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Trabalho sobre a evolução dos meios de comunicação e a influência do electromagnetismo, realizado no âmbito da disciplina de Física (12º ano).
À medida que uma onda se propaga, por mais intensa que seja a perturbação que lhe deu origem, uma parte da sua energia será absorvida pelo meio de propagação, isto é, a sua intensidade diminui. Repare-se que este facto é por mais evidente quando se utiliza o som para comunicar. Mais, uma onda sonora necessita de um meio material para se propagar: não se propaga no vazio. Mas esta limitação na comunicação de informação, nomeadamente a longas distâncias, está hoje completamente ultrapassada.
Na verdade qualquer sistema de telecomunicações, como o telefone, a rádio ou a televisão, transmitem informação, desde o emissor até ao receptor, através de ondas electromagnéticas que não necessitam de meio material para se propagarem e cuja absorção no ar é pequena.
Para compreender, por exemplo, como funcionam o microfone de indução e o altifalante, é necessário recorrer a grandezas físicas e conceitos que se estudam no electromagnetismo – campos magnético e eléctrico e correntes eléctricas. O electromagnetismo é o conjunto de fenómenos que resultam da acção combinada dos magnetes e da corrente eléctrica.
A comunicação é o acto ou efeito de comunicar informações. Com o aparecimento da escrita, o homem passou a comunicar através de mensagens escritas em pedras; mais tarde, o homem descobriu que codificando as mensagens em sinais visuais ou sonoros poderia aumentar a velocidade de comunicação. Posteriormente o homem avançou em busca de novos meios de comunicação, aos quais alcançou a telegrafia, o telefone, o rádio comunicação, os satélites, os cabos ópticos, a Internet, etc.
Fig. 1 – Campo magnético produzido por um íman natural
As primeiras observações sobre fenómenos magnéticos realizaram-se na antiga cidade de Magnésia, na Ásia Menor, onde foram encontradas pedras-ímanes que tinham a propriedade de atrair peças de ferro. Mas as propriedades magnéticas não se devem apenas a ímanes naturais. Uma corrente eléctrica produz efeito magnético.
No século XVIII suspeitou-se de uma ligação próxima entre a electricidade e o magnetismo. Só em 1820, o físico Oersted descobriu o efeito magnético da corrente eléctrica. É este efeito que está na base do electromagnetismo.
Um íman é um objecto que se comporta da mesma forma que a pedra-íman, atraindo pequenos objectos de ferro ou de aço. À propriedade que os ímanes apresentam para atrair certos materiais dá-se o nome de magnetismo.
Todos os ímanes, independentemente da sua forma, têm dois pólos: o pólo norte (convencionalmente pintado de vermelho) e o pólo sul (pintado de azul ou branco).
Um íman em barra, quando suspenso por um fio, orienta-se aproximadamente, na direcção norte-sul geográfico (princípio básico de uma bússola).
As bussúlas são constituídas por pequenas agulhas de aço magnetizado – agulha magnética – que têm a possibilidade de girar em torno de uma pequena haste. Como a Terra se comporta como se tivesse um grande íman no seu interior, o pólo norte da agulha magnética é atraído pelo pólo sul magnético da Terra, que fica perto do Pólo Norte geográfico. Daí a bússola indicar sempre o norte.
Todos os ímanes criam à sua volta um campo magnético. Um campo magnético pode ser visualizados, por exemplo, com limalha de ferro e com pequenas bússolas. No caso do campo magnético criado por um íman em barra: a limalha de ferro orienta-se segundo determinadas linhas, as linhas de campo; e as agulhas também se orientam segundo as linhas de campo.
Oersted descobriu o efeito magnético da corrente eléctrica, ao fazer passar uma corrente eléctrica num condutor rectilíneo notou que: uma agulha magnética rodava, ao interromper a passagem da corrente eléctrica, a agulha retomava a sua posição inicial, ao fazer passar a corrente em sentido oposto, a agulha desviava-se igualmente mas em sentido contrário. Oersted concluiu, assim, que uma corrente eléctrica cria um campo magnético, à semelhança do que se passa com um íman.
Fig. 2 – Experiência de Oersted
Só se produz corrente eléctrica quando o íman se movimenta na bobina ou quando a bobina se movimenta em relação ao íman. A intensidade da corrente aumenta com a rapidez do movimento do íman em relação à bobina e vice-versa. O sentido da corrente não é sempre o mesmo.
A corrente eléctrica assim produzida designa-se por corrente eléctrica induzida. Ao íman chama-se indutor e à bobina chama-se induzida.
Relativamente à corrente eléctrica induzida, verifica-se que: a intensidade da corrente que percorre o induzido depende do número de espiras da bobina, da intensidade da força magnética do indutor e da rapidez do movimento do íman em relação à bobina e vice-versa; o sentido da corrente induzida inverte quando se introduz o pólo sul do íman na bobina em vez do pólo norte e quando se retira ou introduz o íman na bobina.
Fig. 3 – Experiência de Faraday
Os geradores electromagnéticos da corrente eléctrica podem ser de dois tipos: dínamos e alternadores.
Os dínamos são geradores de corrente contínua que circula sempre no mesmo sentido. Nestes geradores, as bobinas de fio giram no interior de ímanes fixos, originando uma corrente induzida. Um dispositivo, chamado comutador, assegura uma corrente contínua no circuito externo. A corrente contínua produzida pelos dínamos foi muito usada na electrólise industrial. Nos sistemas eléctricos dos automóveis existem sistemas de rectificação que produzem corrente contínua para carregar as baterias.
Os alternadores são geradores de corrente alternada, corrente que muda constantemente de sentido. Nos alternadores, a corrente induzida pode ser produzida, também, fazendo rodar bobinas de fio no interior de ímanes fixos. No entanto, nos alternadores de uma central eléctrica, a corrente eléctrica é produzida fazendo rodar, a grande velocidade, potentes electroímanes no interior de bobinas. Esse movimento é produzido pelas turbinas. Estas são constituídas por um eixo giratório ligado ao alternador e, por sua vez, às pás que são accionadas pela força da água ou do vapor de água.
O nascimento do electromagnetismo ocorreu com a clássica experiência do físico dinamarquês, Oersted.
Em 1820, ao colocar uma agulha magnética sobre um fio eléctrico, a agulha desviava-se quando se fazia passar uma corrente pelo fio. A partir desta experiência foi possível estabelecer uma relação entre corrente eléctrica e fenómenos magnéticos.
Oersted comprovou experimentalmente que uma corrente eléctrica pode originar um campo magnético, quando pegou num troço de um circuito e, por acaso, aproximou-o da agulha magnética numa posição diferente da habitual, a agulha movendo-se, ficou paralela ao condutor.
André-Marie Ampère e Dominique François Jean Arago, descobriram que a corrente eléctrica ao percorrer um fio enrolado em forma de saca-rolhas, se comportava como um íman ao atrair pequenos pedaços de ferro. A sua descoberta teve o nome de electroíman. Este dispositivo foi útil em posteriores descobertas, com o telefone, o microfone, o telégrafo, etc.
Faraday, deu o seu grande contributo ao electromagnetismo com a descoberta do fenómeno da indução electromagnética. Faraday pegou num íman em forma de barra e alinhou-o com a vertical. Nessa posição, quando foi colocado num recipiente com mercúrio, ficava a “flutuar”, como uma bóia. Colocou um fio condutor no centro do recipiente e fez passar através deste uma corrente eléctrica em direcção ao tecto. O íman bóia começou a rodar em torno do condutor, como se fosse arrastado por uma corrente invisível. Criou, assim, o princípio do motor de indução electromagnética. Que foi muito útil na Revolução Industrial.
O plano de acção de Faraday era bastante simples: faria passar uma corrente eléctrica pela primeira ligadura de fio, produzindo um “vento magnético” que percorreria todo o anel. Se a tempestade magnética produzisse uma corrente eléctrica na outra ligadura de fio, Faraday teria encontrado aquilo que todos procuravam: o magnetismo teria criado electricidade. “Sempre que uma força magnética aumenta ou diminui, produz electricidade. Quando mais depressa se dá esse aumento ou diminuição mais electricidade se produz.”
Maxwell traduziu a simples afirmação de Faraday para “ A quantidade de electricidade produzida pelo magnetismo era igual à taxa de aumento ou diminuição da força causadora.”
A descoberta posterior das ondas electromagnéticas fez parte da verificação experimental da Teoria de Maxwell.
O trabalho de Maxwell serviu de base à evolução de toda a tecnologia.
Hertz demonstrou que as ondas electromagnéticas existiam e que podiam ser detectadas à distância – ondas rádio.
Usando uma bobina de indução, que consistia em duas finas bobinas com um pequeno afastamento. As rápidas correntes oscilatórias nas faíscas que saltavam entre as bobinas produziam ondas rádio. Para detectar as ondas, usou um receptor constituído por duas hastes com um pequeno afastamento – a antena. Quando as ondas eram detectadas, saltavam uma descarga entre as hastes.
As telecomunicações utilizam sinais de processamento eléctrico no transporte de comunicações. As telecomunicações iniciaram-se em 1844, quando Morse transmitiu a primeira mensagem através de uma linha metálica. Neste processo, cada letra fora codificada por uma combinação de sinais longos e breves – o código Morse. Desde a descoberta de Morse até ao uso actual dos satélites de comunicação desenrolou-se uma fantástica sucessão de eventos e aperfeiçoamentos que propiciaram novas modalidades de telecomunicações.
Alexander Graham Bell estava envolvido na descoberta de um aparelho para a educação de deficientes auditivos. Embora tivesse conhecimentos muito limitados de electricidade, competia com dois notáveis do seu tempo, Elisha Gray e Tomás Edison, contra o quais ganhou a corrida ao inventar um aparelho de uso prático. O seu microfone magneto-indutivo tinha pouca potência de saída mostrando porém esplêndido como receptor. Passados 10 anos estavam concretizados os princípios operacionais da transmissão telefónica, que iriam prevalecer praticamente até 1950 em todos os telefones.
Hertz provou experimentalmente a analogia entre ondas de luz e ondas eléctricas. Mais tarde, Gugliermo Marconi, usando os fundamentos de Maxwell e Hertz, construiu o primeiro transmissor de rádio.
Em 1957, foi lançado pela Rússia o primeiro satélite artificial. A 10 de Junho de 1962 foi colocado em órbita o primeiro satélite activo de comunicações, que permitiu a transmissão de conversas telefónicas e de sinais de televisão a cores. Estava aberta a era das comunicações via satélite.
A invenção do Laser em 1959 permitiu a obtenção de uma fonte de luz muito concentrada e a sua utilização como meio de transporte de informações.
Em 1870, Tyndall demonstrara que a luz podia acompanhar um feixe de água, mesmo quando curvado. O passo seguinte foi a pesquisa de materiais sólidos e flexíveis que pudessem assumir o papel de água. Estavam lançados os fundamentos da fibra óptica.
As fibras ópticas e os satélites de comunicações revolucionaram o transporte das informações. Os primeiros anos do século XX e a primeira década do século XXI ocorreram mudanças estruturais em que a comunicação multimédia teve um papel de especial relevo.
Fig.4 – Cabos óptico
Fig. 5 – Telefone de Bell
Fig.6 – Telégrafo
Fig.7 – Rádio
Fig. 8 - Satélite
Sabemos que a evolução dos meios de comunicação nos trouxe bastante comodidade. Isto, por exemplo, os trabalhos da escola ou de universidade eram mais difíceis de realizar, porque tinha que haver uma grande pesquisa. Eram utilizadas bibliotecas, que possuiam livros que nós próprios não temos, para além de nos termos que deslocar a uma biblioteca, levava muito tempo a realizar um trabalho. Actualmente estamos a um clique de realizar um trabalho proposto. A Internet trouxe-nos bastantes facilidades a esse nível.
O telemóvel está na mesma dimensão que a Internet. Antigamente, tínhamos que recorrer a cartas ou a telefones para contactarmos com quem quiséssemos. Neste momento, usamos o telemóvel com bastante frequência. Dantes, quando nos propúnhamos a um encontro, tínhamos que comparecer porque não havia modo nenhum de o desmarcar. Agora, desmarcamos encontros muito facilmente só com uma mensagem.
A comunicação é muito importante! Digo isto, porque crianças já com 8 ou 9 anos já possuem um telemóvel. E porque sem comunicação como saberíamos o que se passa no mundo, o que se passa na sociedade e na ciência?
É com a comunicação que vivemos, e respiramos. Basta termos que lhe dar a devida importância e não abusar da sua utilização.
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