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Maria Teresa Thomaz (UFF)
mariateresa.thomaz@gmail.com
Apresentação:
1. Bússola: o que é isso?
2. Começando a descobrir o Magnetismo
3. A origem do Magnetismo
3.1. As partículas que compõem os átomos 3.2. Correntes elétricas geram campo magnéticos 3.3. Ímãs permanentes
4. Polos dos ímãs: puxões e empurrões magnéticos
6. Origem do campo magnético da Terra
5. A bússola
8. A caça aos bombons: uma origem e uma direção/bússola
1
7. Aurora boreal: luzes maravilhosas e mágicas
1. Bússola: o que é isso?
É um equipamento em que temos uma agulha imantada que pode
girar em torno do seu centro fixado por um eixo/pivô.
Esta agulha aponta sempre para a mesma direção: polo NORTE (N),
a não ser que perto da bússola tenha um ímã ou algo que crie um
campo magnético.
Na circunferência da bússola são marcados os seus polos
magnéticos (N e S) e pontos cardeais:
Norte (N), Sul (S), Leste (L ou E) e Oeste (O ou W).
As retas que ligam polos N-S e L-O, formam um ângulo
de 90º entre elas.
Subdividamos em ângulos o espaço na circunferência da bússola onde estão localizados os
polos N, S, L e O.
a bússola é usada para dar direção.
Pontos cardeais: N, S, L(E) e O(W).
Pontos principais ou pontos de
referência.
2
Diz a cultura popular que o Sol nasce no Leste e põe no Oeste.
É verdade?
O dito popular não está completamente correto.
Devido a rotação da Terra em torno do seu eixo e a sua translação
em torno do Sol, o Sol não nasce sempre no mesmo ponto do céu e
assim como não se põe no mesmo ponto.
Observem a quantidade de sol que as suas plantas recebem em diferentes meses do ano!!!!
A afirmação correta é: o Sol nasce do lado
Leste e se põe no lado Oeste.
Mas estas orientações do Sol são muito importantes
quando desejamos construir uma casa:
3
4
2. Começando a descobrir o Magnetismo
Efeitos magnéticos no nosso dia a dia:
Quando falamos em magneto, pensamos nos ímãs que
colocamos na porta e parede lateral da geladeira,
inclusive os ímãs com os contatos telefônicos de farmácias, gás,
restaurantes, ...
Mas nem sempre a gente sabe que tem um magneto nos equipamentos que utilizamos. Como você
consegue recarregar a bateria que gera as correntes elétricas que permitem os transportes
automotivos terem correntes elétricas que mantém funcionando: faróis, rádio, palhetas para limpar
os vidros, ...?
Um alternador,
representação
esquemática.
5Mas são enormes magnetos/ímãs que transformam a energia das águas
dos rios nas hidrelétricas em energia elétrica/corrente elétrica que
chega as nossas casas:
Funcionamento de uma hidrelétrica
6Cronologia inicial sobre o Magnetismo
Magnetismo: a magnetita (“lodestone”) era conhecida pelos gregos muito antes da era
de Cristo. Esta pedra vinha de região da Grécia chamada de Magnésia.
M
a
g
n
e
t
i
t
a
É atribuído a Tales de Mileto (~ 625 a.C. a ~545 a.C.) a primeira
discussão científica sobre o magnetismo usando a “lodestone”
(pedra-ímã).
Há sugestão de que a civilização Olmec no México
tenha utilizado a hematita como um magneto antes
de 1.000 a.C..
Olmec: a mais antiga grande civilização da MesoAmérica
(América Central a partir do sul do México).
7Fatos importantes relativos ao Magnetismo:
4º séc. a.C.: escritos chineses mencionam as “pedras-ímãs”
(“lodestone”) que atraem o ferro.
~206 a.C.: a bússola foi inventada pelos chineses como dispositivo de adivinhação.
~1.040 d.C.: os chineses usaram a bússola para a navegação militar;
~1.110 d.C.: os chineses usaram a bússola para navegação marítima.
~1.190 d.C.: a bússola aparece na Europa.
1.600 d.C.: William Gilbert, o “Pai do Magnetismo”
William Gilbert“A Terra é um
grande ímã .“
8
3. A origem do Magnetismo
Conhecemos alguns efeitos magnéticos com que convivemos no nosso cotidiano.
Qual a origem do Magnetismo?
3.1. As partículas que compõem os átomos
Antes de conversarmos sobre a origem do Magnetismo, vamos falar sobre o que toda a
matéria é constituída, os tijolos da Natureza: os átomos.
O que significa a palavra átomo? A palavra átomo vem do grego e significa: indivisível.
Demócrito de Abdera
460 a.C. – 370 a.C.
Se quebrássemos um objeto em pe-
daços cada vez menores,os pedaços
manteriam as mesmas propriedades
que o objeto original,até alcançar-
mos o átomo.
O átomo seria o menor pedaço do
corpo que ainda conservaria as suas
propriedades.
O que diz a Escola Atomista grega sobre o átomo?
9
John Dalton
Em 21 de outubro de 1803 o químico inglês John Dalton apresenta a
1ª tabela de pesos atômicos na Manchester Literary Philosophical
Society. Ele toma emprestado de Demócrito a palavra átomo para
chamar as partículas individuais dos quais a matéria é composta.
Dimitri Mendeleiev
A primeira organização dos elementos numa Tabela Periódica
foi feita por Dimitri Mendeleiev em 1869, com 103 átomos.
2.200 anos após a Escola Atomista Grega, o que é o
átomo?
10A Tabela Periódica atual:
Do que são constituídos
todos os átomos?
11Do que são constituídos todos os átomos?
Todos os átomos são constituídos de até 3 tipos de partículas elementares, os
legos da Natureza.
elétron (e-): partícula atômica com carga elétrica negativa
𝒒 𝒆−= - 1,6 x 𝟏𝟎− 𝟏𝟗 C
próton (p): partícula atômica com carga elétrica positiva.
𝒒 𝒑= + 1,6 x 𝟏𝟎− 𝟏𝟗
C
nêutron (n): partícula atômica com carga elétrica nula
𝒒 𝒏 = 0 C
a carga elétrica total de cada átomo é
igual a 0 (nula).
12
Os valores das massas do elétron, do próton e do nêutron são muito muito
muito pequenos quando comparados com o valor da nossa massa pessoal
(mTeresa ≈ 86 kg), mas
𝒎 𝒏ê𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏 ≈ 𝒎 𝒑𝒓ó𝒕𝒐𝒏 ≈ 2.000 x 𝒎 𝒆𝒍é𝒕𝒓𝒐𝒏 .
𝒎 𝒆𝒍é𝒕𝒓𝒐𝒏 ≈ 9,1 x 10-31kg
Se juntamos uma quantidade de elétrons que tenha uma massa total igual a Melétron = 1kg,
então a mesma quantidade de prótons tem massa igual a:
Mpróton ≈ 2.000 x Melétron = 2.000kg = 2 toneladas
1kg
Para realizarmos o que significam essas massas, comparamos a mobilidade de dois objetos:
mala vazia ≈ 1,4kg CTI móvel ≈ 2,2 toneladas
Qual dos dois objetos é mais fácil de
empurrar?
13
Por isso quando a tomada da lâmpada na tomada que tem tensão
elétrica, é muito mais fácil os elétron (carga elétrica negativa) se
deslocar/andar pelo fio do que os prótons,
A corrente elétrica que percorre os fios nos aparelhos elétricos em nossa casa são
elétrons se movendo ao longo desses fios.
14Se inclusive nós somos feitos de átomos, porque não os vemos?
O átomo mais simples da Natureza: átomo de hidrogênio.
Qual o tamanho típico de um raio atômico do hidrogênio?
𝐫á𝐭𝐨𝐦𝐨 ~ 𝟏𝟎− 𝟏𝟎
𝐦 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟏 𝐦
É possível ver um átomo de hidrogênio a olho nu?
Comparamos o raio atômico de hidrogênio com algo que enxergamos:
• raio de uma miçanga : 1mm = 10-3m = 0,001m
raio do átomo: 𝐫á𝐭𝐨𝐦𝐨 =
𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐦𝐢ç𝐚𝐧𝐠𝐚
𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎
diâmetro do núcleo: 𝐝 𝐧ú𝐜𝐥𝐞𝐨~𝟏𝟎 −𝟏𝟒
𝐦 =
𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐦𝐢ç𝐚𝐧𝐠𝐚
𝟏𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎
153.2. Correntes elétricas geram campo magnéticos
Se estamos interessados em conhecer as bússolas, e elas se orientam por
campos magnéticos, então porque estamos falando em correntes elétricas?
Todas as correntes elétricas
criam campos magnéticos.
As medidas de direções utilizando bússolas perto de equipamentos eletrônicos,
percorridos por correntes elétricas, não é confiável. O campo magnético local da
Terra é modificado pelo campo magnético criado pelas correntes elétricas.
As correntes elétricas são fontes de campos magnéticos!!!! Ao desligar as
correntes elétricas os campos magnéticos desaparecem.
163.3. Ímãs permanentes
Objetos metálicos de ferro (Fe), cobalto (Co) ou níquel (Ni)
possuem em seu corpo micro micro ímãs. Em alguns desses corpos
metálicos, os micro micro ímãs formam ilhas/domínios em que os ímãs
apontam em diferentes direções, levando a que o objeto feito
desses metais não sejam magnetizados.
Podemos orientar esses micro micro ímãs aplicando um ímã (campo magnético externo) ao lado:
Existe uma temperatura máxima para cada
elemento magnético em que podemos organi-
zar os micro micro ímãs numa direção:
TFe = 769,85 ºC
TCo = 1.126,85 ºC
TNi = 353,85 ºC
TFe2O3
= 674,85 ºC
17
4. Polos dos ímãs: puxões e empurrões magnéticos
Os ímãs possuem 2 polos, que convencionamos
chamar: polo Norte (N) e polo Sul (S).
Vejamos como os polos de ímãs se empurram e se puxam:
O que acontece se quebramos um ímã em dois pedaços?
Uma pedra ímã natural: hematita
Minério de ferro: 70% de ferro (Fe)
e 30% de oxigênio (O) : Fe2O3.
As linhas de campo magnético dão
a direção e o sentido em que as
agulhas da bússola apontam
naquele ponto do espaço.
185. A bússola
Minerais magnetizados, magnetita e hematita, eram conhecidos pelas antigas
civilizações: Olmecs (~ 1.000 a.C.), gregos (~ 600 a.C.) e chineses (~400 a.C.).
Antes de 1.040 d.C. os militares chineses já utilizavam bússolas para deslocamentos em
terra (no continente). Só a partir de 1.117 d.C. os chineses passam a utilizar a bússola
nas navegações marítimas em geral.
Em 1.190 Alexander Neckam escreve um livro em que menciona os marinheiros europeus
estarem usando bússolas nas navegações marítimas.
Em 1.280, Flávio de Gióia de Amalfi (Itália) inventou a bússola feita de uma agulha de
ferro imantada pelo toque com uma pedra de magnetita e rodando horizontalmente sobre
um eixo vertical (pivô), como a usamos hoje.
As civilizações sempre se lançaram pelos mares, principalmente o Mediterrâneo:
F
e
n
í
c
i
a Grécia
Império
Romano
19
Como eram as navegações marítimas antes das bússolas?
Barco fenício
Durante os dias: os navegadores se orientavam pelos morros e
pontos geográficos conhecidos em terra e nas formas e disposição
das ilhas precisava navegar acompanhando as costas dos
continentes.
Barcos da Grécia Antiga
Durante as noites: utilizavam os conhecimentos astronômicos com
as posições das estrelas para determinar as rotas.
Até a segunda metade do século 13 a frequência das viagens
marítimas durante o inverno diminuía: de outubro a abril. Nesse
período os céus do Mar Mediterrâneo não eram claros!!!!
Em torno de 1.290 é que as navegações marítimas passam a ser de janeiro/fevereiro a
dezembro, com a utilização das bússolas. As rotas não precisam ser próximas ao continente.
20Por que as navegações são tão importantes para nós brasileiros?
A “Era das Descobertas Europeias” durou do século XV ao século
XVII. Durante este período foram desenvolvidos a ciência náutica,
cartografia e astronomia.
Nesta época também foram construídos os primeiros navios para
navegar em segurança em alto mar (Atlântico) pelos portugueses.
Expansão do Reino de Portugal em Império Português
Império Português após os
Descobrimentos Portugueses
Infante D. Henrique de Avis
O Navegador
O Oceano Atlântico, um desconhecido do mundo a ser conquistado.
Mapa da Europa, Século 14
Portugal
21
As rotas que desde a época dos gregos e romanos
levavam as especiarias da Ásia para a Europa.
Mar Mediterrâneo e o Oceano Índico e rotas por
terra.
A partir de 632, sob a liderança de Muhammad (Maomé), começam
as conquistas islâmicas que impediam os cristãos de usar as rotas
comerciais antigas por terra e dificultavam as rotas pelo Mar
Mediterrâneo. As caravanas sofriam assaltos e pagamentos de
muitos tributos aos califados locais.
O comércio das especiarias e itens da Ásia e Índia pelas rotas tradicionais ficou muito
oneroso.
Os reis cristãos, europeu, buscam novas rotas até a Índia para a compra de especiarias,
além de poderem atacar os mouros e libertar o mundo católico.
22
Infante D. Henrique
1394-1460
O Infante de Sagres ou O Navegador
D. Henrique de Avis, Duque de Viseu, é o 5º
filho de D. João I e D. Filipa de Lencastre.
Este casamento fortaleceu o tratado da
aliança luso-britânica.
Aos 20 anos, D. Henrique (1414) convence seu pai, D. João I a conquistar Ceuta, no
norte da África início da expansão ultramarina portuguesa: controle das rotas
marítimas de comércio entre o Oceano Atlântico e o Oriente Médio.
Após a conquista de Ceuta, D. Henrique se torna o grande incentivador da exploração
do Oceano Atlântico. As suas 5 motivações para as expedições marítimas:
1. Conhecer as terras além das Canárias e do Cabo Bojador;
2. Trazer mercadorias para o reino português;
3. Saber o alcance do poder dos mulçumanos;
4. Encontrar aliados que ajudassem numa guerra que já durava 31 anos;
5. Trazer para a fé de Cristo todas as almas que quisessem se salvar.
Casamento de D. João I e D. Filipa
23
Entre 1419 e 1420, D. Henrique anexou o arquipélago da Madeira ao Reino
de Portugal. Essas ilhas se tornaram o celeiro de Portugal que sofria com a
escassez de alimentos. A peste bubônica na segunda metade do século XIV
levou ao abandono da agricultura no reino português.
Monumento aos Navegadores Portugueses
Lisboa
D. Filipa
D. Henrique usou os recursos da templária Ordem de Cristo,
da qual era Governador a partir de 1420, e recursos próprios
para financiar as expedições no Oceano Atlântico.
O Infante de Sagres patrocinou a criação de uma cátedra de
Astronomia e Filosofia na Universidade de Coimbra.
Em torno de 1.441 foram construídas naus
e caravelas, que são embarcações mais se-
guras para viajar no Oceano Atlântico, mar aberto, longe do continente.
D. Henrique morre em 13 de novembro de 1460 (66 anos) e seu sobrinho e herdeiro, o
Infante D. Fernando, Duque de Viseu, passa a ser o responsável pelas navegações
marítimas do Reino de Portugal. Ele continua procurando um caminho para as Índias e a
explorar o Oceano Atlântico ...
Nau e caravela
24
O sonho do Navegador de Sagres vai se realizando:
Em 1.497, Vasco da Gama descobre uma nova rota marítima para a
Índia. Ele contorna o cabo da Boa Esperança na África.
A nova rota para a Índia pelo Oceano Atlântico é mais lucrativa: ela
é segura pelo mar e tem menos assaltos que as rotas terrestres.
Rota de Vasco da Gama
Pedro Álvares Cabral
Em 1.499, Pedro Álvares Cabral foi nomeado capitão-mor
da armada portuguesa para ir a Índia. Em 09 de março
de 1.500 ele partiu com 10 naus e 3 caravelas para
Samorim, na África.
Na altura de Cabo Verde, na África, a armada do
capitão-mor Cabral fez um desvio da rota original para
evitar a calmaria e ...
25
... em 22 de abril de 1.500 os marinheiros da armada portu-
guesa avistaram o Monte Pascoal, no sul da Bahia. Em 24 de
abril de 1.500 a armada portuguesa fundeou as naus e
caravelas na atual baía de Santa Cruz Cabrália, nos arredores
de Porto Seguro, até 02 de maio de 1.500.
Rota de Pedro Álvares Cabral
Cabral na Ilha de Vera Cruz
Está descoberta a “Ilha de Vera Cruz” “Terra de Santa Cruz”
Brasil
Após a descoberta do Brasil, Pedro Álvares Cabral e sua armada
retorna a sua viagem até Samorim na África.
A bússola permitiu a navegação pelos oceanos a dentro. Libertou os navegadores da
navegação próxima as costas dos continentes.
Willian Gilbert em 1.600 afirmou que:
“A Terra é um grande ímã”.
26
Podemos não saber porque a Terra
é um ímã, mas que a agulha da
bússola sempre aponta para o norte
(N), aponta!!!!
Estratégia científica: usar uma informação que temos certeza
para encontrar uma resposta que ainda são
conhecemos.
Como usar a única informação que a bússola nos dá?
A ponta vermelha da
agulha sempre aponta
para o norte (N).
A bússola nos dá uma direção, a reta norte-sul.
Temos dois mochileiros, João e Maria, que estão perdidos em dois pontos diferentes da
cidade. Ambos andam 50m na direção sul. Eles vão terminar no mesmo ponto da cidade?
Não!!!
Maria e João percorrem caminhos paralelos.
A bússola nos dá uma direção, mas precisamos de
outras informações para alcançar o local que deseja-
mos chegar.
27Que informações necessitamos para alcançar o lugar que desejamos
chegar?
1. o início do caminho/ a origem: onde começamos a cumprir as instruções para chegar
na posição final;
2. uma direção para caminhar: a direção é dada pela bússola olhada no início do
caminho/ na origem;
3. a distância que devemos percorrer até alcançar a posição que desejamos alcançar.
Muitas vezes utilizamos um mapa para percorrer uma trilha numa localidade. Como saber
se estamos orientando o mapa corretamente quando o olhamos? O que há de comum ente
os mapas da antiguidade e os mapas do Google?
Mapa de Piratas
Vassouras
Google Map
28
Como usar uma bússola numa caminhada/trilha?
Cuidado: não use uma bússola ao lado de ímãs e circuitos elétricos, que podem
afetar a orientação da agulha magnética na bússola.
29
Como usar uma bússola para lermos corretamente um mapa?
Afinal, porque a
Terra é um ímã?
306. Origem do campo magnético da Terra
William Gilbert
Em 1.600 d.C., William Gilbert, o “Pai do Magnetismo”, nos ensinou:
A Terra é um grande ímã .
Como entender o que Gilbert afirma?
Comparamos as linhas de campo magnético de uma
barra de ímã e da Terra:
Campo magnético
da TERRA
Campo magnético
do ÍMÃ
Vejam que as linhas de campo magnético
na Terra são parecidas com as linhas do
campo magnético de uma barra de ímã.
31
Vejamos as posições dos polos magnéticos e geométricos da Terra:
Eixos geométricos X Eixos magnéticos
Campo magnético em torno da Terra: dezenas de
milhares de km no espaço em torno da Terra.
Magnetosfera
da Terra
O campo magnético da Terra foi criado junto com o planeta? Não.
A idade de formação do planeta Terra: 4,54 bilhões de anos.
A idade da magnetosfera da Terra: de 3,5 bilhões de anos a 4 bilhões de anos.
Vida média: 76 anos
Qual a origem do campo magnético da Terra?
32A origem do campo magnético terrestre está dentro da Terra.
é o que talvez veríamos se pudéssemos cortar a Terra como
cortamos a uma cebola.
Como é o interior da Terra?
Raio da Terra: 6.370 km
Núcleo interno sólido: 1.220 km (espessura).
Núcleo sólido metálico. Liga de ferro (Fe) e níquel (Ni): 80% de Fe e 10% de Ni.
Temperatura ~ 5.430 ºC a 5.100 ºC ; Pressão: 3.6 milhões de atmosferas.
Temperatura em que o Fe derrete (fusão)
na superfície da Terra: 1.538 ºC.
Núcleo externo líquido: 2.400 km (espessura). Líquido de baixa viscosidade. Ele é
formado principalmente de ferro (Fe) e níquel (Ni). Bom condutor elétrico.
Temperatura ~ 4.230 ºC a 2.730 ºC Correntes elétricas por convecção.
Manto: 2.855 km (espessura). Superfície sólida maleável. Rochas de silicato ricas em
ferro (Fe) e magnésio (Mg). Temperatura: 3700 ºC a 1000 ºC. Pressão: 1,4 milhões atm.
Crosta terrestre: está de 5 km a 70 km abaixo da superfície da Terra.São
rochas de magma frio (ígneas) de ferro (Fe) e magnésio (Mg), e granito.
33
Resumo das características das camadas no interior da Terra:
Sólido e metálico: ligas Fe e Ni.
T ~ 5.770ºC a ~ 5.100ºC.
Pressão: ~3.6 milhões atm.
Temperatura de fusão do Fe na superfície da Terra: 1.538ºC.
Fluido líquido de metálico Fe e Ni.
Excelente condutor de eletricidade.
Variação da temperatura: ~1.500ºC.
Turbilhonamento por convecção.
Rochas de silicato flexíveis. Ricas
em ferro (Fe) e magnésio (Mg).
Temperatura: ~3.700ºC a ~1000ºC.
Ponte Rio-Niterói: 13,29 km
Rochas: ígneas e granito. Rica
em minerais.
T: ~870ºC a temp. ambiente.
Distância escavada: 12,3 km.
34Como começou o campo magnético terrestre?
Ainda estamos estudando para descobrir. Talvez o Sol ...
Como o campo magnético da terra é mantido a mais de 3,5 bilhões de anos?
Teoria do Dínamo: a diferença de 1.500ºC de temperatura entre
as fronteiras do núcleo externo líquido faz com que as cargas
elétricas da “sopa metálica” criem uma corrente elétrica de
convecção. Devido a rotação da Terra em torno do seu eixo
geográfico organiza estas correntes elétricas em cilindros cujos os
eixos quase se alinham com o eixo de rotação da Terra. Esse
campo magnético cria novos campos elétricos que mantêm as
cargas elétricas se movimentando nesses cilindros.
Efeito dessas correntes no núcleo externo líquido: o campo magnético gerado pelo núcleo da Terra se
assemelha ao campo magnético gerado por uma barra magnetizada permanentemente.
Qual a importância da magnetosfera da Terra? Os ventos solares contém um fluxo intenso de cargas
elétricas. Os campos magnéticos barram a grande maioria das cargas elétricas dos ventos solares. Sem o
campo magnético da Terra teríamos problemas nas transmissões de satélites, e as moléculas da nossa
atmosfera seriam espalhadas para o espaço sideral. Sem gás oxigênio (O2) não tem vida!!!
Corrente de convecção na água quente
35
7. Aurora boreal: luzes maravilhosas e mágicas
As auroras boreal (N) e austral (S)começam com os ventos solares
lançados ao espaço devido a grande diferença de temperatura entre
o interior do Sol e sua superfície.
Os ventos solares são formadas de partículas com carga elétrica,
inclusive elétrons que viajam com v~750km/s, formando correntes
elétricas que geram campos magnéticos.
A grande maioria das partículas com carga elétrica dos ventos sola-
res são defletidas pelo campo magnético terrestre, não chegando a
atmosfera da Terra. No entanto algumas cargas “surfam” nas linhas
de campo magnético em direção aos polos norte (N) e sul (S) da
Terra.
Essas partículas com muita energia interagem com as moléculas dos
gases da atmosfera transferindo energia para elas. As moléculas
excitadas emitem luz para liberar a energia recebida. A cor da luz
depende do gás: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio ...
368. A caça aos bombons: uma origem e uma direção/bússola
Como informar a localização
do bombom?
Para localizar um objeto
necessitamos informar:
1. uma ORIGEM
2. Uma DIREÇÃO e um
SENTIDO
Vamos a caça aos bombons !!!! Peguem as suas instruções...
37
Não perca a sua direção, use uma
Obrigada pela sua atenção!!!

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Para que e como usar uma bússola

  • 1. Maria Teresa Thomaz (UFF) mariateresa.thomaz@gmail.com Apresentação: 1. Bússola: o que é isso? 2. Começando a descobrir o Magnetismo 3. A origem do Magnetismo 3.1. As partículas que compõem os átomos 3.2. Correntes elétricas geram campo magnéticos 3.3. Ímãs permanentes 4. Polos dos ímãs: puxões e empurrões magnéticos 6. Origem do campo magnético da Terra 5. A bússola 8. A caça aos bombons: uma origem e uma direção/bússola 1 7. Aurora boreal: luzes maravilhosas e mágicas
  • 2. 1. Bússola: o que é isso? É um equipamento em que temos uma agulha imantada que pode girar em torno do seu centro fixado por um eixo/pivô. Esta agulha aponta sempre para a mesma direção: polo NORTE (N), a não ser que perto da bússola tenha um ímã ou algo que crie um campo magnético. Na circunferência da bússola são marcados os seus polos magnéticos (N e S) e pontos cardeais: Norte (N), Sul (S), Leste (L ou E) e Oeste (O ou W). As retas que ligam polos N-S e L-O, formam um ângulo de 90º entre elas. Subdividamos em ângulos o espaço na circunferência da bússola onde estão localizados os polos N, S, L e O. a bússola é usada para dar direção. Pontos cardeais: N, S, L(E) e O(W). Pontos principais ou pontos de referência. 2
  • 3. Diz a cultura popular que o Sol nasce no Leste e põe no Oeste. É verdade? O dito popular não está completamente correto. Devido a rotação da Terra em torno do seu eixo e a sua translação em torno do Sol, o Sol não nasce sempre no mesmo ponto do céu e assim como não se põe no mesmo ponto. Observem a quantidade de sol que as suas plantas recebem em diferentes meses do ano!!!! A afirmação correta é: o Sol nasce do lado Leste e se põe no lado Oeste. Mas estas orientações do Sol são muito importantes quando desejamos construir uma casa: 3
  • 4. 4 2. Começando a descobrir o Magnetismo Efeitos magnéticos no nosso dia a dia: Quando falamos em magneto, pensamos nos ímãs que colocamos na porta e parede lateral da geladeira, inclusive os ímãs com os contatos telefônicos de farmácias, gás, restaurantes, ... Mas nem sempre a gente sabe que tem um magneto nos equipamentos que utilizamos. Como você consegue recarregar a bateria que gera as correntes elétricas que permitem os transportes automotivos terem correntes elétricas que mantém funcionando: faróis, rádio, palhetas para limpar os vidros, ...? Um alternador, representação esquemática.
  • 5. 5Mas são enormes magnetos/ímãs que transformam a energia das águas dos rios nas hidrelétricas em energia elétrica/corrente elétrica que chega as nossas casas: Funcionamento de uma hidrelétrica
  • 6. 6Cronologia inicial sobre o Magnetismo Magnetismo: a magnetita (“lodestone”) era conhecida pelos gregos muito antes da era de Cristo. Esta pedra vinha de região da Grécia chamada de Magnésia. M a g n e t i t a É atribuído a Tales de Mileto (~ 625 a.C. a ~545 a.C.) a primeira discussão científica sobre o magnetismo usando a “lodestone” (pedra-ímã). Há sugestão de que a civilização Olmec no México tenha utilizado a hematita como um magneto antes de 1.000 a.C.. Olmec: a mais antiga grande civilização da MesoAmérica (América Central a partir do sul do México).
  • 7. 7Fatos importantes relativos ao Magnetismo: 4º séc. a.C.: escritos chineses mencionam as “pedras-ímãs” (“lodestone”) que atraem o ferro. ~206 a.C.: a bússola foi inventada pelos chineses como dispositivo de adivinhação. ~1.040 d.C.: os chineses usaram a bússola para a navegação militar; ~1.110 d.C.: os chineses usaram a bússola para navegação marítima. ~1.190 d.C.: a bússola aparece na Europa. 1.600 d.C.: William Gilbert, o “Pai do Magnetismo” William Gilbert“A Terra é um grande ímã .“
  • 8. 8 3. A origem do Magnetismo Conhecemos alguns efeitos magnéticos com que convivemos no nosso cotidiano. Qual a origem do Magnetismo? 3.1. As partículas que compõem os átomos Antes de conversarmos sobre a origem do Magnetismo, vamos falar sobre o que toda a matéria é constituída, os tijolos da Natureza: os átomos. O que significa a palavra átomo? A palavra átomo vem do grego e significa: indivisível. Demócrito de Abdera 460 a.C. – 370 a.C. Se quebrássemos um objeto em pe- daços cada vez menores,os pedaços manteriam as mesmas propriedades que o objeto original,até alcançar- mos o átomo. O átomo seria o menor pedaço do corpo que ainda conservaria as suas propriedades. O que diz a Escola Atomista grega sobre o átomo?
  • 9. 9 John Dalton Em 21 de outubro de 1803 o químico inglês John Dalton apresenta a 1ª tabela de pesos atômicos na Manchester Literary Philosophical Society. Ele toma emprestado de Demócrito a palavra átomo para chamar as partículas individuais dos quais a matéria é composta. Dimitri Mendeleiev A primeira organização dos elementos numa Tabela Periódica foi feita por Dimitri Mendeleiev em 1869, com 103 átomos. 2.200 anos após a Escola Atomista Grega, o que é o átomo?
  • 10. 10A Tabela Periódica atual: Do que são constituídos todos os átomos?
  • 11. 11Do que são constituídos todos os átomos? Todos os átomos são constituídos de até 3 tipos de partículas elementares, os legos da Natureza. elétron (e-): partícula atômica com carga elétrica negativa 𝒒 𝒆−= - 1,6 x 𝟏𝟎− 𝟏𝟗 C próton (p): partícula atômica com carga elétrica positiva. 𝒒 𝒑= + 1,6 x 𝟏𝟎− 𝟏𝟗 C nêutron (n): partícula atômica com carga elétrica nula 𝒒 𝒏 = 0 C a carga elétrica total de cada átomo é igual a 0 (nula).
  • 12. 12 Os valores das massas do elétron, do próton e do nêutron são muito muito muito pequenos quando comparados com o valor da nossa massa pessoal (mTeresa ≈ 86 kg), mas 𝒎 𝒏ê𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏 ≈ 𝒎 𝒑𝒓ó𝒕𝒐𝒏 ≈ 2.000 x 𝒎 𝒆𝒍é𝒕𝒓𝒐𝒏 . 𝒎 𝒆𝒍é𝒕𝒓𝒐𝒏 ≈ 9,1 x 10-31kg Se juntamos uma quantidade de elétrons que tenha uma massa total igual a Melétron = 1kg, então a mesma quantidade de prótons tem massa igual a: Mpróton ≈ 2.000 x Melétron = 2.000kg = 2 toneladas 1kg Para realizarmos o que significam essas massas, comparamos a mobilidade de dois objetos: mala vazia ≈ 1,4kg CTI móvel ≈ 2,2 toneladas Qual dos dois objetos é mais fácil de empurrar?
  • 13. 13 Por isso quando a tomada da lâmpada na tomada que tem tensão elétrica, é muito mais fácil os elétron (carga elétrica negativa) se deslocar/andar pelo fio do que os prótons, A corrente elétrica que percorre os fios nos aparelhos elétricos em nossa casa são elétrons se movendo ao longo desses fios.
  • 14. 14Se inclusive nós somos feitos de átomos, porque não os vemos? O átomo mais simples da Natureza: átomo de hidrogênio. Qual o tamanho típico de um raio atômico do hidrogênio? 𝐫á𝐭𝐨𝐦𝐨 ~ 𝟏𝟎− 𝟏𝟎 𝐦 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟏 𝐦 É possível ver um átomo de hidrogênio a olho nu? Comparamos o raio atômico de hidrogênio com algo que enxergamos: • raio de uma miçanga : 1mm = 10-3m = 0,001m raio do átomo: 𝐫á𝐭𝐨𝐦𝐨 = 𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐦𝐢ç𝐚𝐧𝐠𝐚 𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 diâmetro do núcleo: 𝐝 𝐧ú𝐜𝐥𝐞𝐨~𝟏𝟎 −𝟏𝟒 𝐦 = 𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐦𝐢ç𝐚𝐧𝐠𝐚 𝟏𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎
  • 15. 153.2. Correntes elétricas geram campo magnéticos Se estamos interessados em conhecer as bússolas, e elas se orientam por campos magnéticos, então porque estamos falando em correntes elétricas? Todas as correntes elétricas criam campos magnéticos. As medidas de direções utilizando bússolas perto de equipamentos eletrônicos, percorridos por correntes elétricas, não é confiável. O campo magnético local da Terra é modificado pelo campo magnético criado pelas correntes elétricas. As correntes elétricas são fontes de campos magnéticos!!!! Ao desligar as correntes elétricas os campos magnéticos desaparecem.
  • 16. 163.3. Ímãs permanentes Objetos metálicos de ferro (Fe), cobalto (Co) ou níquel (Ni) possuem em seu corpo micro micro ímãs. Em alguns desses corpos metálicos, os micro micro ímãs formam ilhas/domínios em que os ímãs apontam em diferentes direções, levando a que o objeto feito desses metais não sejam magnetizados. Podemos orientar esses micro micro ímãs aplicando um ímã (campo magnético externo) ao lado: Existe uma temperatura máxima para cada elemento magnético em que podemos organi- zar os micro micro ímãs numa direção: TFe = 769,85 ºC TCo = 1.126,85 ºC TNi = 353,85 ºC TFe2O3 = 674,85 ºC
  • 17. 17 4. Polos dos ímãs: puxões e empurrões magnéticos Os ímãs possuem 2 polos, que convencionamos chamar: polo Norte (N) e polo Sul (S). Vejamos como os polos de ímãs se empurram e se puxam: O que acontece se quebramos um ímã em dois pedaços? Uma pedra ímã natural: hematita Minério de ferro: 70% de ferro (Fe) e 30% de oxigênio (O) : Fe2O3. As linhas de campo magnético dão a direção e o sentido em que as agulhas da bússola apontam naquele ponto do espaço.
  • 18. 185. A bússola Minerais magnetizados, magnetita e hematita, eram conhecidos pelas antigas civilizações: Olmecs (~ 1.000 a.C.), gregos (~ 600 a.C.) e chineses (~400 a.C.). Antes de 1.040 d.C. os militares chineses já utilizavam bússolas para deslocamentos em terra (no continente). Só a partir de 1.117 d.C. os chineses passam a utilizar a bússola nas navegações marítimas em geral. Em 1.190 Alexander Neckam escreve um livro em que menciona os marinheiros europeus estarem usando bússolas nas navegações marítimas. Em 1.280, Flávio de Gióia de Amalfi (Itália) inventou a bússola feita de uma agulha de ferro imantada pelo toque com uma pedra de magnetita e rodando horizontalmente sobre um eixo vertical (pivô), como a usamos hoje. As civilizações sempre se lançaram pelos mares, principalmente o Mediterrâneo: F e n í c i a Grécia Império Romano
  • 19. 19 Como eram as navegações marítimas antes das bússolas? Barco fenício Durante os dias: os navegadores se orientavam pelos morros e pontos geográficos conhecidos em terra e nas formas e disposição das ilhas precisava navegar acompanhando as costas dos continentes. Barcos da Grécia Antiga Durante as noites: utilizavam os conhecimentos astronômicos com as posições das estrelas para determinar as rotas. Até a segunda metade do século 13 a frequência das viagens marítimas durante o inverno diminuía: de outubro a abril. Nesse período os céus do Mar Mediterrâneo não eram claros!!!! Em torno de 1.290 é que as navegações marítimas passam a ser de janeiro/fevereiro a dezembro, com a utilização das bússolas. As rotas não precisam ser próximas ao continente.
  • 20. 20Por que as navegações são tão importantes para nós brasileiros? A “Era das Descobertas Europeias” durou do século XV ao século XVII. Durante este período foram desenvolvidos a ciência náutica, cartografia e astronomia. Nesta época também foram construídos os primeiros navios para navegar em segurança em alto mar (Atlântico) pelos portugueses. Expansão do Reino de Portugal em Império Português Império Português após os Descobrimentos Portugueses Infante D. Henrique de Avis O Navegador O Oceano Atlântico, um desconhecido do mundo a ser conquistado. Mapa da Europa, Século 14 Portugal
  • 21. 21 As rotas que desde a época dos gregos e romanos levavam as especiarias da Ásia para a Europa. Mar Mediterrâneo e o Oceano Índico e rotas por terra. A partir de 632, sob a liderança de Muhammad (Maomé), começam as conquistas islâmicas que impediam os cristãos de usar as rotas comerciais antigas por terra e dificultavam as rotas pelo Mar Mediterrâneo. As caravanas sofriam assaltos e pagamentos de muitos tributos aos califados locais. O comércio das especiarias e itens da Ásia e Índia pelas rotas tradicionais ficou muito oneroso. Os reis cristãos, europeu, buscam novas rotas até a Índia para a compra de especiarias, além de poderem atacar os mouros e libertar o mundo católico.
  • 22. 22 Infante D. Henrique 1394-1460 O Infante de Sagres ou O Navegador D. Henrique de Avis, Duque de Viseu, é o 5º filho de D. João I e D. Filipa de Lencastre. Este casamento fortaleceu o tratado da aliança luso-britânica. Aos 20 anos, D. Henrique (1414) convence seu pai, D. João I a conquistar Ceuta, no norte da África início da expansão ultramarina portuguesa: controle das rotas marítimas de comércio entre o Oceano Atlântico e o Oriente Médio. Após a conquista de Ceuta, D. Henrique se torna o grande incentivador da exploração do Oceano Atlântico. As suas 5 motivações para as expedições marítimas: 1. Conhecer as terras além das Canárias e do Cabo Bojador; 2. Trazer mercadorias para o reino português; 3. Saber o alcance do poder dos mulçumanos; 4. Encontrar aliados que ajudassem numa guerra que já durava 31 anos; 5. Trazer para a fé de Cristo todas as almas que quisessem se salvar. Casamento de D. João I e D. Filipa
  • 23. 23 Entre 1419 e 1420, D. Henrique anexou o arquipélago da Madeira ao Reino de Portugal. Essas ilhas se tornaram o celeiro de Portugal que sofria com a escassez de alimentos. A peste bubônica na segunda metade do século XIV levou ao abandono da agricultura no reino português. Monumento aos Navegadores Portugueses Lisboa D. Filipa D. Henrique usou os recursos da templária Ordem de Cristo, da qual era Governador a partir de 1420, e recursos próprios para financiar as expedições no Oceano Atlântico. O Infante de Sagres patrocinou a criação de uma cátedra de Astronomia e Filosofia na Universidade de Coimbra. Em torno de 1.441 foram construídas naus e caravelas, que são embarcações mais se- guras para viajar no Oceano Atlântico, mar aberto, longe do continente. D. Henrique morre em 13 de novembro de 1460 (66 anos) e seu sobrinho e herdeiro, o Infante D. Fernando, Duque de Viseu, passa a ser o responsável pelas navegações marítimas do Reino de Portugal. Ele continua procurando um caminho para as Índias e a explorar o Oceano Atlântico ... Nau e caravela
  • 24. 24 O sonho do Navegador de Sagres vai se realizando: Em 1.497, Vasco da Gama descobre uma nova rota marítima para a Índia. Ele contorna o cabo da Boa Esperança na África. A nova rota para a Índia pelo Oceano Atlântico é mais lucrativa: ela é segura pelo mar e tem menos assaltos que as rotas terrestres. Rota de Vasco da Gama Pedro Álvares Cabral Em 1.499, Pedro Álvares Cabral foi nomeado capitão-mor da armada portuguesa para ir a Índia. Em 09 de março de 1.500 ele partiu com 10 naus e 3 caravelas para Samorim, na África. Na altura de Cabo Verde, na África, a armada do capitão-mor Cabral fez um desvio da rota original para evitar a calmaria e ...
  • 25. 25 ... em 22 de abril de 1.500 os marinheiros da armada portu- guesa avistaram o Monte Pascoal, no sul da Bahia. Em 24 de abril de 1.500 a armada portuguesa fundeou as naus e caravelas na atual baía de Santa Cruz Cabrália, nos arredores de Porto Seguro, até 02 de maio de 1.500. Rota de Pedro Álvares Cabral Cabral na Ilha de Vera Cruz Está descoberta a “Ilha de Vera Cruz” “Terra de Santa Cruz” Brasil Após a descoberta do Brasil, Pedro Álvares Cabral e sua armada retorna a sua viagem até Samorim na África. A bússola permitiu a navegação pelos oceanos a dentro. Libertou os navegadores da navegação próxima as costas dos continentes. Willian Gilbert em 1.600 afirmou que: “A Terra é um grande ímã”.
  • 26. 26 Podemos não saber porque a Terra é um ímã, mas que a agulha da bússola sempre aponta para o norte (N), aponta!!!! Estratégia científica: usar uma informação que temos certeza para encontrar uma resposta que ainda são conhecemos. Como usar a única informação que a bússola nos dá? A ponta vermelha da agulha sempre aponta para o norte (N). A bússola nos dá uma direção, a reta norte-sul. Temos dois mochileiros, João e Maria, que estão perdidos em dois pontos diferentes da cidade. Ambos andam 50m na direção sul. Eles vão terminar no mesmo ponto da cidade? Não!!! Maria e João percorrem caminhos paralelos. A bússola nos dá uma direção, mas precisamos de outras informações para alcançar o local que deseja- mos chegar.
  • 27. 27Que informações necessitamos para alcançar o lugar que desejamos chegar? 1. o início do caminho/ a origem: onde começamos a cumprir as instruções para chegar na posição final; 2. uma direção para caminhar: a direção é dada pela bússola olhada no início do caminho/ na origem; 3. a distância que devemos percorrer até alcançar a posição que desejamos alcançar. Muitas vezes utilizamos um mapa para percorrer uma trilha numa localidade. Como saber se estamos orientando o mapa corretamente quando o olhamos? O que há de comum ente os mapas da antiguidade e os mapas do Google? Mapa de Piratas Vassouras Google Map
  • 28. 28 Como usar uma bússola numa caminhada/trilha? Cuidado: não use uma bússola ao lado de ímãs e circuitos elétricos, que podem afetar a orientação da agulha magnética na bússola.
  • 29. 29 Como usar uma bússola para lermos corretamente um mapa? Afinal, porque a Terra é um ímã?
  • 30. 306. Origem do campo magnético da Terra William Gilbert Em 1.600 d.C., William Gilbert, o “Pai do Magnetismo”, nos ensinou: A Terra é um grande ímã . Como entender o que Gilbert afirma? Comparamos as linhas de campo magnético de uma barra de ímã e da Terra: Campo magnético da TERRA Campo magnético do ÍMÃ Vejam que as linhas de campo magnético na Terra são parecidas com as linhas do campo magnético de uma barra de ímã.
  • 31. 31 Vejamos as posições dos polos magnéticos e geométricos da Terra: Eixos geométricos X Eixos magnéticos Campo magnético em torno da Terra: dezenas de milhares de km no espaço em torno da Terra. Magnetosfera da Terra O campo magnético da Terra foi criado junto com o planeta? Não. A idade de formação do planeta Terra: 4,54 bilhões de anos. A idade da magnetosfera da Terra: de 3,5 bilhões de anos a 4 bilhões de anos. Vida média: 76 anos Qual a origem do campo magnético da Terra?
  • 32. 32A origem do campo magnético terrestre está dentro da Terra. é o que talvez veríamos se pudéssemos cortar a Terra como cortamos a uma cebola. Como é o interior da Terra? Raio da Terra: 6.370 km Núcleo interno sólido: 1.220 km (espessura). Núcleo sólido metálico. Liga de ferro (Fe) e níquel (Ni): 80% de Fe e 10% de Ni. Temperatura ~ 5.430 ºC a 5.100 ºC ; Pressão: 3.6 milhões de atmosferas. Temperatura em que o Fe derrete (fusão) na superfície da Terra: 1.538 ºC. Núcleo externo líquido: 2.400 km (espessura). Líquido de baixa viscosidade. Ele é formado principalmente de ferro (Fe) e níquel (Ni). Bom condutor elétrico. Temperatura ~ 4.230 ºC a 2.730 ºC Correntes elétricas por convecção. Manto: 2.855 km (espessura). Superfície sólida maleável. Rochas de silicato ricas em ferro (Fe) e magnésio (Mg). Temperatura: 3700 ºC a 1000 ºC. Pressão: 1,4 milhões atm. Crosta terrestre: está de 5 km a 70 km abaixo da superfície da Terra.São rochas de magma frio (ígneas) de ferro (Fe) e magnésio (Mg), e granito.
  • 33. 33 Resumo das características das camadas no interior da Terra: Sólido e metálico: ligas Fe e Ni. T ~ 5.770ºC a ~ 5.100ºC. Pressão: ~3.6 milhões atm. Temperatura de fusão do Fe na superfície da Terra: 1.538ºC. Fluido líquido de metálico Fe e Ni. Excelente condutor de eletricidade. Variação da temperatura: ~1.500ºC. Turbilhonamento por convecção. Rochas de silicato flexíveis. Ricas em ferro (Fe) e magnésio (Mg). Temperatura: ~3.700ºC a ~1000ºC. Ponte Rio-Niterói: 13,29 km Rochas: ígneas e granito. Rica em minerais. T: ~870ºC a temp. ambiente. Distância escavada: 12,3 km.
  • 34. 34Como começou o campo magnético terrestre? Ainda estamos estudando para descobrir. Talvez o Sol ... Como o campo magnético da terra é mantido a mais de 3,5 bilhões de anos? Teoria do Dínamo: a diferença de 1.500ºC de temperatura entre as fronteiras do núcleo externo líquido faz com que as cargas elétricas da “sopa metálica” criem uma corrente elétrica de convecção. Devido a rotação da Terra em torno do seu eixo geográfico organiza estas correntes elétricas em cilindros cujos os eixos quase se alinham com o eixo de rotação da Terra. Esse campo magnético cria novos campos elétricos que mantêm as cargas elétricas se movimentando nesses cilindros. Efeito dessas correntes no núcleo externo líquido: o campo magnético gerado pelo núcleo da Terra se assemelha ao campo magnético gerado por uma barra magnetizada permanentemente. Qual a importância da magnetosfera da Terra? Os ventos solares contém um fluxo intenso de cargas elétricas. Os campos magnéticos barram a grande maioria das cargas elétricas dos ventos solares. Sem o campo magnético da Terra teríamos problemas nas transmissões de satélites, e as moléculas da nossa atmosfera seriam espalhadas para o espaço sideral. Sem gás oxigênio (O2) não tem vida!!! Corrente de convecção na água quente
  • 35. 35 7. Aurora boreal: luzes maravilhosas e mágicas As auroras boreal (N) e austral (S)começam com os ventos solares lançados ao espaço devido a grande diferença de temperatura entre o interior do Sol e sua superfície. Os ventos solares são formadas de partículas com carga elétrica, inclusive elétrons que viajam com v~750km/s, formando correntes elétricas que geram campos magnéticos. A grande maioria das partículas com carga elétrica dos ventos sola- res são defletidas pelo campo magnético terrestre, não chegando a atmosfera da Terra. No entanto algumas cargas “surfam” nas linhas de campo magnético em direção aos polos norte (N) e sul (S) da Terra. Essas partículas com muita energia interagem com as moléculas dos gases da atmosfera transferindo energia para elas. As moléculas excitadas emitem luz para liberar a energia recebida. A cor da luz depende do gás: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio ...
  • 36. 368. A caça aos bombons: uma origem e uma direção/bússola Como informar a localização do bombom? Para localizar um objeto necessitamos informar: 1. uma ORIGEM 2. Uma DIREÇÃO e um SENTIDO Vamos a caça aos bombons !!!! Peguem as suas instruções...
  • 37. 37 Não perca a sua direção, use uma Obrigada pela sua atenção!!!