FORMAÇÃO DOS RAIOS

Formação de um raio

Um raio dura em média meio segundo. Nesse intervalo de tempo, muitos fenômenos se combinam, principalmente físicos e climáticos, para consultar naquilo que vemos e ouvimos. Conforme eles variam, as descargas podem ser mais ou menos intensas. Algumas regiões do planeta têm maior tendência a produzir
descargas elétricas atmosféricas.

A seguir: tudo sobre a formação de um raio.

As causas da eletrização das nuvens

De acordo com a
teoria mais aceita, ela se eletriza a partir das colisões de partículas de gelo acumuladas em seu interior. Outra causa, que não exclui a primeira, estaria em efeitos resultantes da diferença de condutividade elétrica do gelo devido a
diferenças de temperatura no
interior da nuvem. Durante as colisões, as partículas de gelo perdem elétrons e transformam-se em íons. Isso torna a nuvem eletricamente carregada. As partículas têm
tamanho variado e, segundo medidas feitas por sondas meteorológicas, as menores e mais leves ficam com carga positiva e as maiores e mais pesadas (partículas de gelo denominadas granizo)com
carga negativa. Alguns fatores como os ventos, a temperatura e força da gravidade fazem com que cargas de mesmo sinal se concentrem em regiões específicas da nuvem. Geralmente a parte inferior, a base da nuvem, e a parte superior ou topo da nuvem, são os locais de maior acúmulo de carga, de sinais contrários,
funcionando assim como armaduras de um capacitor.

Alguns raios ocorrem associados a tempestades de
poeira ou a nuvens formadas por vulcões ativos. Neste caso,
acredita-se que os processos de eletrização sejam semelhantes aos descritos acima para nuvens de
água.

A indução de cargas e a quebra da rigidez dielétrica

As cargas distribuídas na base e no topo das nuvens produzem um campo elétrico interno, denominado campo
elétrico intra-nuvem. Além disso, com o acúmulo de cargas em sua superfície externa, a nuvem pode provocar uma indução
eletrostática na superfície
de outras nuvens ou no solo imediatamente abaixo (apesar das nuvens serem formadas por moléculas de água, portanto isolantes elétricas, a mobilidade de seus íons
lhes confere um comportamento semelhante ao de um condutor). Neste caso cria-se um campo elétrico entre
nuvens ou entre a nuvem e o solo.

Enquanto os choques das partículas dentro da nuvem se intensificam, a quantidade de
carga em sua superfície aumenta e, conseqüentemente, o campo elétrico criado
por essas cargas também se eleva. Com o aumento da
intensidade desse campo, as
moléculas de ar entre as partes eletrizadas sofrem polarização
e se orientam de acordo com o campo elétrico. O efeito de
polarização se
intensifica com o aumento da intensidade do campo, até o
ponto em que elétrons
são arrancados das moléculas do ar. Este, dessa
forma ionizado, se transforma
em um condutor
gasoso. Genericamente, o valor de campo
elétrico que provoca ionização
em um meio é denominado rigidez
dielétrica desse meio. No ar, a rigidez
dielétrica varia com as
condições da atmosfera. Quando o campo
elétrico ultrapassa esse valor limite,
diz-se que houve uma quebra da rigidez dielétrica
do meio. Isso
transforma o isolante em condutor. Como
conseqüência, os íons negativos e os
elétrons
livres do ar são fortemente atraídos pelas cargas
positivas presentes nas
nuvens ou induzidas no solo, formando um caminho chamado de canal
condutor.
Assim sendo, o movimento de cargas negativas no canal condutor pode
ocorrer
tanto intra-nuvem como entre nuvens ou entre nuvem e solo. Em cerca de
90% dos
casos as descargas elétricas se originam na base da nuvem,
quase sempre
eletrizada negativamente. Portanto, em geral, é uma carga
negativa que inicia o
processo de descarga elétrica atmosférica.

O
movimento da Carga Líder

A primeira
carga a se movimentar, na
maioria das vezes vinda da base de uma nuvem, é a Carga
Líder ou Líder
Escalonado. É chamada assim porque desce em etapas
ou escalas, em
intervalos de tempo quase uniformes. Algumas cargas seguem novos
caminhos fora
do canal principal, criando ramificações em
muitos pontos. Isso porque há íons
na atmosfera, distribuídos de maneira não
uniforme, o que acaba por atrair ou
repelir essas cargas para um lugar indeterminado. As bruscas
variações de
velocidade da Carga Líder produzem uma onda
eletromagnética
de freqüência superior à da luz
visível, portanto não
perceptível pelo
olho humano. O movimento da Carga Líder é seguido
por outras cargas
provenientes da base da nuvem criando-se uma corrente
elétrica
denominada raio.

Líderes
Conectantes e Descarga de Retorno

A Carga
Líder, em geral negativa,
aproxima-se de cargas positivas localizadas no solo ou nas nuvens. A
carga
acumulada no canal condutor produz um aumento na intensidade do campo
elétrico
entre as cargas, gerando uma nova quebra da rigidez
dielétrica do ar.
Por efeito dessa quebra, devido ao alto nível de intensidade
desse campo, íons
positivos são arrancados do solo (ou da nuvem para onde as
cargas negativas se
dirigem). Isto
explica a afirmação: na maioria dos
casos, a descarga elétrica ocorre do
solo para a nuvem.
A
intensificação do campo elétrico
provoca o surgimento de vários caminhos
(canais) por onde esses íons se deslocam ao encontro da
Líder. Os íons
positivos são denominados Líderes
Conectantes ou Descargas
Conectantes. No caso de descargas nuvem-solo, esse segundo
rompimento da
rigidez dielétrica ocorre quando a Líder
está cerca de 10 m de
distância do local de
onde os íons positivos são arrancados. Essas
cargas se encontram
aproximadamente a meia distância do percurso. Assim se
completa o canal do
relâmpago. Todas as cargas negativas que seguem a Carga
Líder movem-se através
dos novos canais por onde passaram os íons positivos
até alcançar os pontos de
onde eles partiram. A descarga que saiu do solo continua seu movimento
até a
nuvem e passa a ser denominada Descarga de Retorno.
Essa descarga ocorre
com uma velocidade de cerca de um terço da velocidade da luz.

O relâmpago

As principais
conseqüências das
descargas elétricas atmosféricas (raios)
são a luz (relâmpago) e o som
(trovão). Os relâmpagos são produzidos
basicamente pela radiação
eletromagnética emitida por elétrons que,
após serem excitados pela energia
elétrica, retornam a seus estados fundamentais. Isto ocorre
principalmente na
Descarga de Retorno e por esta razão, no caso da descarga
nuvem-solo, a geração
da luz é feita de baixo para cima. A luz do
relâmpago é bastante intensa devido
à grande quantidade de moléculas excitadas.
Pode-se observar que as ramificações
do canal são menos brilhantes pela menor quantidade de
cargas presentes nessa
região. A geração de luz dura cerca de
um décimo de segundo. Portanto, os
fótons produzidos no início da
trajetória, apesar de chegarem primeiro na
retina do observador, conseguem mantê-la sensibilizada
até a chegada dos fótons
provenientes do final da trajetória. Por isso, é
comum se pensar que o canal se
iluminou todo de uma vez ou ainda que o relâmpago caiu,
vindo de cima
para baixo, talvez por colocarmos a nuvem como nossa
referência. Geralmente a
luz do relâmpago é de cor branca, mas pode variar,
dependendo das propriedades
atmosféricas entre o relâmpago e o observador.

Relâmpagos
múltiplos

Quando
há apenas uma Descarga de Retorno, o relâmpago
é
classificado como relâmpago simples. Os relâmpagos
múltiplos
acontecem quando a nuvem não se descarrega completamente
durante o primeiro
raio. Neste caso, a cargas remanescentes se acumulam novamente na base
da nuvem
e o fenômeno se reproduz através dos mesmos passos
descritos nesta seção. A
Carga Líder poderá ser um Líder
Contínuo (um líder que não
desce em
etapas e aproveita o canal que já existe), um Líder
Escalonado (um novo
líder formado quando todo o canal se desfaz) ou um Líder
Contínuo-escalonado
(se parte do canal se desfizer). A descarga de retorno será
denominada Descarga
de Retorno Subseqüente unicamente no caso do
Líder Contínuo.

Para
que aconteça mais de um relâmpago, tudo vai
depender do tempo que a nuvem leva
para se recarregar. A maioria dos relâmpagos é do
tipo múltiplo. O número médio
de descargas de retorno subseqüentes geralmente é
de 3
a 5. O maior valor até hoje
registrado foi de 42 descargas. É um erro comum pensar que
um relâmpago nunca cai
duas vezes no mesmo lugar. Sendo várias as descargas
positivas ou Conectantes
que saem do solo, se uma delas sair de um mesmo ponto (onde a primeira
Conectante saiu) indo ao encontro da nova Líder,
será possível que isso ocorra.

Assim
como o Líder Escalonado, o Líder
Contínuo é invisível.Por outro lado,
na
maioria dos casos, o Contínuo não possui
ramificações. Sua Descarga de Retorno
Subseqüente é menos brilhante que a primeira
descarga e pouco ramificada.

O
Líder Contínuo-escalonado ocorre
quando, durante a descida de um Líder Contínuo, o
canal se desfaz e ele tem que
mudar para Líder Escalonado para poder completar o caminho.
A Descarga de
Retorno Subseqüente, pode sair de um outro ponto do solo e
seguir também um
novo caminho, bifurcando o canal (vemos a figura de um
ípsilon invertido).
Quase 1/4 dos relâmpagos apresenta este efeito.

Raios
nuvem-solo positivos

Os raios entre
a nuvem e o solo
também podem iniciar por Líderes
positivos descendentes, correspondendo
a movimentos de subida de cargas negativas (elétrons). A
Descarga de Retorno
resultante transporta cargas positivas da nuvem
para o solo. Estes são
os raios nuvem-solo positivos e no geral eles
não se seguem de Descargas
de Retorno Subseqüentes, sendo classificados como
relâmpagos simples. Eles
causam maiores danos do que os negativos. Muitos acidentes como
incêndios em
florestas e estragos em linhas de energia são causados por
este tipo de raio.

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Tipos de raios

Você
já ouviu dizer que os raios podem subir para
as nuvens em vez de descer para a Terra? Existem diversos tipos de
raios
provocando relâmpagos e trovões das mais variadas
formas. A classificação dos
relâmpagos está baseada no modo como acontecem os
raios. Veja também o que os
cientistas têm descoberto sobre os relâmpagos de
bola, um tipo raro de
relâmpago, considerado por muito tempo como pura
imaginação, mas que agora é
motivo de sérias pesquisas.

Os
raios em nuvens

Os raios em
nuvens são assim
chamados por iniciarem dentro de uma nuvem. Eles são menos
perigosos para nós.
Apenas os pilotos de aeronaves recebem treinamento especial caso
enfrentem uma
nuvem de tempestade durante o vôo e sejam atingidos por essa
descarga elétrica.
Nesse caso, o avião está protegido com
pára-raios. Os relâmpagos que esses
raios geram podem ser vistos por nós e fazem cerca de 70% do
total que atingem
nosso planeta. O fato de estarem escondidos pelas nuvens impossibilita
que se
saiba detalhes sobre sua formação. Suas descargas
podem ocorrer de três
maneiras: no interior das nuvens (chamados de descargas
intra-nuvem),
entre duas ou mais nuvens (as descargas nuvem-nuvem)
e para fora da
nuvem, sem atingir o solo (denominadas de descargas para o ar).

Os
raios entre nuvens e solo

Este tipo de
raio inicia na superfície de uma nuvem ou no
chão, abaixo ou próximo de uma nuvem de
tempestade. Sua denominação é feita de
acordo com o sentido de movimento da carga que o origina.
Dessa maneira,
os raios entre nuvens e solo podem ser do tipo nuvem-solo
ou solo-nuvem.
Eles também se classificam quanto ao sinal da
carga líder que inicia uma
descarga, podendo ser negativos ou positivos.
A maioria das
descargas nuvem-solo são negativas. Esses raios
são os que realmente preocupam
os homens. Estimativas indicam que cerca de 100 milhões de
raios nuvem-solo
ocorrem no Brasil todo ano e a maior parte deles acontece na
Amazônia, talvez
pelo fator climático da região. Nas cidades,
já se comprovou que a poluição
aumenta a quantidade de descargas elétricas na atmosfera. A
formação de raios
entre nuvens e solo é bem conhecida. Os nuvem-solo
correspondem a quase 99%
dessas descargas, enquanto que os solo-nuvem são raros,
ocorrendo geralmente no
topo de montanhas ou em estruturas altas (como torres e
edifícios). Um
solo-nuvem pode até ser "criado" por foguetes
lançados na direção da
nuvem de chuva. Isso, aliás, tem permitido o estudo dos
relâmpagos e melhorado
as técnicas de proteção.

Os
misteriosos relâmpagos de bola

Existe ainda
outra forma de relâmpagos que não está
incluída
na classificação tradicional. São os relâmpagos
de bola, também conhecidos
como relâmpagos globulares, bolas
de fogo ou relâmpagos raros.
No interior do Brasil, eles são chamados de mãe
do ouro e segundo a
lenda, seu aparecimento indicaria a existência desse metal no
subsolo daquela
região. Ainda se sabe muito pouco a respeito dos
relâmpagos de bola. Eles têm
tempo de duração de aproximadamente 4 segundos
(em média), forma quase sempre
esférica (de diâmetros entre 10 e 40 cm)
e cores que variam entre branco, amarelo e azul. Têm
brilho semelhante ao de uma lâmpada fluorescente, emitem um
som sibilante (som
muito agudo, como um forte assobio) e desprendem um odor forte
(geralmente de
enxofre), terminando numa explosão ou desaparecendo
repentinamente. Dizem que
ele é capaz de atravessar as paredes e janelas das casas e a
fuselagem dos
aviões. Esses relâmpagos muitas vezes
são confundidos com ÓVNIs ou fantasmas e
até meados do século passado eram considerados
ilusão de óptica ou uma
interpretação errada de outros
fenômenos naturais.

Com a
publicação de
artigos de alguns famosos cientistas em revistas conceituadas,
relatando suas
observações sobre as bolas de fogo, a comunidade
científica teve que rever seus
conceitos. Surgiram várias teorias para explicar a sua
origem. A mais recente foi
divulgada em 2000, na revista britânica Nature.
Pesquisadores da
Universidade de Canterbury, Nova Zelândia, afirmam que o
intenso calor gerado
pela penetração de um relâmpago comum
no solo produz pequenas partículas de
Silício e outros compostos. Essas partículas,
denominadas de nanoparticulas,
se unem formando uma rede de filamentos e armazenam
certa energia
química. Ao cessar a descarga elétrica, esses
filamentos se vaporizam e
adquirem a forma de uma esfera. À medida que se oxidam
lentamente no ar, essas
partículas perdem a energia armazenada e emitem luz e calor.
Tudo isso em
alguns poucos milisegundos. Como a esfera se forma apenas no fim desse
processo, ou seja, da vaporização à
oxidação, o observador tem a impressão
que
ela se materializou no ar. Esta nova teoria também
explicaria como o relâmpago
de bola é capaz de atravessar as portas e janelas das
residências sem causar
danos. A rede de filamentos, sendo flexível e movendo-se com
o ar, poderia
passar pelas fendas existentes nas portas e janelas, se reorganizando
do outro
lado. Mas, outra particularidade deles é o poder de
atravessar objetos maciços,
como paredes ou fuselagem de aviões, o que ela
não consegue explicar
corretamente. Ainda assim, os estudos prosseguem. O próximo
passo deverá ser o
de criar um relâmpago de bola em laboratório,
tarefa que os pesquisadores já
estão tentando realizar.

Os trovões

As ondas
sonoras geradas pelo movimento das cargas elétricas na
atmosfera são denominadas trovões. Resultado do
aumento da temperatura do ar
por onde o raio passa, os trovões podem ser perigosos, nas
proximidades de onde
o fenômeno acontece. Entretanto, na maioria dos casos, causam
apenas medo aos
mais sensíveis.

Formação

O
trovão é uma onda
sonora
provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da
Descarga de
Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em
apenas 10
microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas
ondas:
a
primeira é uma violenta onda de choque
supersônica, com velocidade
várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas
proximidades do
local da queda é um som
inaudível para o ouvido humano; a
segunda é uma onda sonora de grande
intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o
trovão audível.

Características

Os meios
de
propagação dos
trovões são o solo e o ar. A freqüência
dessa onda sonora, medida em Hertz, varia de acordo com esses meios
meios,
sendo maiores no solo. A velocidade do trovão
também varia com o local onde se
propaga. O trovão ocorre sempre após o
relâmpago, já que a velocidade da luz é
bem maior que a do som no ar. O que escutamos é a
combinação de três momentos
da propagação da descarga no ar: primeiro, um
estalo curto (um som
agudo
que pode ensurdecer uma pessoa) gerado pelo movimento da Descarga de
Retorno no
ar. Depois, um som intenso e de maior duração que
o primeiro estalo, resultado
da entrada ou saída da descarga no solo e por
último, a expansão de sons graves
pela atmosfera ao redor do canal do relâmpago. Podemos ter
uma percepção do som
diferente, mas essa ordem é a mesma. Por isso, é
muito perigoso ficar próximo
ao local de queda de um relâmpago. A energia
acústica ou energia sonora gasta para
provocar esses estrondos é proporcional a
freqüência do som. A maior parte
dela, cerca de 2/3 do total, gera os trovões no solo e o
restante (1/3) provoca
som do trovão no ar. Mesmo assim, eles costumam ser bem
violentos, como podemos
perceber. Por causa da freqüência, os
trovões no ar são mais graves (como
batidas de bumbo). Aqueles estalos característicos dos
trovões, os sons
bastante agudos, além de dependerem da nossa
distância à fonte, se relacionam
com as deformações do canal e de suas
ramificações. Quanto mais ramificado o
canal, maior o número de estalos no trovão. Se o
observador estiver próximo do
relâmpago (a menos de 100 metros,
por exemplo) o estalo será parecido a de uma
chicotada. Isso está associado a onda de choque que antecede
a onda sonora.

Duração

A
duração dos trovões é
calculada
com base na diferença entre as distâncias do ponto
mais próximo e do ponto mais
afastado do canal do relâmpago ao observador. Por causa dessa
variação de
caminhos, o som chega aos nossos ouvidos em instantes diferentes. Em
média,
eles podem durar entre 5 e 20 segundos.

Dúvidas

Nesta
seção, perguntas gerais e específicas
sobre
os relâmpagos.

Qual
parte da estrutura o pára-raio protege?

A
região de proteção ou zona de
proteção será para uma estrutura
(prédio ou residência) é aquela que,
teoricamente, está imune à incidência
direta do relâmpago. Em termos gerais,
essa região pode ser representada por um cone
imaginário cobrindo a estrutura,
com pico situado no pára-raio (terminal aéreo) e
um raio de base no solo. Para
construções menores que 20 metros,
esse raio equivale à altura estrutura +
pára-raio e para outras
construções maiores, o raio varia e geralmente
é
menor que essa altura. Alguns fatores como o tipo de estrutura a ser
protegida
e o nível de aterramento interferem nessa zona de
proteção.

Os
aviões têm pára-raios?

Os
aviões possuem pára-raios para se protegerem
contra as
descargas. Os engenheiros de aeronaves também realizam
testes com a carcaça dos
aviões e verificam qual material suporta e distribui melhor
essa descarga. Se
isso não for feito, um relâmpago em pleno
vôo pode causar imensos problemas,
desde curtos-circuitos à falha total do sistema de comando.
A blindagem
eletrostática do avião não
poderá ser aplicada nesse caso, pois esse conceito vale
para fenômenos estáticos.

O
relâmpago pode cair no mar?

Os
relâmpagos podem ocorrer em
qualquer lugar, inclusive na água. Quando a quantidade de
cargas numa nuvem de
chuva atinge os níveis para a formação
das descargas, elas poderão acontecer,
independente do local. Muitas pessoas já foram atingidas por
relâmpagos quando
nadavam ou pescavam. Dentro d'água, os peixes morrem com a
intensa corrente
elétrica da descarga do relâmpago. Por isso,
não se deve nadar ou fazer
qualquer atividade na água dos rios ou mares na
ocasião de uma tempestade.

Existem
relâmpagos em outros planetas?

A Terra
não é o único planeta onde
relâmpagos ocorrem. Os relâmpagos têm
sido detectados também em Vênus,
Júpiter
e Saturno. Supõe-se que ocorram em Urano e Netuno. Dados
enviados pela sonda
Galileu em torno de Júpiter sugerem que lá os
relâmpagos são formados pelos
mesmos mecanismos que os produzem na Terra. Em 1979, as sondas Voyager
1 e 2
registraram pela primeira vez em Júpiter a
formação de nuvens como as que
produzem ciclones na Terra e descobriram uma grande quantidade de
relâmpagos em
seu hemisfério noturno, sugerindo a presença de
intensas tempestades.

Como
é feito o estudo dos relâmpagos com foguetes?

Relâmpagos
do tipo solo-nuvem podem
ser reproduzidos através de pequenos foguetes conectados a
longos fios de cobre
lançados na direção das tempestades.
Após o lançamento, o fio do foguete se
desenrola e cria um caminho condutor por onde o relâmpago vem
a se propagar.
Tal técnica é bastante perigosa e deve ser feita
por profissionais da área. Ela
tem permitido medir campos elétricos e magnéticos
bem próximos ao canal do
relâmpago. Os relâmpagos podem ser detectados
também do espaço, através de
sensores ópticos a bordo de satélites e naves
espaciais. Um fato interessante é
que os satélites não conseguem distinguir entre
raios em nuvens e entre nuvens
e solo, mas têm mostrado que cerca de 50 a
100 relâmpagos ocorrem por segundo em
nosso planeta. A região tropical recebe 70 % das descargas.

Na
rua, podemos ficar em grupos durante uma tempestade?

Em
condições de estabilidade
atmosférica (céu claro, sem nuvens de
tempestade), há um campo elétrico
uniforme próximo à superfície,
orientado para baixo. Com isso, se supõe a
existência de linhas equipotenciais perpendiculares a esse
campo e uma pessoa
normalmente estaria sujeita a uma diferença de potencial
considerável.
Felizmente isso não ocorre, porque o corpo humano
é um bom condutor e se
comporta como se fizesse parte da Terra. Ficamos com o mesmo potencial
elétrico
da Terra, que é considerado nulo. Na maioria das vezes,
não é a diferença de
potencial de uma região que causa perigo, mas sua quantidade
de carga. Em tempo
bom, há pouca carga associada ao potencial que estamos
submetidos. Quando há
tempestades, a nuvem carregada pode induzir na superfície
terrestre cargas
elétricas consideráveis. Permanecendo sozinho,
nos assemelhamos a uma ponta e
ficando em grupos, essas cargas terão uma
superfície "especial" de
onde poderão sair uma ou mais descargas.

Devemos
cobrir espelhos durante uma tempestade?

A
prática de algumas pessoas em
cobrir espelhos ou se afastar deles quando ocorrem tempestades
não tem nenhum
princípio físico. Espelhos não atraem
relâmpagos, tampouco irão
"refletir" a descarga em cima de alguém. Essa é
apenas mais uma das
muitas crendices populares existentes e não deve ser levada
em conta como regra
de proteção contra os relâmpagos.

É
possível determinar o ponto onde a descarga do
relâmpago acontece?

Podemos
determinar, através de um
cálculo bastante simples, a distância entre
nós e onde relâmpago
"caiu", em outras palavras, o seu "local de queda". Ao
vermos o clarão do relâmpago, devemos marcar o
tempo para escutarmos o barulho
do trovão. Divide-se esse resultado por 3 e a resposta
será a distância
aproximada, em quilômetros, do local de queda. Esse
cálculo não leva em conta
fatores como o número de ramificações
do relâmpago, tipo de atmosfera,
distâncias reais do ponto no solo e do ponto da nuvem
à pessoa. Tudo isso
certamente influenciaria no resultado. A margem de erro é de
20%. Quando não
conseguimos ouvir um trovão após o
clarão do relâmpago, significa que ele
ocorreu a uma distância suficiente para toda a energia sonora
se perder no ar.
Essa distância geralmente é maior ou igual a 20
quilômetros.

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GROSSÁRIO

Íons

De maneira
simples, os íons são átomos que, por
um motivo
qualquer, perderam ou ganharam elétrons. Quando um
átomo perde elétrons se
torna um íon positivo ou cátion,
passando a ter excesso de cargas
positivas. Contrariamente, ao ganhar elétrons, torna-se um íon
negativo
ou ânion. Os átomos dos
elementos químicos tendem a estabilizar a última
camada ganhando ou perdendo elétrons, ou seja, para a
maioria há necessidade de
se transformar em íons. Por exemplo, átomos de
metais, como o cobre, tendem a
perder elétrons (íons cátion) e
átomos de ametais, como o oxigênio, tendem a
ganhar elétrons (íons ânion).

Campo
Elétrico

Em geral, os
fenômenos físicos acontecem numa certa
região
do espaço. Essa região é chamada de campo.
As grandezas físicas que
darão origem aos campos recebem o nome de fontes
de campos. Por exemplo,
um corpo que possui quantidade de massa gera um campo do tipo gravitacional,cuja
fonte é a quantidade de massa do corpo.
Já em corpos eletrizados, o
campo que é levado em consideração
é o campo elétrico, que tem
como
fonte a quantidade de carga elétrica. O
campo elétrico varia com o
inverso do quadrado da distância entre as cargas. Quando o
campo elétrico numa
região tiver mesma intensidade,
direção e sentido, as linhas de força
estarão
igualmente espaçadas, além de terem mesma
direção e sentido. Este é o campo
elétrico uniforme (CEU). Geralmente eles ocorrem
entre duas superfícies
planas condutoras. Um exemplo de campo elétrico uniforme
é aquele formado no
interior da nuvem ou entre a base da nuvem e o solo, momentos antes de
acontecer uma tempestade. O campo elétrico é uma
grandeza medida em Newton
por Coulomb (N/C) no Sistema Internacional de unidades.
Também é utilizada
uma medida equivalente, o Volt por metro (V/m).

Capacitores
- funcionamento

Os capacitores
são feitos com dois condutores, chamados de armaduras,
entre os quais ocorre indução total
de cargas por parte de um deles que
esteja eletrizado. As armaduras estão sempre separadas por
substâncias dielétricas
ou isolantes (ar, água pura,
óleo). Um capacitor funciona da seguinte
forma: um dos condutores, previamente carregado com certa quantidade de
cargas,
induz a mesma quantidade, com sinal de carga sinal, no outro condutor.
Com
elas, se cria um circuito elétrico
através de um fio que as una ou se
ligadas à Terra, fazendo com que a carga induzida
se escoe. A outra
placa se recarrega e repete o ciclo. A carga de um capacitor
é aquela da
armadura positiva, enquanto que a carga total
é nula. Também se
observa a formação de um campo
elétrico entre as armaduras quando o
capacitor está em
funcionamento. Por isso se diz que as
superfícies da nuvem
funcionam como armaduras de um capacitor.

Corrente
elétrica - conceito

A corrente
elétrica é o movimento ordenado de
partículas
eletricamente carregadas. Vamos explicar a corrente elétrica
a partir de um
condutor metálico (um fio elétrico por exemplo).
Dentro desses condutores há
muitos elétrons livres descrevendo um movimento
caótico, sem direção determinada.
Ao aplicar-se uma diferença
de
potencial entre dois pontos do metal (ligando as
pontas do fio a uma
bateria, por exemplo), estabelece-se um campo
elétrico interno e os
elétrons passam a se movimentar numa certa ordem,
constituindo assim a corrente elétrica.

A
corrente elétrica é definida como a
razão entre a quantidade de carga que
atravessa certa secção transversal (corte feito
ao longo da menor dimensão de um
corpo) do condutor num intervalo de tempo. A unidade de medida
é o Coulomb
por segundo (C/s), chamado de Ampère
(A) no SI em homenagem ao
físico e matemático francês
André-Marie Ampère (1775-1836).

Eletrização

Um
átomo normalmente tem iguais quantidades de
prótons e
elétrons, partículas que podem causar efeitos
elétricos. Cada próton tem efeito
anulado por outro elétron e no geral os
corpos estão eletricamente
nulos. Quando há diferença no
número de elétrons, os corpos estão eletrizados
ou carregados. A diferença se faz no
número de elétrons porque a
eletrosfera é bem mais acessível a
interações que a distante região
nuclear,
onde as forças que mantém os prótons
unidos são maiores. Por isso, um átomo
pode perder ou ganhar elétrons
e assim, um corpo se eletriza positivamente,
na falta de elétrons, ou negativamente,
quando há excesso de elétrons.

Indução
Eletrostática

O processo de
indução eletrostática ocorre quando um
corpo
eletrizado redistribui cargas de um condutor neutro. O corpo
eletrizado, o indutor,
é colocado próximo ao corpo neutro, o induzido,
e isso permite que as
cargas do indutor atraiam ou repilam as cargas negativas do corpo
neutro,
devido a Lei
de Atração e
Repulsão entre as cargas
elétricas. A distribuição de cargas no
corpo
induzido mantêm-se apenas na presença do corpo
indutor. Para eletrizar o
induzido deve-se colocá-lo em contato com outro corpo neutro
e de dimensões
maiores, antes de afastá-lo do indutor.

Lei
de Coulomb

A teoria
matemática para as interações entre
corpos
carregados é conhecida como Lei de Coulomb.
Desenvolvida pelo francês Charles
Augustin de Coulomb (1736-1806), utilizando um aparelho por
ele inventado,
a balança de torção,
a lei diz que as atrações ou repulsões
elétricas
são proporcionais às quantidades de carga e
inversamente proporcionais ao
quadrado da distância entre elas.

Ondas
Eletromagnéticas

A luz
visível ou onda luminosa é um tipo de onda
eletromagnética. Foi Maxwell que, a partir de
equações que levam seu nome,
previu a existência das ondas eletromagnéticas,
ondas que combinam fenômenos
elétricos e magnéticos. Podemos
imaginá-las como duas ondas viajando numa mesma
direção, perpendiculares entre si, oscilando em
seus planos. Basicamente, uma
carga elétrica oscilante cria uma onda
eletromagnética. Para Maxwell, a luz
visível é apenas um grupo contida numa faixa de
radiação do espectro
eletromagnético, onde existem ainda as ondas
invisíveis, como as
infravermelhas e as ultravioletas e outras como as ondas de
rádio, microondas,
raios X, raios gama, etc. Qualquer onda eletromagnética
é transversal,
ou seja, tem direção de
propagação perpendicular a
direção da vibração da
fonte. Além disso, essa ondas não precisam de um
meio de propagação, podendo
viajar até no vácuo.

Rigidez
Dielétrica

Quando se
aumenta a quantidade de carga de um capacitor, o
campo elétrico também aumenta. Se for
suficientemente intenso, pode arrancar
elétrons dos átomos do dielétrico,
causando sua ionização. O valor máximo
do
campo elétrico que esse isolante suporta sem se ionizar
é chamado de rigidez
dielétrica do meio e ao se atingir esse valor,
salta uma faísca entre as
armaduras do capacitor, danificando-o. Foi exatamente essa propriedade
que
Franklin imaginou que acontecia na atmosfera e originava as descargas
dos
relâmpagos.

Tipos
de condutores

Os materiais
condutores são classificados em três grupos: condutores
metálicos, eletrolíticos
e gasosos. Os condutores metálicos
são os mais numerosos. As ligações
metálicas se caracterizam pela presença de elétrons
livres, elétrons fracamente ligados ao
núcleo atômico. Os metais têm enorme
tendência a doar elétrons, que possuem grande
mobilidade, permitindo o
espalhamento de cargas por todo o metal. Por isso são
considerados bons
condutores. Nas soluções
eletrolíticas, os íons positivos e negativos
são os
portadores de carga. Nascem da dissociação
iônica de compostos ácidos, básicos
ou salinos em solventes. O caso dos
condutores gasosos é o mais especial. Os gases,
geralmente isolantes, podem ser ionizados na presença de um
forte campo
elétrico e formar suas partículas portadoras de
cargas, os íons positivos e
elétrons. Os relâmpagos são basicamente
formados por esse processo.

Fonte: http://www.ufpa.br/ccen/fisica/aplicada/formac.htm