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Física

Raios

Madame Íon

Madame Íon foi assim batizada por seu primeiro mestre, o grande alquimista medieval Magnetum Stratosfericus, no século XII. Apaixonado estudioso dos ímãs, o velho Stratosfericus escolheu esse nome devido à personalidade intensa, agitada e inquieta de sua discípula.
Madame Íon não descansa enquanto não consegue responder a todas as perguntas. Por isso ela não descansa nunca. Cientista cibernética da alquimia pós-moderna, Madame Íon só perde as estribeiras quando ouve falar de currículo, disciplina, conteúdo, essas coisas do arco da velha. Não é, Madame?
- A única matéria da ciência é a existência, meus caros. Ou a ciência é que é matéria da existência, tanto faz. Você tem curiosidade, quer saber como as coisas funcionam? Pronto, virou cientista. Mas não pode ficar na primeira pergunta, não. Começou, meu filho, não dá mais pra parar...
Sempre que Madame Íon aparece, traz muitas perguntas e algumas respostas sobre os intrigantes mistérios do mundo.

"Raios!"

Foi isso que eu gritei quando encostei naquele fio desencapado do liquidificador. Estava tudo pronto para misturar alguns ingredientes explosivos para uma nova experiência, quando a corrente elétrica impertinente invadiu meu laboratório e tascou-me aquele choque! Raios!

Logo que me acalmei, tive que deixar de lado a experiência explosiva para matutar sobre aquele episódio. Claro que a corrente elétrica estava onde sempre esteve, ou seja, não foi ela quem invadiu meu espaço, meu dedo é que invadiu o dela. Naquele momento, o meu azar foi ter um corpinho que é um ótimo condutor de eletricidade... Fazer o quê?

O fato é que fiquei pensando na energia elétrica, de onde ela vem, como é que chega até nós a toda hora, e está ali, sempre disponível, em buraquinhos na parede. No meu tempo não existia isso não. Eletricidade era só com a natureza. E o show elétrico ficava por conta dos raios. Aliás, foi pesquisando os raios que a humanidade começou a domesticar a eletricidade. Raios! - pois é, meu grito tinha sua razão de ser. Tudo tem razão de ser...

Como se formam os raios?

Imagine duas placas metálicas eletrizadas com cargas de sinais contrários, próximas uma da outra. Aumentando gradativamente a carga elétrica em cada placa, chegará um momento em que o ar entre elas se tornará condutor. Isto faz a carga de uma placa se transferir muito rapidamente para outra, através do ar: é uma descarga elétrica! A descarga elétrica gera uma emissão de luz pelas moléculas do ar, originando uma centelha. Às vezes observamos esta espécie de faísca: quando ligamos um interruptor de luz, por exemplo, ou ao tirar uma roupa de lã em um dia muito seco. Acompanhando a centelha, pode acontecer também um pequeno estalo, que é causado pela expansão do ar aquecido pela descarga.

Os raios se formam exatamente da mesma maneira! São descargas elétricas, só que muitas e muitas vezes maiores do que as que testemunhamos no dia-a-dia.

Em 1752, Benjamin Franklin demonstrou que as nuvens de tempestade estão carregadas de eletricidade e que os raios são descargas elétricas que se propagam entre as nuvens e a Terra.

As nuvens são carregadas positivamente ou negativamente?

Elas têm ambas as cargas, em regiões diferentes. Enquanto a tempestade está se formando, as partículas de gelo, que são mais pesadas e têm carga negativa, acomodam-se na parte mais baixa da nuvem. Já as partículas mais leves, ainda sob a forma de vapor de água, têm carga positiva e se acumulam na parte mais alta da nuvem.

Por que ocorrem as descargas elétricas?

stá lembrado da experiência com as placas? As descargas ocorrem porque a quantidade de carga acumulada cresce muito, então o ar entre as nuvens ou entre uma nuvem e a Terra torna-se condutor, permitindo que ocorra uma enorme descarga elétrica.

São essas descargas que originam os raios?

Os raios são somente as descargas entre a nuvem e a Terra. Descargas elétricas entre nuvens (ou dentro de uma nuvem) não podem ser chamadas de raios: são apenas relâmpagos.

Então os raios saem das nuvens e vêm para a Terra?

Em geral ocorre o contrário: o raio vai da Terra para a nuvem. Mas, há sempre uma descarga inicial, negativa, invisível, que vai da nuvem para a Terra. É a chamada descarga líder, que desce de uma altura de mais ou menos dois quilômetros do solo, na forma de um zigue-zague muito rápido, mas quando está algumas dezenas de metros distante do solo, sai outra descarga, positiva, do solo para cima, encontrando a descarga líder e percorrendo, no sentido oposto, caminho desenhado pela líder. Essa descarga de volta é pelo menos dez vezes mais intensa que a líder e muito brilhante: é o raio que vemos.

Como o trovão é gerado?

A descarga elétrica provoca um elevado aquecimento do ar, que se expande em alta velocidade comprimindo o ar vizinho. A compressão se propaga em todas as direções e produz uma onda conhecida como trovão.

Já reparou que nunca ouvimos o trovão como um estalo, um estampido único? Isto porque ele chega até nossos ouvidos como um eco, reverberando nos prédios, montanhas e outros grande obstáculos. O que provoca aquele tremor "em cadeia", grave e repetido.

Como saber se o raio caiu perto ou longe?

É possível avaliar a que distância está o relâmpago pelo intervalo de tempo decorrido entre relâmpago e trovão, bastando multiplicar esse tempo, em segundos, por 330 metros. Isso porque a velocidade do som é exatamente esta: 330 metros por segundo! Por exemplo: se o trovão ecoa três segundos depois do raio, isto quer dizer que ele caiu a uma distância de cerca de 990m, quase um quilômetro. Já aqueles raios que aparecem quase simultâneos ao trovão caíram bem pertinho, a menos de 330 metros de onde estamos!

O caçador de raios

Em 1752, o cientista americano Benjamin Franklin resolveu "capturar" raios. Para isso preparou um "papagaio" (ou pipa) com uma ponta de ferro. A linha da pipa era de algodão e, na sua extremidade, Franklin prendeu uma chave. Da chave saía um fio de seda que foi amarrado a uma árvore.

Num dia de tempestade, com muitos raios e trovões, Franklin soltou sua pipa e prendeu-a numa árvore pelo fio de seda, mantendo esse fio cuidadosamente protegido da chuva, para que permanecesse seco. Esperou algum tempo e, depois, arriscou: aproximou o dedo da chave.

Aconteceu o que ele previra: o toque soltou uma faísca semelhante às obtidas com corpos eletrizados.

Isto indicava, concluiu Franklin, que a chave estava eletrizada e que a carga elétrica tinha vindo das nuvens, através da ponta de ferro e da linha de algodão molhada pela chuva. A carga acumula-se na chave porque o fio de seda seco é isolante.

A experiência realizada por Franklin levou à invenção do pararraios, que é uma haste metálica colocada verticalmente sobre o telhado e ligada à Terra por um fio metálico. Quando uma nuvem carregada de eletricidade passa por um pararraios, a carga da nuvem escoa para a Terra através da haste e dos fios metálicos, sem afetar as casas nem as pessoas.

O pararraios foi a primeira aplicação prática da eletricidade. Daí por diante, o estudo dos fenômenos elétricos avançou rapidamente e suas aplicações se tornaram tão numerosas que, atualmente, condicionam quase tudo em nosso modo de vida.

Curiosidade

Alguns estudiosos afirmam que a experiência de Franklin nunca poderia ser realizada exatamente como ele descreveu. Ele teria divulgado esse relato (na verdade, uma situação inventada) com o objetivo de chamar a atenção da comunidade científica da época. Pelo visto, deu certo!

Se esta tese é verdadeira, Franklin era mesmo um visionário, pois usou uma estratégia de marketing espertíssima para disseminar a sua ideia.

Cuidado com o choque!

Nada menos do que 95% da energia elétrica consumida no Brasil é produzida em usinas hidroelétricas. A abundância de nossas bacias hidrográficas favoreceu a instalação de 66 usinas com capacidade acima de 100 megawatts, entre elas a maior hidroelétrica do mundo: Itaipu.

Mas, para chegar até nossa casa, a energia percorre os longos caminhos dos sistemas de transmissão, partindo das usinas e passando pelas estações e subestações transformadoras, pelas linhas de transmissão e pelos postes mais simples.

Por exemplo: o sistema de transmissão da concessionária de energia Eletrosul conta com 31 subestações, 9.015 km de linhas de transmissão, 67.844 km de cabos e 19.231 torres. A energia é distribuída em diversas tensões: 525Kv, 230Kv, 138Kv, 132Kv e 69Kv, beneficiando 28 milhões de pessoas em quatro estados: RS, SC, PR e MS. Conheça o sistema de transmissão da Eletrosul.

Já o sistema Furnas, que atende aos estados do RJ, SP, ES, MG, DF, GO, TO, MT e PR, tem dez usinas hidroelétricas e duas termelétricas (que produzem energia pela combustão de diversos materiais, como o petróleo, o carvão e o gás natural). Conhaça o sistema Furnas.

A partir da estação transformadora, vamos ver como se faz a distribuição da corrente elétrica até nossa casa. Em uma das extremidades da rede distribuidora, o circuito é fechado pelos fios dos aparelhos elétricos, filamentos de lâmpadas interruptores, etc. Na outra extremidade, pelos fios do transformador.

Observe que o passarinho está com os dois pés no mesmo fio, que está desencapado e não é esmaltado. O passarinho então funciona como um fio ligado em paralelo com o fio de transmissão. Uma parte da corrente passa por ele. Como é que não vira churrasquinho? É que é uma corrente muito fraca, a maior parte da corrente continua no fio. Isto acontece porque a resistência desse pedacinho de fio é muito menor do que a do corpo do passarinho. A corrente que passa no passarinho é tão fraca que ele nem sente.

E você?

Se tocar em apenas um pólo (um buraco da tomada, por exemplo) e estiver descalço ou com sapato molhado, seu corpo vai funcionar como parte do circuito, então a corrente passa e você toma um baita choque. Imagine um filamento de lâmpada. Seu corpo funciona igual: como elo de transmissão da energia entre um pólo e o fio terra. Mas se você estiver com sola de borracha, mau condutor, ela interrompe o caminho da corrente elétrica, então você não leva choque porque não a corrente elétrica não atravessa o seu corpo.

E se tocar um dedo em cada terminal, mesmo estando num dia seco e com sola de borracha? Aí não tem jeito: você vai tomar choque pois há entrada e saída para a corrente elétrica através de um corpo (o seu!).

Onde ficar para se proteger dos raios?

Não se esqueça: nós, humanos, somos bons condutores elétricos! Portanto, quando o tempo estiver sujeito a chuvas e trovoadas, observe os riscos que você corre em cada um desses lugares:

E se você estiver dentro do carro, em plena tempestade?

Dentro de um carro você estará completamente protegido dos raios. Se a descarga elétrica atingir o carro, ela será distribuída pelo exterior do veículo, não atingindo você. Pode ficar tranquilo quanto aos raios, mas cuidado com as enchentes...