado. Devemos ressaltar que, ao colocarmos instrumentos de medida em um circuito elétrico, geralmente buscamos fazê-lo de modo que a inserção dos aparelhos não modifique a intensidade das correntes elétricas ou as diferenças de potenciais. Entretanto, essa é uma situação apenas teórica, ideal, pelo fato de esses instrumentos serem constituídos por condutores reais, possuindo resistência elétrica. A simples colocação dos aparelhos no circuito provoca, inevitavelmente, modificações nas intensidades de corrente e de tensão. Para a construção de um bom amperímetro ou de um bom voltímetro, é comum partir-se de um aparelho básico denominado galvanômetro, modificando-o de maneira que ele apresente as características desejáveis do instrumento de medida. O galvanômetro, assim denominado em homenagem a Luigi Galvani, é essencialmente um indicador de corrente elétrica, não tendo, em geral, a função de medir sua intensidade, podendo, entretanto, fazê-lo, se for devidamente graduado.

FÍSICA E QUÍMICA Galvanômetro O princípio de funcionamento de um galvanômetro baseia-se na força magnética que age sobre um condutor percorrido por corrente elétrica, quando esse condutor está imerso em um campo magnético. Esse efeito será oportunamente estudado com detalhes no eletromagnetismo. A força magnética, agindo sobre o condutor percorrido por corrente elétrica, origina um binário que atua sobre a espira e provoca a deflexão de um ponteiro sobre uma escala previamente calibrada. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 0 10 U UV = RI R = V A iA U Neste processo, deve-se R = V levar em conta os erros percentuais dos dois equipamentos para definir o erro percentual A do valor da resistência i medida. Ponte de Wheatstone A i A R X Aplicando-se a Lei de Ohm, temos: UV = RI U V A N S S ig ig ig O máximo valor da intensidade de corrente que pode atravessar o galvanômetro, sem danificá-lo, é denominado corrente de fundo de escala e será representado por i G . Do ponto de vista da eletrodinâmica, um galvanômetro comporta-se como um resistor com resistência interna R G . A figura a seguir indica a maneira esquemática de representação de um galvanômetro em um circuito elétrico. S N N ig Ponte de Wheatstone é o nome dado ao circuito elétrico, concebido pelo físico inglês Charles Wheatstone (1802-1875), montado conforme o esquema a seguir e usado na determinação do valor de uma resistência elétrica desconhecida R X . Nesse circuito, R 1 e R 2 são duas resistências elétricas, cujos valores são conhecidos com precisão, e R é a resistência elétrica de um reostato.Participam ainda do circuito um galvanômetro e um gerador. A partir da variação do valor da resistência elétrica R do reostato chega-se a uma situação tal que o galvanômetro não acusa a passagem de corrente elétrica, ou seja, i G = 0. Nessa situação dizemos que a ponte está em equilíbrio, ou balanceada. Observe a figura ao a seguir: Amperímetro ideal G R G A V G C R X i 1 R i 1 i G = 0 B Amperímetro é o instrumento que se destina a medir intensidades de correntes elétricas. O amperímetro ideal tem resistência interna nula. Entretanto, um bom amperímetro, com pequena resistência elétrica interna, pode ser fabricado a partir de um galvanômetro modificado. Um galvanômetro pode medir apenas correntes de intensidades muito pequenas. i G R G G = A i S R S Voltímetro ideal O voltímetro é um dispositivo que se destina a medir diferenças de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico. Ele é colocado em paralelo com o circuito, possuindo uma alta resistência, diminuindo, assim, a corrente que passa por ele, evitando alterar a corrente total do circuito. Ohmímetro ideal O valor da resistência elétrica de um resistor pode ser determinado, basicamente, através de um dos dois processos: da lei de Ohm e da ponte de Wheatstone. A partir da aplicação da lei de Ohm i Nesse processo de determinação do valor de uma resistência elétrica, os valores da intensidade de corrente elétrica que atravessa o resistor e da ddp entre seus terminais são obtidos diretamente a partir da indicação de um amperímetro e de um voltímetro, ambos de boa qualidade. Observe a figura a seguir: i i 2 i 2 R 1 R 2 D + - Com a ponte balanceada, a corrente elétrica através do condutor CD é nula, e, pela lei de Ohm, a ddp entre seus terminais também é nula. Portanto, sendo nula a ddp entre os pontos C e D, podemos concluir que esses pontos estão a um mesmo potencial elétrico. Dividindo membro a membro as equações (I) e (II), obtemos: (I) UAC = UAD ® RXi 1 = Ri 12 (II) UCB = UDB ® Ri 1 = Ri 2 2 R X L 2 = RL 1 Numa ponte de Wheatstone em equilíbrio, são iguais os produtos das resistências elétricas dos resistores situados em lados opostos. Logicamente, conhecendo os valores de R, R 1 e R 2 ,podemos determinar o valor de Rx. i 5

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