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C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 14                                                                     No ...
C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 15            Como você observa, quando se atritam dois corpos        topo...
C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2011_Tony 17/12/10 10:25 Página 16       Vejamos apenas um trecho da história do elétron, o          ...
C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 17       2. O balão de borracha ficou eletrizado negativa-                ...
C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 18        Condutores e isolantes elétricos                              Es...
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  1. 1. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página I Orientação para o Professor – Ciências – 9.° ano – 2.° Bimestre FÍSICA AULAS 15 e 16 AULA 8 CARGAS ELÉTRICAS ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTO- AULA 11 • Conceituar carga elétrica. NOS LUZ: FONTES, FEIXES E FATOS • Conhecer a eletrização dos corpos. Objetivos: Objetivos: • Entender corrente elétrica. • Caracterizar a luz. • Caracterizar e diferenciar átomos, • Definir fontes de luz. isótopos, isóbaros e isótonos. AULAS 17 e 18 • Entender a propagação retilínea da luz. • Conhecer os fenômenos relacionados à CIRCUITO SIMPLES E TENSÃO AULA 9 luz. ELÉTRICA ESTUDO DA ELETROSFERA • Entender o conceito de tensão elétrica. AULA 12 ESPELHOS PLANOS • Conhecer os componentes do circuito Objetivos: elétrico. • Caracterizar níveis energéticos. Objetivos: • Entender a associação de pilhas. • Caracterizar espelhos planos. AULA 10 • Entender a formação da imagem no AULAS 19 e 20 DISTRIBUIÇÃO OU CONFIGURA- espelho plano. • Diferenciar raio incidente de raio RESISTÊNCIA ELÉTRICA E ASSO- ÇÃO ELETRÔNICA refletido. CIAÇÃO RESISTÊNCIA ELÉTRICA EM SÉ- Objetivos: AULA 13 • Compreender a distribuição eletrônica ESPELHOS CURVOS RIE E PARALELO pelo método de tentativas. • Caracterizar resistência elétrica. Objetivos: • Conhecer a estrutura da tabela periódica. • Diferenciar associação de resistores em • Diferenciar espelhos convexos de espelhos côncavos. série de associação de resistores em AULA 11 • Diferenciar imagem real de imagem paralelo. LIGAÇÕES QUÍMICAS virtual. • Conhecer as aplicações práticas de • Conhecer as aplicações dos espelhos resistores. Objetivos: curvos. • Compreender ligação iônica. • Caracterizar cátions e ânions. AULA 14 QUÍMICA REFRAÇÃO DA LUZ AULA 12 Objetivos: AULA 7 LIGAÇÃO COVALENTE • Conhecer os fenômenos relacionados à ESTRUTURA ATÔMICA refração da luz. • Conhecer os componentes fundamen- Objetivos: • Entender o conceito de refração da luz. tais do átomo. • Caracterizar ligação covalente. • Entender a velocidade da luz nos dife- • Caracterizar cargas elétricas. • Diferenciar ligação covalente de liga- rentes meios de propagação. ção iônica. –I
  2. 2. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página II SUGESTÃO DE ATIVIDADE PRÁTICA PARA O 2º BIMESTRE A REFRAÇÃO E REFLEXÃO TOTAL DA LUZ NUMA CUBA RETANGULAR O fenômeno da reflexão total se dá quando a luz proveniente de um meio mais refringente incide num outro meio menos refringente, por exemplo, da água para o ar. Esse fenômeno pode ser verificado num aquário retangular de vidro contendo água e um laser pointer, fazendo com que a luz incida de baixo para cima, ou seja, da água para o ar, como mostra a figura ao lado: O ensaio é realizado em um aquário de laser 20 cm x 8 cm x 10 cm (altura), feito com pointer vidro de 3 mm de espessura. Para melhor visualizar o “raio” de “luz, adiciona-se uma ou duas pitadas de leite em pó na água e escurece-se o ambiente. A superfície de separação água-ar funciona como um espelho (reflexão total) para determinados ângulos de incidência. Colocando-se uma camada de 1 cm de óleo em cima da água, observa-se que na superfície de separação água-óleo não ocorre mais a reflexão total, pois o óleo é mais refringente que a água. Porém, na superfície de separação óleo-ar, volta-se a observar a reflexão total, por ser o ar menos refringente que o óleo. “CURVANDO” A LUZ POR MEIO DA REFRAÇÃO EXPLICANDO AS MIRAGENS Um exemplo de fenômeno, no qual a luz se curva por meio da refração, é o das miragens no deserto ou a ilusão de poças d’água no asfalto em dias quentes. O ar em contato com o solo/asfalto encontra-se mais quente (e, por isso, menos refringente) que o das camadas superiores. Os raios luminosos que partem de um objeto (na figura, a seta) a uma certa distância, em direção ao solo, passam por camadas de ar cada vez menos refringentes (mais quentes) e se afastam da normal aos respectivos pontos de incidências, subindo em direção ao meio mais refringente, conforme a ilustração. Assim, o observador vê uma imagem especular do objeto, dando a impressão de que há poças d’água no solo. (Catálogo de demonstrações, v. II, Instituto de Física da Universidade de São Paulo.) II –
  3. 3. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página III C iê nc iA s
  4. 4. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página IV
  5. 5. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 1 Aula Luz: fontes, feixes e fatos 11 Data: _____/_____/_____ 1. Fontes A luz pode atravessar o espaço vazio. Quase todas as coisas podem emitir luz. Algumas você pode ver porque emitem a luz que elas próprias As ondas de luz viajam muito rápido — cerca de produzem — o Sol, por exemplo. Outras você pode ver 300 000 quilômetros por segundo. porque a luz do dia ou de outra fonte é retransmitida por Se isso não fosse verdade, não poderíamos ver o Sol elas. Elas refletem luz para seus olhos — como este e as estrelas. caderno, por exemplo. O Sol, uma vela acesa, uma lâmpada acesa são A luz se propaga em linha reta. fontes primárias de luz — elas convertem algum tipo de energia em energia luminosa. Os demais objetos, as Essa demonstração usando feixes de laser mostra bem a propriedade. fontes secundárias de luz, não são luminosos, e sim iluminados — eles refletem parte da luz que recebem. 2. Raios e feixes de luz Nos diagramas, raios de luz são representados por linhas dotadas de setas. Eles mostram o caminho seguido pela luz. Você só pode ver o caminho dos feixes porque as par- tículas em suspensão no ar refletem a luz do laser que ba- te nelas. É possível enxergar a luz proveniente da fonte através destes discos? Sim. A luz será vista so- mente quando os dois Um feixe de luz é constituído por vários raios de orifícios, o olho e o foco luz desenhados um ao lado do outro. luminoso estiverem em linha reta, fato que evi- dencia a propagação re- 3. Alguns fatos a respeito da luz tilínea da luz. A luz transporta energia A luz é um tipo especial de onda. Lance uma pedra em uma lagoa e você logo verá Esta calculadora não precisa de pilhas ou ondulações se espalharem baterias para funcionar. pela superfície da água. Basta que ela receba luz solar ou mesmo a luz de uma lâmpada comum. A propagação da luz ocorre do mesmo modo, mas as As células fotoelétricas instaladas na parte superior do aparelho convertem a energia ondulações são minúsculas vibrações elétricas e mag- luminosa em energia elétrica. néticas. A luz se propaga por ondas eletromagnéticas. –1
  6. 6. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 2 As ondulações na lagoa precisam da água para existir e se propagar, as ondas de luz não. Um detector capta o feixe refletido. A luz 4. Holograma “pulsante” é convertida em O quadrinho visto em muitos cartões de crédito é sinais elétricos para a caixa chamado de holograma. registradora. Parece tridimensional. Suas cores mudam conforme você o olha de diferentes ângulos. A imagem é de fato um padrão de ondas de luz que se refletem na superfície do cartão. L E I T U R A Holografia Nos idos de 1940, o físico Denis Gabor teve uma ideia que nos conduziria para um enorme avanço na tec- nologia das imagens — a holografia. Gabor estava de- senvolvendo um projeto cujo intuito era melhorar a qua- lidade da amplificação do microscópio eletrônico. Em 1948, ele sugeriu usar um tipo de imagem chamado holo- grama. Seria registrada em filme mediante um par de fei- O holograma é usado no cartão para tornar difícil sua xes coerentes de elétrons e depois reconstruída a partir de falsificação. luz visível, a qual, em razão de seu grande comprimento de onda (em comparação ao elétron), produziria uma imagem muito aumentada e tridimensional. 5. Laser Gabor efetuou demonstrações de holografias planas Fontes laser emitem um intenso feixe de luz. O feixe usando fonte de luz comum (as que existiam no mo- é extremamente estreito. mento), embora sabendo que não eram as ideais. O que ele precisava era de uma fonte de luz verdadeiramente coerente, algo que não existiria até que os primeiros lasers fossem desenvolvidos, nos anos 60. A invenção da holografia por Gabor foi, a partir de então, usada nas ciências, na indústria e nas belas-artes. Gabor recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1971. Sua aplicação básica, para a qual havia sido inventado — mi- croscópio eletrônico holográfico —, tornou-se então uma realidade. Um holograma é uma técnica fotográfica de gravação Ele apresenta uma única cor. Cirurgiões usam laser (e posterior reprodução) usando um padrão de interfe- em operações delicadas em olhos e nervos, por exemplo. rência entre o feixe de onda de luz refletida pelo objeto e O estreito feixe de raios laser permite uma grande con- outro feixe de onda luminosa usada como referência. A centração de calor, suficiente para cauterizar, com pre- imagem holográfica é reconstituída, iluminando o filme cisão, vasos e tecidos danificados. com um feixe de luz (o mesmo usado como referência), O laser é usado em reprodutores de som e imagem criando assim o feixe de onda que foi refletido pelo objeto. em discos compactos (CDs). Tais discos armazenam in- formações (sons e imagens) de forma codificada. Eles não têm sulcos (como os discos mais antigos) pa- ra serem seguidos por agulhas. Em vez disso, um feixe de laser muito estreito percorre milhares de covas minúsculas na superfície do disco. Um detector capta o feixe refletido, e a luz “pulsante“ (modulada) é convertida em som. Em muitos supermercados, o preço de cada artigo é “lido” ao se passar um feixe de raios laser sobre seu códi- go de barra. 2–
  7. 7. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 3 Para o espectador, aparece uma imagem tridimensio- em diversas modalidades. O holograma dos cartões de nal nítida e convincente. (Desde que a luz de laser usada crédito é um exemplo disso. em holografia seja monocromática, um típico holograma A holografia também é usada na indústria, para ins- apresenta uma só cor e é indistinguível do objeto real.) pecionar a ocorrência de defeitos nas peças produzidas, Nesse holograma da ilustração (já apresentado em assim como na microscopia convencional. Continua em uma das Feiras de Ciências do Objetivo Júnior – SP), um estudo seu uso em sistemas de memórias holográficas Volkswagen é projetado dentro de um tubo cilíndrico. para computadores, filmes holográficos e televisão tridi- Muitos hologramas, dos mais variados tipos, são usa- mensional. Nascida há apenas cerca de 30 anos, a holo- dos (alguns apenas para efeitos estéticos e decorativos) grafia encontrará muitas aplicações no futuro. H I P E R T E X T O Fontes primárias (ou corpos luminosos): aquelas que emitem luz própria. Nestes corpos, alguma modalidade de energia está sendo convertida em energia luminosa. São exemplos: o Sol, a lâmpada incandescente acesa, a lâmpada fluorescente acesa, a vela acesa etc. As fontes primárias podem ser de dois tipos: (a) incandescentes: que emitem luz por estarem a temperaturas elevadas (superiores a 500ºC). São exemplos: o Sol, as lâmpadas de filamento, uma barra de ferro incandescente etc. (b) luminescentes: que emitem luz a temperaturas baixas. São subdivididas em: fluorescentes: as que emitem luz somente enquanto perdura a ação do agente físico excitador do fenômeno da luminescência. São exemplos típicos as lâmpadas fluorescentes e os tubos de gás néon, que só emitem luz enquanto há a excitação provocada pela corrente elétrica que os atravessa. fosforescentes: as que continuam a emitir luz, ainda por algum tempo, mesmo depois de cessada a ação do agente físico excitador da luminescência. São exemplos típicos as tintas fosforescentes (usadas em interruptores de luz), que são capazes de emitir luz em ambientes escuros, graças ao armazenamento de energia química nos momentos em que são excitadas e, posteriormente, devolvem-na sob a forma de energia luminosa. Fontes secundárias (ou corpos iluminados): aquelas que retransmitem a luz recebida de outros corpos. Corres- pondem quase à totalidade das coisas que vemos, por estarem iluminadas por outras fontes de luz. As paredes, o lápis, as carteiras, as pessoas, os animais, as plantas, a Lua são corpos iluminados; todos eles retransmitem parte da luz que recebem para nossos olhos. Resumindo: { incandescente I – Primária (quentes) (corpos luminosos) luminescente (frias) { fluorescente fosforescente II – Secundária (corpos iluminados) Raio de luz: é um conceito geométrico; nada mais é que uma linha (reta ou curva) orientada, ao longo da qual se imagina que a luz se propague. Se a linha orientada é reta, ela informa a direção e o sentido em que se dá a propagação da luz. Feixe de luz: é um conjunto de raios de luz. Ele pode ser classificado em: (a) feixe cilíndrico – formado por raios de luz paralelos entre si. (b) feixe cônico – formado por raios de luz, não paralelos e que apresentam um único ponto comum. O feixe cônico de luz pode ser: convergente (formado por raios de luz que convergem para um único ponto) ou divergente (formado por raios de luz que divergem a partir de um único ponto). –3
  8. 8. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 4 Exercícios da aula 1. Dos itens abaixo, qual emite luz própria? 6. Classifique as seguintes fontes de luz: a) página de um livro a) os metais quando fortemente aquecidos. b) o Sol Prof.: São fontes primárias, incandescentes, irradiando luz e c) um semáforo calor. Prof.: Sol → fonte primária incandescente. b) os olhos dos gatos. Prof.: Fonte secundária; o olho do gato recebe luz de alguma 2. Cite três usos do laser. fonte e a retransmite. Olho de gato não é lanterna! Prof.: “Leitura” de código de barra em supermercados; utilização em cirurgias; “leitura” de CDs. c) a chama da combustão da lenha. 3. Ana não aceitou a ideia de que a luz é uma for- Prof.: Fonte primária incandescente; irradia luz e calor, ma de energia. consumindo o combustível (madeira). Ela quer evidências para poder aceitar isso. O que você pode sugerir? d) planetas e satélites do sistema solar. Prof.: Células fotoelétricas convertem energia luminosa em energia elétrica. Prof.: Fontes secundárias; recebem a luz do Sol e a retransmitem. Para o caso de corpos esféricos (ou quase), 4. Qual é a velocidade da luz no espaço vazio? essa luz retransmitida denomina-se albedo. O albedo da Lua, Prof.: a luz prateada que torna as noites claras, é simplesmente a C = 300000km/s luz solar refletida na face convexa da Lua. O planeta Vênus reflete a luz solar tão intensamente que é tomado como estrela: “Estrela-d’alva”, visível ao amanhecer; “Estrela 5. O que são e como se classificam as fontes de Vésper”, ao entardecer. luz? Prof.: Fontes de luz são corpos que irradiam luz. Classificam-se em fontes primárias e secundárias. As primárias são os corpos luminosos (que convertem algum tipo de energia em No Portal Objetivo energia luminosa) e as secundárias são os corpos iluminados (que recebem luz de outras fontes e a retransmitem). As pri- Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL márias podem se subdividir em incandescentes e lumi- OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, nescentes. digite CIEN9F201 Aula Espelhos planos 12 Data: _____/_____/_____ 1. Bons e maus refletores Espelhos refletem luz de modo bastante regular, em direções privilegiadas. Essa reflexão regular é o que pos- Uma porta não é tão lisa quanto um espelho . Ela di- sibilita a produção de imagens. funde luz em muitas direções. Luz difusa, emitida por Portas, paredes, pessoas, mesas etc. são corpos difu- corpos com superfícies ásperas, não produz imagens. sores de luz. Espelhos são bons refletores de luz. 2. Leis da reflexão Quando um raio de luz é refletido por um espelho, ele obedece a duas regras simples: 1. O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de inci- dência. 4–
  9. 9. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 5 O raio é refletido pelo espelho com o mesmo ângulo 4. Mais regras sob o qual chega. Quando um objeto luminoso (ou iluminado) é posto 2. O raio que bate no espelho, o raio refletido e a na frente de um espelho plano, sua imagem normal pertencem todos a um mesmo plano. Você pode desenhar os três em um pedaço plano de papel. Essas são as denominadas Leis da Reflexão . Um feixe estreito de luz é refletido por um espelho plano. Vejamos alguns termos usados para descrever o fenômeno da reflexão da luz. é do mesmo tamanho que o objeto, está à mesma distância do espelho, toma uma posição simétrica e é invertida lateralmente — esquerda torna-se di- reita e direita torna-se esquerda. A regra da simetria permite-nos construir rapida- mente a imagem de um objeto, obtendo-se alguns pontos O ponto onde o raio incidente bate no espelho cha- simétricos desse objeto, em relação ao espelho. Veja a ma-se ponto de incidência; a normal é a reta que passa ilustração. por esse ponto e é perpendicular ao espelho. O polígono A’B’C’D’ é a imagem do polígono ABCD, em relação ao espelho plano EP. O que fizemos foi: 3. Imagem produzida a) construir retas perpendiculares ao espelho, pelo espelho plano passando pelos pontos A, B, C e D; b) transferir as distâncias desses pontos ao espelho, para trás do espelho, obtendo-se os pontos imagens A’, B’, C’ e D’; Poderíamos ter desenhado milhares de raios vindos da luminária. Mas, para simplificar, são mostrados ape- nas dois. Os raios são refletidos pelo espelho e incidem no olho. Eles parecem vir de uma posição atrás do espelho. Lá é onde você verá uma imagem da luminária. Os raios de luz não partem da imagem de fato. Eles c) unir os pontos A’, B’, C’ e D’, obtendo o polígono- apenas parecem vir dela. Esse tipo de imagem é chamado imagem. de imagem virtual. Ela não pode ser projetada em uma Os pontos-imagem são simétricos dos pontos-objeto tela. em relação ao espelho plano. –5
  10. 10. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 6 5. Sistemas com espelhos planos (espelhos planos) ou curva (como nos espelhos esféricos, cilíndricos e parabólicos). Com dois ou mais espelhos planos, podemos obter sistemas bastante interessantes. Nos palácios dos espe- Leis da reflexão: conjunto de leis (duas) que lhos, nas exposições e em alguns shopping centers, são regem o fenômeno da reflexão para cada raio de luz. comuns os sistemas onde se podem obter várias imagens Essas leis são obedecidas por: luz visível, ondas de água, de um mesmo objeto. Os caleidoscópios e modelos de raios infravermelhos, som, micro-ondas, raios X, ondas periscópios são exemplos de tais sistemas. de rádio (radiodifusão), raios gama e bolas de bilhar. H I P E R T E X T O Simetria: propriedade geométrica de dois pontos em relação a uma reta dada, de modo que: a) os dois pontos devem pertencer a uma mesma reta perpendicular Espelho: sistema óptico em que predomina o à reta dada; b) eles devem estar um de cada lado da reta fenômeno da reflexão regular da luz. Sua superfície é dada; c) ambos devem estar à mesma distância dessa bem polida. A superfície refletora pode ser plana reta. Exercícios da aula 1. Utilize a seguinte ilustração. Na frente do espe- 2. Bete está a 5 metros na frente de um espelho lho plano, temos o bulbo de uma lâmpada e o plano. globo ocular de um observador. a) A que distância Bete está de sua imagem? Prof.: Objeto e imagem distam 10 metros um do outro. Bete caminha 2 metros em direção do espelho. b) Agora, a que distância ela está de sua ima- gem? Prof.: Objeto e imagem distam 6 metros um do outro. Obtenha a posição da imagem do bulbo da lâm- pada e desenhe dois raios que partam do bulbo, reflitam-se no espelho e atinjam o olho. 3. Uma firma, para fazer propaganda de seu pro- Prof.: Obtenção e construção dos raios: duto, escreve nos para-choques dos carros de sua frota a palavra CEBOLA. Essa palavra é es- crita como alguém a vê no espelho, de modo que os motoristas que olham para seus espe- lhos retrovisores veem a palavra correta. Como essa palavra CEBOLA é desenhada nos para-choques? Basta desenhar o bulbo simétrico. Prof.: Na sala de aula, sempre há alguém com um espelho plano na bolsa. Escreva a palavra “cebola” no quadro-negro e mostre, pelo espelho, como ela deve ser escrita. Outro modo é escrever a palavra “cebola” numa folha de papel fino e olhar por transparência pela face oposta. Trace duas linhas, da imagem para o olho; de onde elas cruzam o espelho, leve duas linhas para o bulbo objeto. Oriente a luz do bulbo para o espelho e dele para o olho. No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite CIEN9F202 6–
  11. 11. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 7 Aula Espelhos curvos 13 Data: _____/_____/_____ 1. Imagens em colheres 1) Coloque o dedo polegar próxi- mo a uma das faces de uma Uma mesma colher, bem polida, colher e observe como fica a poderá formar imagens bem dife- imagem que se forma. rentes. 2) Gradativamente, vá afastando o dedo da colher, sempre obser- Tudo vai depender da distância vando a imagem formada. do objeto até a colher. 3) Repita o procedimento com a Vamos tentar ver isso? outra face da colher. 2. Espelhos côncavos Os espelhos côncavos são encurvados (abaulados) para dentro. Na ilustração ao lado, o desenho à esquerda é a representação do espelho côncavo numa folha de papel. Ela é muito útil para o traçado e discussão a respeito das características da imagem. Eles podem formar dois tipos de imagem: Se os raios de luz são provenientes de um objeto que está próximo ao espelho, a imagem é direita e ampliada. É uma imagem virtual, do mesmo tipo daquela formada por um espelho plano. Maior, direita e virtual Se os raios de luz são provenientes de um objeto bastante distante do espelho, após a reflexão, eles convergem (juntam-se) para um foco. Eles convergem (vão se aproximando um do outro) para formar uma pequena imagem invertida (de cabeça para baixo) que pode ser projetada em uma tela (anteparo). Este tipo de imagem é chamado de imagem real. Os raios de luz, efetivamente, encontram-se para formá-la. Em outras palavras, as imagens reais são produzidas pelo cruzamento efetivo de raios de luz. Raios de luz vindos de objetos muito distantes são quase paralelos um ao outro. Como exemplo disso, temos os raios de luz do Sol e das estrelas. Um espelho côncavo reflete os raios paralelos incidentes para um foco. Esse ponto, como o da ilustração acima, é denominado foco principal. A distância do espelho até esse foco principal é chamada de distância focal. Espelhos muito encurvados têm pequenas distâncias focais. –7
  12. 12. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 8 Espelho de grande curvatura é um espelho pouco abaulado, sua distância focal é grande. 3. Espelho convexo Espelhos convexos são abaulados para fora. Eles fornecem um só tipo de imagem. Sempre é menor que o objeto, direita e virtual. Refletores convexos Espelhos convexos fornecem uma visão bem ampla. Eles são usados como espelhos de autos, saída de gara- gens e como espelhos de segurança (vigia) em supermer- cados. Menor, direita e virtual. 4. Usando as curvaturas Luz não é a única coisa que pode ser refletida por uma superfície encurvada. Refletores encurvados também são usados para som, calor irradiado, radar, sinais de televisão (antenas parabólicas) etc. A luz do Sol Alguns manuais citam que a luz proveniente de Refletores côncavos objetos luminosos distantes é constituída de raios quase Um espelho côncavo de grande curvatura (grande paralelos e, quanto mais distante estiver o objeto, mais distância focal) é muito utilizado como espelho de touca- paralelos chegarão a nós seus raios de luz. Nada temos dor (maquiagem, barba etc.) porque, nessa situação, for- para discordar. Mas continuam assim: “desde que o Sol é nece imagem direita e muito ampliada. muito distante, sua luz chega até nós com raios perfeitamente paralelos”. Isto é incorreto — luz solar NÃO é nenhuma luz de raios paralelos! O Sol, apesar de sua distância à Terra, não é fonte Os animais tam- puntiforme de luz, ele é muito grande para isso! bém se servem dos Se a luz proveniente do Sol fosse constituída de raios receptores encurva- perfeitamente paralelos, efeitos interessantes acontece- dos. riam: a) o Sol, para nós, se pareceria um ponto muito luminoso, como uma estrela intensamente luminosa ou como um arco de uma solda elétrica (arco voltaico); b) às sombras no chão faltariam as penumbras e teriam contornos perfeitamente nítidos; c) a noite cairia instantaneamente, assim que o ponto luminoso se escondesse abaixo do horizonte (não haveria o crepúsculo do entardecer); d) durante o dia, as variações da densidade do ar causariam no solo padrões de interferência de luz, seme- lhantes àqueles que observamos no fundo de uma piscina em cuja superfície correm pequenas ondas de água; e) aos eclipses solares e lunares faltariam as penum- Não se trata de simples decoração. As orelhas cônca- bras; vas são adequadas para a função de enfocar sons distantes. f) uma lente convexa (lente convergente) de grande Pulsos de radar de aeronaves muito distantes da Terra diâmetro concentraria a luz em um único ponto ex- são enfocados por esse enorme refletor côncavo. tremamente quente, e não num pequeno disco luminoso 8–
  13. 13. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2011_Tony 17/12/10 10:25 Página 9 (a imagem do Sol) — os aparelhos para projetarem os dizemos que a imagem se forma atrás do espelho) e eclipses do Sol nos anteparos seriam um fracasso!; imprópria (imagem que se forma no infinito, em g) uma pequena lente côncava (lente divergente) consequência de raios refletidos paralelos entre si). colocada perto do foco da grande lente convexa poderia ser usada para produzir um intenso (e perigoso) feixe de Luz do Sol: raios de luz provenientes do Sol. Não luz paralela. são paralelos entre si, ainda que formem feixes de pouca Nada disso acontece com nosso atual feixe de luz convergência. Se esses raios fossem perfeitamente proveniente do Sol. paralelos, teríamos, na Terra, acentuados efeitos, Texto parcial extraído do original do Prof. Luiz conforme destacamos em Leitura Recomendada. Ferraz Netto, “Corrigindo Velhos Chavões”, publicado no Curvatura: é uma propriedade geométrica das site da Editora Moderna – Sala dos Professores curvas numa determinada e pequena região. Se <www.moderna.com.br>. indicarmos por C a curvatura e por R o raio da circunferência que melhor se adaptam a essa pequena H I P E R T E X T O região curva, teremos a seguinte relação: C = 1/R . Curvatura é o inverso do raio. Assim sendo, espelhos de pequena curvatura terão raio grande e vice-versa. Em nos- Características da imagem: propriedades das so texto, estaremos tratando da curvatura dos espelhos em imagens formadas por sistemas ópticos. São três as termos de abertura, e não no sentido matemático. Dessa características: forma, espelhos de grande curvatura (abertura) terão grande tamanho — comparação entre as dimensões da raio, o que equivale a dizer grande distância focal e vice- imagem e do objeto, podendo ser: maior, menor e igual; versa. orientação — informa-nos se a imagem é direita (tem a mesma orientação do objeto) ou invertida (de cabeça para baixo em relação ao objeto); No Portal Objetivo tipo (ou natureza) — informa-nos se a imagem é real (obtida pela intersecção efetiva de raios de luz e, como Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, tal, pode ser projetada em um anteparo), virtual (obtida digite CIEN9F203 por intersecção de prolongamentos de raios de luz e Exercícios da aula 1. Qual tipo de espelho: 3. Esse lampião portátil, a gás, é muito usado por a) pode fornecer uma imagem ampliada? campistas. b) sempre fornece uma imagem direita e menor que o objeto? c) pode dar uma imagem real em uma tela? Prof.: a) Espelho côncavo. b) Espelho convexo. c) Espelho côncavo. 2. Complete a tabela abaixo, indicando que tipo de espelho você escolheria para desempenhar ca- da tarefa. a) Que tipo de refletor ele tem? Tipo de Razão da b) Por que tem um refletor? Uso espelho escolha c) Onde se localiza o foco principal desse refle- Espelho de tor? amplia o segurança em convexo campo de lojas e super- observação Prof.: mercados a) Apresenta refletor côncavo. dá imagem b) O refletor concentra toda a luz emitida num só feixe quase Espelho para paralelo (na prática, pouco divergente). côncavo ampliada para maquiagem objetos próximos c) O foco principal está sobre a camisa incandescente do com a lâmpada no lampião. O feixe emitido não pode ser perfeitamente Refletor de paralelo, porque a camisa não é fonte puntiforme de luz, côncavo foco, emite feixe lanterna quase paralelo mas fonte extensa. –9
  14. 14. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 10 4. Represente, nos quadros a seguir, um espelho plano, um côncavo e um convexo. Aula Refração da luz 14 Data: _____/_____/_____ 1. Mudando de direção O raio incidente (que vem por cima, à esquerda) é “desviado” ou refratado ao entrar no bloco. Veja que ele Este corte no dedo não dói nada! será novamente desviado ao sair do bloco. Repare que a direção do raio que sai do bloco é a mesma do raio incidente (ambos são paralelos). O que o bloco fez foi efetuar dois desvios na direção de propagação do raio de luz. Desse modo, o raio que sai fica deslocado, lateralmente, em relação ao raio que chega. Olhando um pouco de lado através desse bloco de vidro, você verá parte de seu dedo ser cortada. Pelo menos é o que parece acontecer. De fato, foram os raios de luz que se deslocaram, não seu dedo. Isso é justamente o que acontece quando um raio de luz atravessa um bloco retangular de vidro. Observe o Um bloco de vidro retangular efetua um desloca- trajeto desse estreito feixe de luz: mento lateral num raio de luz. A causa é o fenôme- no da refração da luz. Há uma única situação na qual o raio de luz pode atravessar um bloco retangular de vidro sem sofrer qual- quer desvio — isso ocorre quando a luz incide perpen- dicularmente na face do bloco (o raio incidente faz 90° com a superfície do bloco). É a denominada incidência normal. Com exclusão dessa incidência normal, toda vez que um raio de luz vindo do ar entra no vidro, na água ou em 10 –
  15. 15. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 11 qualquer outro material transparente , ele se desvia de 3. As cores sua direção original e toma outra direção, aproximando-se De onde vem a luz colorida? Será que a refração da da normal. Em outras palavras, o ângulo de refração é luz tem algo a ver com isso? menor que o ângulo de incidência. Quando um feixe estreito de luz branca passa por um prisma, o feixe divide-se em todas as cores do arco-íris. Branco não é uma cor individual, e sim uma mistura de cores. As cores que formam o branco entram no prisma todas juntas, mas são refratadas (desviadas) pelo vidro em ângulos diferentes. O efeito é chamado dispersão. Quando a luz abandona um material transparente e O conjunto das cores visíveis é chamado espectro retorna ao ar, ela também se desvia, desta vez se visível da luz. A maioria das pessoas pensa que pode ver afastando da normal. apenas seis cores no espectro (ou no arco-íris): vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta 2. Mais fundo do que aparenta Da borda de uma piscina você olha para o fundo e Isso não é correto. Na realidade, há uma mudança tem a sensação de que não é tão profundo. Realmente, contínua do princípio (vermelho) ao fim (violeta). olhando através da água, nunca teremos a visão da pro- A composição de cores, usando-se luz, não dá o mes- fundidade real por causa do fenômeno da refração. mo resultado da composição de cores usando-se tintas: o que se vê na tela de um computador não tem a mesma cor que sai no papel impresso. Veja Leitura Recomen- dada. 4. Por que ocorre desvio da luz? Vamos ver uma analogia mecânica. Como acontece? Os raios de luz provenientes da pedra refratam-se ao atingirem a superfície livre da água — e afastam-se da normal. Olhando de cima, os raios de luz parecem vir de um ponto não tão profundo — o “objeto” é visto um pou- co acima de onde realmente está. Na verdade, não esta- mos “vendo o objeto”, e sim sua imagem virtual. A imagem da pedra, na ilustração acima, é vista mais próxima da superfície do que a pedra-objeto. Por causa dessa aproximação aparente, as coisas que estão dentro d’água parecem ser um pouco maiores do Quando um carro de passeio sai do asfalto e entra em que realmente são. Cientistas e arqueólogos que traba- ângulo numa região arenosa, uma roda dianteira atinge a lham com a vida submarina ou naufrágios podem, facil- areia antes da outra. A roda que entrou na areia diminui mente, superestimar os tamanhos de seus achados. sua velocidade, enquanto a outra, ainda no asfalto, não. O – 11
  16. 16. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 12 resultado disso é o desvio do trajeto do carro para o lado da roda que primeiro toca a areia. Ao passar do asfalto H I P E R T E X T O para a areia o carro “refrata”. Material transparente: vide meios materiais. Luz não é sólida como um carro, mas também tem Meios materiais ou meios sua velocidade reduzida pelo meio material por onde ópticos, são aqueles que passa. Por isso, também sofre desvio. E tanto mais afetam alguma propriedade desviará, quanto maior for a redução em sua velocidade. relativa à luz. Um critério para diferenciar os vários Observe os desvios produzidos pela água e pelo meios pode ser a propaga- vidro: ção da luz: meio transparente — permite a passagem da luz, segundo trajetos bem defi- nidos, previsíveis e com pouca perda de energia transportada pela onda luminosa. São exemplos: o ar, finas camadas de água, finas camadas de vidro etc. Olhando-se através desse No ar, a luz viaja a aproximadamente 300 000 km/s. meio, vê-se, com nitidez, a Vejamos sua velocidade em outros materiais: forma da fonte de luz. meio translúcido — permite a passagem da luz, mas os trajetos são imprevisíveis e há uma acentuada Material Velocidade da luz perda de energia luminosa (a luz converte-se em outra modalidade de energia). São exemplos: o vidro fosco, Água 225 000 km/s espessas camadas de água etc. Não permite a visão nítida da fonte de luz. Vidro 201000 km/s meio opaco — impede a passagem da luz. São Acrílico 197000 km/s exemplos: a madeira, a parede, a chapa de ferro etc. Nota: Um meio transparente (como uma simples placa de Diamante 124 000 km/s vidro) pode tornar-se translúcido com o aumento de sua espessura (20 placas de vidro uma atrás da Nota: Essas velocidades dependem ligeiramente da outra) ou ainda opaco (50 placas de vidro cor da onda de luz. empilhadas). Exercícios da aula 1. Nos diagramas abaixo, indique o caminho seguido pela luz ao atravessar os blocos de vidro. Prof.: Eis os traçados. No primeiro, a luz penetra, desvia-se, aproximando-se da normal. No segundo, não ocorre desvio por tratar-se de uma incidência normal. 12 –
  17. 17. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 13 2. Observe a segunda ilustração da aula 14. 4. Do espectro visível, que cor componente da luz Repare que no topo do bloco de vidro, além do branca mais se desvia ao atravessar um pris- raio incidente, há um segundo raio à sua direita. ma? Que cor é a que sofre menor desvio? Que raio é esse? De onde veio? Prof.: A luz violeta é a que sofre maior desvio (por apresentar menor velocidade de propagação no vidro). A luz vermelha é Prof.: Da luz incidente no topo do bloco, uma boa parcela é a que menos se desvia (maior velocidade de propagação). refratada (raio que penetra no bloco), mas há uma parcela que é refletida. Esse segundo raio da ilustração é a parcela 5. a) Desenhe um fino feixe de luz refletida. vermelha que, vindo do ar, atravessa um bloco de vidro 3. Utilize a tabela dessa aula, que dá a velocidade retangular e retorna ao ar. da luz na água, no vidro, no acrílico e no dia- mante. b) Desenhe um fino feixe de luz a) Qual desses materiais desviará mais a luz? vermelha que, vindo do ar, Prof.: atravessa um prisma de Desviará mais a luz o meio onde a velocidade da luz é a vidro e retorna ao ar. menor de todas; no caso, o diamante. c) Quantas refrações ocorrem em cada um dos b) Compare água com vidro. Qual desses dois casos acima? desviará mais a luz de sua direção original de d) Qual a diferença fundamental nos dois ca- incidência? sos? Prof.: Prof.: Entre o vidro e a água, o desvio será maior no bloco de vidro, a) b) pois, neste, a velocidade de propagação da luz é menor. c) Se os blocos da questão 1 fossem feitos de acrílico em vez de vidro, como seus dese- nhos se modificariam? c) Ocorrem duas refrações em cada caso. d) O raio emergente do bloco de vidro é paralelo ao raio incidente (ocorre apenas desvio lateral). No prisma, o raio emergente não é paralelo ao raio incidente (ocorre desvio angular). No primeiro bloco, a luz, ao penetrar no acrílico, deverá aproximar-se mais da normal (maior desvio que no vidro). Na segunda figura, não haverá alteração alguma, pois a No Portal Objetivo incidência é normal (raio incidente perpendicular à face do bloco). Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite CIEN9F203 Aula Cargas elétricas e eletrização 15 Data: _____/_____/_____ Carga elétrica O que faz com que pedacinhos de papéis se agarrem em suas mãos e que o pó se deposite sobre seus discos? O que origina atrações, crepitações e pequenas faíscas quando você penteia seu cabelo? – 13
  18. 18. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 14 No Sistema Internacional de Unidades, as quanti- dades de carga elétrica são medidas em coulombs (C). Prótons e elétrons levam a mesma quantidade de coulombs de carga, porém de sinais (tipos) opostos. Normalmente, os átomos têm o mesmo número de elétrons e de prótons. Nessa situação, as cargas (– e +) se anulam e, externamente, nenhuma carga elétrica se manifesta. Dizemos que, nessa situação — que é a habitual —, o átomo encontra-se em estado neutro, e nele O que permite que os fios de cabelo dessa menina fi- não fica prevalecendo nenhum tipo de carga. quem arrepiados, levantados e afastados uns dos outros? Os elétrons, entretanto, nem sempre ficam presos a seus átomos. Eles podem ser removidos com certa faci- lidade; basta, para tanto, colocar corpos diferentes em contato. O atrito — o esfregar de um corpo com outro — é um modo simples de se conseguir esse contato. “Carregando” um corpo pelo atrito Quando dois corpos de materiais diferentes são esfregados um contra o outro, elétrons podem se transfe- rir de um para outro. Isso afeta o equilíbrio (neutralidade) A causa disso tudo é a carga elétrica. entre as cargas (– e +) dos corpos atritados. Passe um pente de polietileno (plástico) em seu De onde ela vem? cabelo. Discos, pentes, cabelo e todos os demais materiais são compostos de partículas minúsculas chamadas molé- culas. Moléculas, por sua vez, são constituídas por átomos. O polietileno tira elétrons dos átomos do seu cabelo. Isto deixa o polietileno com mais e o cabelo com menos elétrons que o normal. O polietileno fica carregado negativamente. Uma molécula pode ser feita de um só tipo de átomo. O cabelo fica carregado positivamente. Todavia, pode também ser formada por diferentes tipos de átomos. Tudo depende do material. Passe agora um pente de acrílico em seu cabelo (seco Todos os átomos levam cargas elétricas dentro de si. e desengordurado). No centro de cada átomo, há um núcleo. Ele é composto de prótons e nêutrons. Existem partículas mi- núsculas circulando ao redor desses núcleos. Elas são os elétrons. Tanto prótons como elétrons levam cargas elétricas consigo. Mas essas cargas elétricas são de tipos opostos: Elétrons levam uma carga elétrica negativa (–). Prótons levam consigo uma carga elétrica posi- tiva (+), sendo, em quantidade, igual à carga Dessa vez, é o cabelo que tira elétrons do pente. elétrica do elétron. Nêutrons não têm nenhuma carga elétrica. O cabelo fica carregado negativamente. O pente fica carregado positivamente. 14 –
  19. 19. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 15 Como você observa, quando se atritam dois corpos topo da folhinha de alumínio ficar carregado negativa- distintos, quem vai ficar carregado positivamente ou ne- mente. Mas deixa a extremidade oposta, a de baixo, com gativamente vai depender dos materiais de que são feitos falta de elétrons, portanto carregada positivamente. esses corpos. O pente atrai o extremo negativo da folhinha fortemente, Na AULA DE LABORATÓRIO, você poderá porque está bem próximo. Repele o extremo positivo, mas ensaiar com diversos materiais, como: vidro, ebonite, com menor intensidade, porque está mais longe. Resultado: a plástico, lã, seda, madeira etc., e organizar uma lista. atração ganha, e a folhinha é puxada contra o pente. Uma lista desse tipo, que indica se o material ficará carregado positiva ou negativamente quando atritado com outro, recebe o nome de série triboelétrica . Nota: O termo “carregado”, para corpos que apresentam falta ou excesso de elétrons, pode ser substituído por eletrizado, que é mais científico. Forças entre cargas elétricas As de mesmo tipo repelem-se Este é um exemplo de algo carregado (um pente) Dobre uma tira de plástico fino (celofane) e segure-a atraindo algo descarregado (a folhinha de alumínio). As junto à dobra. Puxe o conjunto para cima apertando as cargas elétricas separadas na folhinha de alumínio pela tiras entre os dedos, como se ilustra. simples presença de um corpo carregado são denomina- Desse modo, ambas as tiras ficarão eletrizadas com o das cargas induzidas. Induzir significa separar cargas de mesmo tipo de carga elétrica. sinais opostos num mesmo corpo. O corpo não fica As tiras, com mesmo tipo de cargas, repelem-se. eletrizado, fica polarizado. L E I T U R A O elétron faz 100 anos A influência da eletricidade e dos aparelhos elétricos em nosso cotidiano é tal que fica difícil imaginar como era viver em uma época sem as comodidades de hoje. Como se podia ficar à noite sem luz elétrica? Sem TV, Tipos opostos atraem-se rádio, cinema? Como era não ter geladeira, telefone? Não Puxe um só pedaço de plástico fino, atritando-o com tomar banho quente, entre outras coisas? Sem dúvida, a sua mão, como se ilustra. vida era muito diferente. Ambos, mão e plástico, ficarão carregados. Mas as Mas raramente nos damos conta de que o agente cargas elétricas, neste caso, são opostas. responsável por quase todos esses alcances tecnológicos O plástico fino é atraído pela sua mão. é uma partícula elementar subatômica, o elétron. Quando ligamos o interruptor de luz, uma torrente deles passa a executar uma frenética dança de vaivém no filamento da lâmpada, a qual fica incandescente e brilhante. Ao ligarmos a TV, são os elétrons que, ao bate- rem atrás da tela, formam a imagem. Quando recebemos a conta de luz, estamos pagando na realidade pela quantidade de energia arrancada dos elétrons que “passearam” pelos fios e aparelhos de nossa casa – de fato, uma unidade comercial dessa energia, de- Atração por indução nominada quilowatt-hora, que custa por volta de R$ 0,15, Um pente positivamente carregado é posto próximo contém cerca de 2 x 1023 dessas partículas, ou seja, o a um pequeno pedaço de papel-alumínio (desses comuns número 2 seguido de 23 zeros! Apesar de não per- em sua cozinha). Elétrons da folhinha são atraídos para cebermos, nossas vidas estão intimamente ligadas e de- cima, para ficarem próximos ao pente positivo. Isso faz o pendentes da existência e do uso dos elétrons. – 15
  20. 20. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2011_Tony 17/12/10 10:25 Página 16 Vejamos apenas um trecho da história do elétron, o Em 1729, o físico inglês Stephen Gray (1666-1736) trecho inicial, marco de uma grande luta científica em prol descobriu que a eletricidade podia ser transmitida aos do progresso da humanidade e que se estende até hoje. corpos não só pelo contato direto, mas também através de fios metálicos. Quatro anos depois, o químico francês Do âmbar aos fluidos elétricos Charles Dufay (1698-1739) percebeu que uma resina Provavelmente, a primeira manifestação de fenô- esfregada com pele de gato passava a repelir corpos que, menos elétricos ocorreu na Grécia, por volta de 400 a.C., em princípio, eram atraídos por um bastão de vidro quando se percebeu que uma resina fóssil, sólida e ama- eletrizado. Dufay reconheceu então a existência de dois relada, o âmbar, era capaz de atrair objetos leves quando tipos de eletricidade: a vítrea e a resinosa. esfregada com um pedaço de pano. Por sinal, o nome Em 1747, o político, diplomata e físico norte- eletricidade vem de élektron, palavra grega para “âmbar”. americano Benjamin Franklin (1706-1790) observou o O próximo passo importante na observação dos mesmo fenômeno e introduziu os termos positivo e nega- fenômenos elétricos deu-se só em 1600, quando William tivo, usados até hoje para distinguir os dois tipos de ele- Gilbert (1544-1603), médico da rainha Elizabeth I e do tricidade. Franklin e o físico e naturalista inglês William rei James I, da Inglaterra, descobriu que um bastão de vi- Watson (1715-1787) propuseram de forma independente dro e mais cerca de outros 20 objetos comportavam-se a existência de um fluido elétrico que existe em quantida- como o âmbar quando esfregados com seda. Ele batizou de “normal” na matéria não eletrizada. O excesso desse esse fenômeno de eletrização de corpos. Segundo Gilbert, fluido originaria a eletricidade positiva; a falta dele, a a eletricidade seria uma espécie de fluido. eletricidade negativa. H I P E R T E X T O Coulomb : unidade de quantidade de carga elétrica (símbolo: C). Próton e elétron transportam a mesma quantidade de carga elétrica, que é de 1,6.10–19C. Para o próton, + 1,6.10–19C e para o elétron, – 1,6.10–19C. O nome da unidade homenageia o físico francês Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), que realizou importantes descobertas sobre o atrito desenvolvido nas máquinas e aprimorou o desenho de aparelhos magnéticos. Sua principal contribuição à Física foi a aplicação da balança de torção para o estudo das forças de interação entre cargas elétricas, o que o levou a enunciar, em 1785, a tradicional Lei de Coulomb: A intensidade das forças com que cargas elétricas se atraem ou se repelem depende diretamente do meio que as envolve, de suas quantidades de carga elétrica e, inversamente, do quadrado da distância que as separa. Série triboelétrica : lista ordenada de materiais que obedece ao seguinte critério: um material da lista, ao ser atritado com outro que o segue, fica eletrizado com carga elétrica positiva e, ao ser atritado com outro que o precede, fica eletrizado com carga elétrica negativa. Eis uma série triboelétrica: pele de coelho— vidro— mica— lã— pele de gato— seda— algodão— âmbar— ebonite— celuloide A mica, por exemplo, eletriza-se positivamente ao ser atritada com todos os materiais da lista que a seguem (lã, pele de gato etc.) e eletriza-se negativamente ao ser atritada com os materiais que a precedem (vidro, pele de coelho). Exercícios da aula 1. Observe cada uma das situações abaixo e comente se ocorrerá atração ou repulsão entre os materiais, ou se nada acontecerá. Prof.: (a) atração, (b) repulsão e (c) atração. No caso (c), a atração ocorre em razão das cargas induzidas: a extremidade esquerda do papel fica negativa; a direita, positiva. A força de atração supera a de repulsão por causa das distâncias. 16 –
  21. 21. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 17 2. O balão de borracha ficou eletrizado negativa- 3. Aproximando-se dois balões, eles se mente quando atritado com a manga da blusa comportam como se ilustra. de Cláudia. A seguir, o balão foi colocado junto a uma parede, na qual ficou grudado, como se ilustra. Explique: a) Por que se comportam assim, mantendo-se a) como ele se tornou carregado; afastados um do outro? b) por que ficou colado contra a parede. b) Poderia apenas um deles estar eletrizado e o Prof.: outro não? a) O balão ficou eletrizado ao ser atritado contra a manga da c) Que tipo(s) de carga(s) elétrica(s) apresen- blusa. A borracha retira elétrons da manga; o balão fica tam? negativo e a manga fica positiva. Prof.: b) Ao aproximar e encostar o balão na parede, houve a) Eles estão eletrizados com cargas de mesmo tipo, ou separação de cargas no material da parede (indução). A ambos positivos ou ambos negativos. região da parede próxima ao balão fica polarizada, com b) Não. Se assim fosse, eles se atrairiam por indução. Entre cargas positivas mais próximas à superfície. A atração é um corpo eletrizado e um corpo neutro, sempre ocorrerá mais intensa que a repulsão, e o balão “cola-se” à parede. atração. c) Ambas do mesmo tipo (os dois materiais estão com falta ou com excesso de elétrons), mas não é possível, sem outros recursos, saber qual o tipo em questão. No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite CIEN9F204 Aula Cargas elétricas em movimento 16 Data: _____/_____/_____ Corrente elétrica Quando cargas elétricas passarem através desses equipa- mentos, eles poderão fornecer som, luz, movimento, calor e imagens. Quando você liga sua tele- visão, a eletricidade que atravessa o cabo é de fato um fluxo de elétrons. Esse fluxo é chamado de corrente elétrica. – 17
  22. 22. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 18 Condutores e isolantes elétricos Essa é uma pilha seca comum conectada (ligada) a Os elétrons fluem com facilidade pelo fio de cobre uma pequena lâmpada incandescente através de dois fios do cabo que liga sua televisão à rede elétrica de sua casa. de cobre. O conjunto constitui um circuito elétrico Isso acontece porque o cobre é um bom condutor de bem simples. eletricidade. Os elétrons, entretanto, não podem atra- No interior da pilha, reações químicas deslocam vessar o plástico de PVC (polivinilcloreto) que reveste o elétrons para sua extremidade inferior, tornando-a um fio de cobre. PVC é um isolante elétrico. polo negativo (–). Isso torna o terminal central um polo positivo (+). Condutores Como nos fios de cobre há muitos elétrons frou- Nos condutores, alguns elétrons não estão presos xamente presos a seus átomos, eles serão empurrados com muita firmeza a seus átomos. pelo polo negativo e atraídos pelo polo positivo. Está Esses elétrons, sob a ação de moderadas forças pronto nosso fluxo ordenado de elétrons — produzimos elétricas (atrações e/ou repulsões), podem mover-se ao uma corrente elétrica. longo do material passando de átomo para átomo. Quando eles atravessam o filamento da lâmpada, Condutores de eletricidade são também bons con- este fica tão quente que começa a emitir luz. dutores de calor. Assim que as substâncias químicas da pilha forem Os condutores não poderão ser eletrizados por atrito, usadas, não haverá mais conversões de energia e ne- a menos que você tome alguns cuidados especiais. Se nhum elétron poderá ser empurrado ou atraído. A pilha você segurar um bastão de cobre em uma das mãos e com estará “esgotada” (pifou!). A corrente elétrica cessará. A a outra o atritar com um pano de lã, qualquer elétron, lâmpada apagará. ganho ou perdido, determinará um imediato fluxo através Um exemplo prático para tal circuito elétrico é o da de sua mão para o material, para restabelecer o equilíbrio lanterna elétrica que ilustramos a seguir: elétrico. Entretanto, ele será eletrizado em sua totalidade se você o segurar com uma luva de borracha, que é um material isolante. Semicondutores Semicondutores comportam-se como isolantes elé- tricos quando frios. Quando mornos, eles se tornam razoáveis condutores elétricos. Isolantes Nos isolantes elétricos, os elétrons estão firmemente presos a seus átomos. Observe que, no interior dessa lanterna, temos duas Isolantes podem ser eletrizados por atrito. Perdendo pilhas. ou recebendo elétrons, eles não podem fluir pelo material, Uma bateria constitui-se de várias pilhas (ou e assim a região atritada fica eletrizada. É o que acontece ao atritarmos um balão de borracha com uma flanela. células voltaicas ) trabalhando juntas. Baterias são associações de pilhas. Produzindo a corrente elétrica Elas podem empurrar elétrons no circuito elétrico As pilhas e as baterias são uma fonte útil de cargas com mais força que uma única pilha. elétricas. Elas transformam energia química em energia Uma bateria realmente significa uma coleção de elétrica. Atente para esta montagem: pilhas ou células, entretanto a palavra é frequentemente usada até mesmo para indicar uma só pilha. Há seis células, do tipo chumbo-ácido, nessa bateria de carro que ilustramos a seguir. Essa bateria é “recar- regável”. Se forçarmos cargas elétricas (íons) a circular dentro dela, no sentido oposto ao normal, isso inverterá as reações químicas (reversíveis). A bateria estará nova- mente “carregada”. Novamente estará em condições de separar cargas elétricas dentro de si e empurrar elétrons para todo o percurso externo. 18 –
  23. 23. C2_9oA_CIENCIAS_PROF_2010 24/02/10 09:25 Página 19 carros movidos a eletricidade, com uso de baterias, ainda não tiveram muito êxito. Há muitos protótipos de carros movidos a eletricidade sendo desenvolvidos, boa parte deles usando baterias solares. Sem dúvida, o carro do futuro não mais será movido Pelo seu tamanho e peso, baterias são pobres pelos atuais motores de combustão interna tipo diesel, armazenadoras de energia. Essa é a razão por que os gasolina, álcool etc. • refrigeração de alimentos perecíveis ou de va- L E I T U R A cinas (por geladeiras ou freezers); Eletricidade por meio de Energia Solar • alimentação de eletrodomésticos (TV, barbeador, Os raios luminosos do Sol, ao incidirem sobre cole- liquidificador, furadeira etc.); tores especiais de silício, determinam a separação de • recarga de baterias (para telefonia rural, radioco- cargas elétricas de sinais opostos, originando uma d.d.p. municação, cercas elétricas etc.); capaz de manter nos circuitos uma corrente elétrica contínua. • sinalização de rotas (fluviais, marítimas e aéreas); Essa “eletricidade” gerada pela luz do Sol também é • sinalização de torres de transmissão em alta conhecida como energia solar fotovoltaica. tensão; A energia solar fotovoltaica pode ser usada de di- versas maneiras, como: • energização de instrumentação em estações • iluminação residencial; meteorológicas remotas; • bombeamento de água (de poço aberto, de poço • energização de cápsulas e estações espaciais, satélites tubular, de lago, riacho ou açude); artificiais de telecomunicações e muitas outras mais. H I P E R T E X T O Circuito elétrico : percurso condutor que, quando Células voltaicas : conjunto de dois condutores dife- fechado, decide o caminho a ser tomado pela corrente rentes (em geral metálicos) mergulhados em uma elétrica. Para evitar que as cargas elétricas abandonem solução iônica (água + ácido, por exemplo). Uma placa esse caminho, todo o percurso é cercado por materiais de cobre e outra de zinco, mergulhadas em uma solução isolantes. Um desses materiais é o próprio ar atmosférico ácida, formam uma célula voltaica. Uma pilha seca seco. Outros isolantes utilizados são: plásticos (que comum é uma célula. Ela apresenta um invólucro de recobrem os fios), cerâmica, vidro, ebonite etc. zinco e um condutor central de carvão, separados um do outro por uma pasta ácida condutora. Filamento : condutor metálico (tungstênio) constituinte da lâmpada incandescente. Ao ser percorrido por corren- te elétrica, ele se aquece a 2 500oC e irradia calor e luz. – 19

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