MOTOR ELÉTRICO

Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.
A tarefa reversa, aquela de converter o movimento mecânico na energia elétrica, é realizada por um gerador ou por um dínamo. Em muitos casos os dois dispositivos diferem somente em sua aplicação e detalhes menores de construção. Os motores de tração usados em locomotivas executam frequentemente ambas as tarefas se a locomotiva for equipada com os freios dinâmicos.Normalmente também esta aplicação se dá a caminhões fora de estrada. Chamados eletrodíesel.

Funcionamento de um Motor Elétrico

A maioria de motores elétricos trabalham pela interação entre campos eletromagnéticos, mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo corrente elétrica imersa em um campo magnético. A força é descrita pela lei da força de Lorentz e é perpendicular ao fio e ao campo magnético. Em um motor giratório, há um elemento girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor.

A maioria de motores magnéticos são giratórios, mas existem também os tipos lineares. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator . O motor é constituído de eletroímãs que são posicionados em ranhuras do material ferromagnético que constitui o corpo do estator e enroladas e adequadamente dispostas em volta do material ferromagnético que contitui o rotor.

Tipos de motores:



Motores de corrente contínua: São motores de custo elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em brinquedos.


Motores de corrente alternada: São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Seu princípio de funcionamento é baseado no campo girante, que surge quando um sistema de correntes alternadas trifásico é aplicada em pólos defasados fisicamente de 120º. Dessa forma, como as correntes são defasadas 120º elétricos, em cada instante, um par de pólos possui o campo de maior intensidade, cuja associação vetorial possui o mesmo efeito de um campo girante que se desloca ao longo do perímetro do estator e que também varia no tempo.

Os principais tipos são:

1. Motor síncrono: funciona com velocidade constante; utiliza-se de um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante.
2. Motor de indução: funciona normalmente com velocidade estável, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de conversores de freqüência.

A classificação dos motores elétricos quando vista de uma forma um pouco mais detalhada é um tanto complexa e quase sempre leva a confusões mesmo de estudiosos do assunto:


.Motores CC ( corrente contínua)      
.Série
Universal
Shunt ou paralelo
Composto( composição de shurt e paralelo)
Motores CA (corrente alternada)
Assíncrono( de indução)
Polifásico
Rotor  gaiola ou em curto – circuito
Rotor enrolado ou bobinado
Monofásico
Capacitor de partida
Capacitor permanente
Polos sombreados
Dois capacitores
Repulsão
Repulsão de partida
Síncromo
Monofásico
Imã permanente
Histerese
Relutancia
De passo
Relutancia variável
Híbrido
Isto é uma pequena amostra da enorme quantidade de motores elétricos que existem. Um estudo profundo seria necessário para conhecer todos eles.

LASER

O raio laser é um tipo de radiação eletromagnética visível ao olho humano. Laser é uma palavra que é formada a partir das palavras light amplification by stimulated emission of radiation, que juntas significam “amplificação da luz por emissão estimulada por radiação”. O laser possui características especiais como, por exemplo, ela ser monocromática, coerente e colimada, além de ter larga aplicação tecnológica e científica que vem se expandindo cada dia mais.

A luz do laser além de ser monocromática, ou seja, constituída por radiações de uma única freqüência, é muito potente em razão da grande concentração de energia em pequenas áreas (pequenos feixes). O feixe de laser é muito potente, podendo ter brilho superior ao da luz emitida por uma lâmpada.

O físico Albert Einstein, no ano de 1916, lançou as bases para a criação do laser a partir das teorias de Max Plank. No entanto essas bases ficaram esquecidas durante a Segunda Guerra Mundial. Foi em 1953, trinta e sete anos depois, que cientistas conseguiram produzir o primeiro laser, ou melhor dizendo, um dispositivo bastante similar a um laser, pois ele não tinha a capacidade de omitir ondas de forma contínua. Apesar de não ter sido o criador do laser, A. Einstein leva o crédito por ter sido o cientista que descobriu o efeito físico existente por detrás do funcionamento do laser, a emissão estimulada, essa que é a condição necessária para se ter o equilíbrio térmico da radiação com a matéria.

Em razão de suas características, o laser hoje é muito aplicado como, por exemplo, nas cirurgias médicas, em pesquisas científicas, na holografia, nos leitores de CD e DVD como também no laser pointer utilizado para apresentação de slides. Na indústria o laser de dióxido de carbono tem sido muito utilizado, pois possibilita um processo rápido de corte e solda de materiais. As aplicações do raio lazer são inúmeras e tem se tornado cada vez mais diversificado, de forma que relacionar todas elas fica impossível.

Num modelo simplificado, o átomo é constituído por um núcleo contendo prótons e nêutrons. Elétrons giram em torno desse núcleo, ocupando determinadas trajetórias ou órbitas.

Átomos podem ser excitados por fontes externas de energia, como calor, energia elétrica. Também de forma simplificada, pode-se dizer que, quando um átomo é excitado, alguns elétrons passam para órbitas mais afastadas do núcleo, com níveis de energia superiores.

Átomos e fótons


Num modelo simplificado, o átomo é constituído por um núcleo contendo prótons e nêutrons. Elétrons giram em torno desse núcleo, ocupando determinadas trajetórias ou órbitas.

Átomos podem ser excitados por fontes externas de energia, como calor, energia elétrica. Também de forma simplificada, pode-se dizer que, quando um átomo é excitado, alguns elétrons passam para órbitas mais afastadas do núcleo, com níveis de energia superiores.

Em A da Figura 01, um elétron passou do nível de energia E para o nível E'. Eventualmente, o elétron pode retornar ao nível anterior e, neste caso, há emissão de um fóton de luz.

O estudo do fóton exige mais conceitos de física quântica, que não são objeto desta página. Pode-se dizer que é a menor quantidade de luz possível, ou seja, a luz pode ser tida como um conjunto de partículas elementares, denominadas fótons.

Existe uma relação matemática entre a variação de energia e a freqüência do fóton de luz emitido:

E' − E = h f. Onde f é a freqüência e h a constante de Planck (aprox 6,62 10⁻³⁴ Js).

O fenômeno da emissão de fótons por átomos excitados ocorre de forma abundante na prática. Um metal aquecido acima de certa temperatura emite luz devido à excitação dos átomos pelo calor. Átomos do fósforo na tela de um cinescópio são excitados pelo feixe de elétrons incidente para emitir luz. As variações dos níveis de energia ocorrem segundo alguma distribuição estatística e os átomos emitem fótons de forma pouco dependente dos demais. Por isso, este tipo de emissão é denominado emissão espontânea ou não estimulada.

Emissão estimulada

A emissão estimulada se dá conforme a Figura 01 deste tópico. Um fóton incide sobre um átomo que tem um elétron excitado em um nível de energia equivalente ao do fóton incidente. Neste caso, o fóton incidente faz o elétron retornar ao nível de energia anterior e o resultado são dois fótons, o original e o emitido, nas mesmas direção e fase.

Poder-se-ia imaginar que a emissão estimulada seja coisa comum na prática.
Fótons gerados por emissão espontânea poderiam encontrar átomos em condições de serem estimulados e, assim, formar uma reação em cadeia no processo.
Na realidade, isso não ocorre facilmente. Em cada instante, o número de átomos excitados é muito pequeno em relação ao total e o tempo em que eles permanecem no estado excitado também é muito curto. Portanto, a maior parte dos fótons espontaneamente emitidos não encontra átomos para provocar a emissão estimulada.
Pode-se também pensar que o aquecimento favorece o processo, mas não ocorre. O calor aumenta a energia média do conjunto, mas não aumenta a proporção de átomos excitados em relação ao novo patamar de energia.

Laser Básico

Na maioria dos materiais, conforme mencionado no tópico anterior, o tempo de permanência no estado excitado é muito curto, na faixa dos nanossegundos, insuficiente para provocar emissões estimuladas.

Em alguns materiais, a excitação dos átomos ocorre conforme indicado na Figura 01 (A):

Depois de atingir o nível de excitação E', elétrons decaem para um nível metaestável E_m, cujo tempo de permanência está na faixa de 10⁻⁶ a 10⁻⁹ segundos, dependendo do material. E esse tempo é suficiente para provocar emissões estimuladas em cadeia, uma vez que a população de átomos excitados se torna significativamente maior.

Na Figura 01 (A), o processo ocorre com 3 níveis de energia (E', Em e E). Na realidade, em muitos casos existem um ou mais níveis intermediários inferiores, conforme Figura 01 (B).

A palavra laser significa amplificação de luz por emissão estimulada da radiação (do inglês, light amplification by stimulated emission of radiation).

A Figura 02 mostra o esquema de um dos primeiros tipos construídos. Um cristal de rubi, em forma de barra, é excitado por uma lâmpada a gás. O cristal tem a propriedade de excitação metaestável e, protanto, a emissão estimulada ocorre em cadeia.


Em uma extremidade há um espelho 100% refletor e na outra, um parcialmente refletor. A reflexão mútua provoca o alinhamento dos fótons na direção longitudinal e, através refletor parcial, é emitido um feixe de luz altamente concentrado e monocromático.

Lasers também podem ser obtidos com alguns tipos de gases, usando uma construção semelhante, com uma ampola de gás no lugar do cristal.

A Figura 03 dá o princípio básico de um laser que usa uma mistura de hélio e néon, na proporção de aproximadamente 5:1.

A pressão é baixa (cerca de 0,003 atm). Uma tensão de aproximadamente 1000 V excita os átomos de hélio, que, por sua vez, excitam os de néon devido à proximidade dos níveis de energia de ambos os elementos. Em forma de equação, o processo pode ser descrito como:

He(excit) + Ne → He + Ne(excit) + ΔE. Onde esta última parcela (ΔE) é a pequena diferença de energia entre ambos.

Maser

Maser é o equivalente do laser para freqüências mais baixas, na faixa de microondas. Sua principal aplicação está na radioastronomia, para amplificar sinais recebidos. Outro dado interessante é que existem masers no Universo, em regiões de formação de estrelas. A maior parte irradia na freqüência de 22 GHz, criando a mais brilhante linha do espectro radioastronômico. Mais detalhes poderão ser dados em futuras atualizações da página.

Diodos Laser

De todos os tipos, os lasers de semicondutor são certamente os mais conhecidos e produzidos, em razão da expansão das telecomunicações e da armazenagem de dados por meios óticos (CDs e outros).

Existem vários arranjos. A Figura 01 deste tópico dá um exemplo com 5 camadas. Como em um led, a junção é diretamente polarizada e a recombinação de cargas, que ocorre quando os elétrons passam da camada n para a camada p, produz fótons de luz visível ou de infravermelho.

Acima de um determinado nível de corrente, os fótons que se movem no sentido paralelo à junção iniciam um processo de emissão estimulada em cadeia.

De forma similar aos anteriores, as extremidades têm superfícies espelhadas e semi-espelhadas (não indicadas na figura por questão de clareza).

A construção da figura produz um feixe de formato chato, inadequado para, por exemplo, cabos de fibra ótica. Existem outras que produzem feixes concentrados.

A máxima eficiência do laser - isso vale também para os anteriores - ocorre quando o comprimento do material na direção da emissão é múltiplo exato do comprimento de onda da luz emitida (ver ilustração na Figura 02). Ou seja, o dispositivo trabalha como um ressonante ótico. es concentrados.

Radiações emitidas por alguns tipos

Como pode ser visto na tabela, existem mais tipos do que os descritos nesta página. Mas o princípio básico é o mesmo. Também pode ser notado que vários tipos emitem radiações fora do espectro visível, o que é muito importante para diversas aplicações.

Observações:

1) λ é o comprimento de onda em nanômetros.

2) IV significa infravermelho e UV, ultravioleta.

3) "Excimer" significa "excited dimer", ou seja, um dímero (composto formado pela união de duas moléculas de um monômero) excitado.

4) YAG é do inglês "Yttrium Aluminum Garnet" (cristal de ítrio e alumínio).

5) YLF é do inglês "Yttrium Lithium Fluoride" (fluoreto de ítrio e lítio). Os elemenos citados na tabela são dopados nesses cristais.

TELEFONIA

                                        O QUE É?
                                     
 A rede telefonica fixa é o sistema básico de telecomunicações que correspondente aos aparelhos utilizados pelos usuários do sistema --- e de um vasto conjunto de acessórios, tudo isto com o objetivo de prover a interligação dos usuários do sistema de telefonia (assinantes) à central telefônica e as várias centrais entre si.
Outro termo utilizado é sistema telefônico, que pode ser conceituado como o sistema que permite a comunicação de dois assinantes, através do telefone. Esse sistema divide-se em subsistemas que interagem operacionalmente para formar a rede de telefonia como conhecemos: Rede de Comutação, Rede de Acesso, Rede de Transmissão e Infra-estrutura para Sistemas de Telecomunicações.
Além desses subsistemas, existe o subsistema de sinalização por canal comum número 7, responsável pela inteligência de comunicação entre os elementos da rede de telecomunicações.
O subsistema de sinalização por canal comum número 7 é originalmente chamado em inglês SS7 (signaling system number 7).
Existem ainda sistemas secundários que fornecem apoio aos equipamentos de comutação e transmissão, são chamados de infra-estrutura. Fazem parte desse conjunto, por exemplo, torres de transmissão, aterramento, refrigeração e energia.
Divisões do Sistema Telefônico

1. Rede de Comutação: equipamentos necessários à seleção do caminho que possibilita a comunicação entre os usuários.
2. Rede de Acesso: suporte físico necessário para a comunicação.
3. Rede de Transmissão: suporte físico ou não que permite a propagação da informação.
4. Infra-estrutura para Sistemas de Telecomunicações: sistemas secundários que fornecem apoio aos equipamentos de transmissão e comutação, como, por exemplo, o sistema de energia que alimenta eletricamente as partes componentes dos outros sistemas.

COMO FUNCIONA?

Um telefone simples

Surpreendentemente, o telefone é um dos aparelhos mais simples que você possui. Ele é tão simples que, quase um século após a sua invenção, a conexão telefônica das nossas casas não mudou. Se você possui um telefone antigo, da década de 1920, pode conectá-lo a um ponto telefônico e ele funcionará perfeitamente.

O interior de um telefone simples é assim: 

                     

Como você pode observar, ele contém três partes.

·         Um interruptor - para conectar e desconectar o telefone da rede (geralmente chamado de gancho). Ele se conecta quando você tira o telefone do gancho.

·         Um alto-falante - geralmente um pequeno alto-falante de 8 ohms.

·         Um microfone - no passado, os microfones dos telefones eram bem simples: grãos de carvão comprimidos entre duas finas placas de metal. As ondas de som da voz comprimiam e descomprimiam os grãos, mudando a resistência e modulando a corrente que passava pelo microfone.

Você pode discar de um telefone simples como este batendo rapidamente no interruptor do gancho. Todos os interruptores telefônicos ainda reconhecem a discagem de pulso. Se você tirar o telefone do gancho e bater rapidamente no interruptor por quatro vezes, o interruptor da companhia telefônica compreenderá que você discou o número "4". 

Telefones mais moderno

O único problema com o telefone mostrado na página anterior é que, quando você fala, escuta sua voz pelo alto-falante. A maior parte das pessoas acha isso irritante, por isso qualquer telefone de hoje possui um dispositivo chamado bobina duplex ou algo equivalente que evita isso. Os telefones atuais incluem também uma campainha, um teclado de discagem de tom e um gerador de freqüência. Seu sistema é mostrado na figura abaixo.

                     

Ainda assim, é um aparelho muito simples. Nos telefones modernos há um microfone, um amplificador e um circuito eletrônico para substituir os grãos de carvão e a bobina de carga. O toque mecânico é substituído por um alto-falante e por um circuito para gerar um tom de toque agradável. Mas um telefone comum continua sendo um dos dispositivos mais simples atualmente existentes.

 A rede telefônica: fios e cabos

A rede telefônica começa na sua casa. Um par de fios de cobre vai de uma caixa na rua até uma caixa (normalmente chamada de ponte de entrada) na sua casa. De lá, o par de fios é conectado a cada ponto telefônico da sua casa. Se sua casa tiver duas linhas telefônicas, dois pares diferentes de fios de cobre vão ate ela (veja O que fazem as pequenas caixas que a companhia telefônica instala pelo nosso bairro? - em inglês - para uma descrição das caixas e dos fios telefônicos que você vê pela rua). 

                                                             

Ao longo da rua passa um grosso cabo preenchido com 100 ou mais pares de fios de cobre. Dependendo de onde você está este cabo irá diretamente ao interruptor da companhia telefônica ou a uma caixa do tamanho de uma geladeira, que age como um concentrador digital.