Poder das Pontas

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Poder das Pontas 
O poder das pontas é o nome dado ao princípio físico que rege o funcionamento de alguns objetos do nosso cotidiano, como os para-raios e as antenas. Ele foi utilizado por Benjamin Franklin, em 1752, em sua famosa experiência da pipa, que deu origem ao para-raios. Ele pode ser feito com um catavento elétrico ou um torniquete eletrostático.
Segundo esse princípio, o excesso de carga elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio. É nas pontas que a energia é descarregada. Isso ocorre porque as extremidades são regiões muito curvas e, como a eletricidade se acumula mais nessas áreas, um corpo eletrizado dotado de pontas acumula nelas sua energia. A densidade elétrica de um corpo será sempre maior nas regiões pontudas em comparação com as planas.
Sendo assim, uma ponta sempre será eletrizada mais facilmente do que uma região plana. Isso também explica o fato de um corpo já eletrizado perder sua carga elétrica, principalmente pelas terminações, sendo difícil mantê-lo dessa forma. Além disso, essa extremidade eletrizada tem sobre os outros corpos um poder muito maior do que as áreas que não são pontudas.
É devido a esse princípio que recomenda-se, em dias de tempestade, a não permanência embaixo de árvores ou em regiões descampadas, porque a árvore e o corpo humano atuam como pontas em relação à superfície do solo, atraindo os raios. Se estiver em um local sem proteção é recomendado ficar abaixado, com os braços e pernas bem juntos, em forma de esfera, evitando que seu corpo funcione como uma ponta.
Curiosidades sobre Raios
Raios, relâmpagos e trovões são fenômenos naturais cercados por mitos e lendas. Confira algumas curiosidades sobre os raios.
Benjamin Franklin foi atingido por um raio enquanto fazia a experiência que deu origem ao para-raios.
Mito. Muitos livros de escola dizem que, ao realizar a experiência da pipa, em que comprovou que os raios são descargas elétricas, Benjamin Franklin teria sido atingido por um raio. Isso não é verdade. Apesar da experiência ser realmente perigosa e já ter inclusive causado a morte de outras pessoas, o inventor do para-raios saiu ileso. Isso ocorreu somente porque a faísca que correu da pipa até os equipamentos de seu laboratório foi causada pela energia do forte campo elétrico e não por um raio. Caso a pipa tivesse sido atingida por um raio, Benjamin Franklin teria morrido.
Um raio não cai duas vezes no mesmo lugar.
Mito. Esse é apenas um dito popular, raios podem cair diversas vezes na mesma localidade.
Para-raios protegem os equipamentos eletrônicos.
Mito. Os para-raios protegem apenas a construção. Para garantir a segurança de equipamentos eletrônicos, é preciso instalar supressores de surto de tensão. Eles evitam que as descargas elétricas atinjam e queimem os aparelhos.
Um raio tem temperatura maior do que a da superfície solar.
Verdade. A superfície solar tem temperatura de cerca de 6.000ºC, enquanto um raio atinge até 30.000ºC, cinco vezes a temperatura da parte externa do sol.
Não se deve falar ao telefone ou tomar banho durante tempestades.
Verdade. A linha telefônica e a tubulação metálica por onde passa a água podem transmitir a descarga elétrica de um raio. Se uma pessoa estiver segurando o telefone ou tomando banho, pode ser atingida, causando inclusive morte.
Na maioria das edificações modernas a tubulação é feita de PVC, não havendo esse risco. Se tiver dúvida sobre o material utilizado em sua residência o melhor a fazer é evitar banhos durante as tempestades. Se precisar falar ao telefone, utilize um aparelho sem fio ou celular.
O carro é um bom abrigo anti-raios, pois a borracha dos pneus não conduz eletricidade.
Mito. O carro é um bom abrigo em caso de tempestade, mas esse não é o motivo. O carro é seguro, pois sua estrutura metálica funciona como uma gaiola de Faraday. Caso atingido por uma descarga elétrica, protege tudo que está em seu interior, porque conduz a corrente pelo exterior e a descarrega no solo.
Os objetos atingidos por raios são sempre os mais altos.
Mito. Objetos altos têm maior probabilidade de ser atingidos. Mas um raio pode atingir o solo ao lado de uma grande árvore e isso não pode ser previsto.
Pode-se calcular a distância de um raio pelo tempo que leva para o trovão soar.
Verdade. A velocidade do som é de cerca de 350 metros por segundo, ou um quilômetro a cada três segundos. Sendo assim, a partir do momento em que se vê o relâmpago de um raio, podemos contar o tempo que levamos para escutar o som do trovão. Se ele leva 10 segundos para ser ouvido, o raio estará a cerca de 3km de distância.
Um raio pode atingir uma pessoa em um local fechado.
Verdade. Você pode ser atingido pela descarga elétrica de um raio mesmo estando em um local fechado. Isso acontece porque, se um raio atingir a linha de telefones enquanto você estiver segurando um aparelho com fio, também receberá a descarga. O melhor a fazer nesses casos é utilizar um telefone sem fio ou um celular.
Você também pode ser atingido por um raio que caiu do lado de fora de sua residência caso estiver tomando banho de banheira ou chuveiro elétrico. Se a tubulação de água for metálica, ela pode conduzir a descarga elétrica até você. Recomenda-se também que se desliguem todos os aparelhos elétricos e eletrônicos durante tempestades, pois podem ser um meio de acesso à descarga elétrica dos raios.
Barracas e árvores são bons abrigos durante uma tempestade.
Mito. Se você estiver ao ar livre durante uma tempestade, nunca fique dentro de barracas ou embaixo de árvores isoladas. As barracas possuem hastes metálicas e, assim como as árvores, atraem as descargas elétricas.
RAIOS
 
Raio é uma descarga elétrica de grande intensidade que ocorre na atmosfera, entre regiões eletricamente carregadas, e pode dar-se tanto no interior de uma nuvem, como entre nuvens ou entre nuvem e terra. O raio vem sempre acompanhado do relâmpago (intensa emissão de radiação eletromagnética também visível), e dotrovão (som estrondoso), além de outros fenômenos associados. Embora sejam mais frequentes intra-nuvens einter-nuvens, as descargas diretamente no solo, a transferirem elétrons de nuvem para a terra (ou o contrário, conforme as polarizações mútuas) são objeto de maior interesse prático para o homem. A maior parte ocorre nazona tropical do planeta e principalmente sobre as terras emersas, associados a fenômenos convectivos, dos quais, quando é intensa a atividade elétrica, resultam as trovoadas.
Consideram algumas teorias científicas que essas descargas elétricas possam ter sido fundamentais no surgimento da vida, além de auxiliar na sua manutenção. Na história humana, foi possivelmente a primeira fonte de fogo, fundamental no processo da evolução. Desta forma, os raios despertaram fascínio, sendo incorporado em inúmeras lendas e mitos representando o poder dos deuses. Pesquisas científicas posteriores revelaram sua natureza elétrica e, desde então, as descargas têm sido alvo constante de monitoramento, por sua associação com sistemas de tempestades.
Em razão da grande intensidade (tensões e correntes elétricas), raios sempre são perigosos. Assim, edificações em geral, bem como os sistemas de transmissão de energia necessitam de sistemas de proteção, que incluem ospara-raios. Todavia, mesmo com as proteções (nem sempre são projetadas ou construídas corretamente), os raios ainda deixam milhares de mortos e feridos por todo o mundo.
Como fenômenos de alta energia, os raios manifestam-se usualmente como um trajeto extremamente luminoso que percorre longas distâncias, às vezes com ramificações. Contudo, existem formas exóticas, como o raio globular, cuja natureza se desconhece, existindo somente relatos deste fenômeno. A grande variação do campo elétrico das descargas na troposfera pode dar origem a eventos luminosos transientes na alta atmosfera. Raios também são originados em outros eventos, como erupções vulcânicas, explosões nucleares e tempestades de areia. Utilizam-seainda métodos artificiais para criar descargas atmosféricas com finalidade científica. Em outros planetas do Sistema Solar também ocorrem raios, especialmente em Júpiter e Saturno.
É provável que os raios estivessem presentes na Terra bem antes do surgimento dos primeiros seres vivos, há mais de três bilhões de anos.[nota 1] Além disso, os raios provavelmente foram fundamentais para a formação das primeiras moléculas orgânicas, essenciais para o surgimento das primeiras formas de vida.[1] Desde o início da história escrita, os raios foram motivo de fascinação para o ser humano. O fogo que produziam quando atingiam a terra era utilizado para se aquecer durante a noite, além de manter os animais selvagens afastados. Por isso, o homem primitivo procurava respostas para explicar esse incrível fenômeno, criando superstições e mitos que foram incorporados às primeiras religiões
RELÂMPAGOS
O relâmpago, também referido como corisco, lôstrego ourelampo, é a emissão intensa de radiação electromagnética resultante de uma descarga electrostática naatmosfera (o raio) produzida por uma grande diferença de potencial elétrico entre porções de matéria (nuvem-nuvem ou solo-nuvem). A descarga provoca uma corrente eléctrica de grande intensidade que ioniza o ar ao longo do seu percurso, criando um plasma sobreaquecido que emite radiação electromagnética, parte da qual sob a forma de luz no espectro visível (o relâmpago propriamente dito).[2] O relâmpago é percebido pelo olho humano como um repentino clarão de intensa luminosidade, frequentemente com acentuada cintilação, que precede ou acompanha o trovão,[3] embora durante a noite o relâmpago possa ser visto sem ser acompanhado pelo trovão (fenómeno conhecido por "gelação") e durante o dia o trovão possa ser ouvido sem que o relâmpago seja percebido.
 
A origem do relâmpago e do trovão foi objecto de muita especulação e investigação ao longo dos séculos, originando múltiplas explicações de cariz religioso, mitológico e científico. Nas culturas de matriz europeia, a primeira explicação de cunho científico que se conhece foi escrita pelo filósofo grego Aristóteles, no século III a.C., atribuindo o ruído à colisão entre nuvens e o relâmpago ao incêndio de uma exalação ejectada pelas nuvens.[4] Subsequentemente, foram sendo produzidas diversas teorias com variantes à explicação aristotélica, que, com cambiantes vários, foram generalizadamente aceites até ao século XIX.
Após as experiências de Benjamin Franklin e de Louis Guillaume Lemonnier[5] terem demonstrado a natureza eléctrica das trovoadas, conjugado com o conhecimento entretanto adquirido sobre as leis dos gases, por meados do século XIX ganhou aceitação a teoria de que o raio produzia um vácuo cujo preenchimento súbito pelo ar circundante provocava a explosão que originava o trovão. Teorias alternativas atribuíam o relâmpago e o trovão a uma explosão de vapor por sobreaquecimento da humidade do ar provocado pela passagem da corrente eléctrica ou à detonação de compostos químicos voláteis criados pela passagem da electricidade através do ar[6] Os desenvolvimentos no conhecimento dos plasmas, dos mecanismos de ionização e doelectromagnetismo permitiram demonstrar que o relâmpago resulta da emissão de radiação electromagnética, incluindo luz visível, quando o plasma gerado no canal de propagação do raio é atravessado pela intensa corrente eléctrica da descarga.[7]
O mecanismo atrás descrito é consequência de numa trovoada se gerarem descargas electrostáticas que restabelecem o equilíbrio de potencial eléctrico entre áreas das nuvens e do solo com cargas eléctricasopostas. O ar, que em geral funciona como isolador eléctrico, quando a tensão eléctrica gerada pelo campo electrostático excede a sua tensão de ruptura dieléctrica ioniza-se e torna-se condutor, permitindo o início da descarga, a qual, em resultado da enorme corrente gerada e da grande resistência eléctrica do ar, aquece rapidamente o pequeno canal condutor criado, transformando o ar nele contido num plasma que se expande a velocidade supersónica. É a luz emitida por este plasma que produz o relâmpago e cujo brilho torna visível o canal ionizado como o "raio".
A temperatura medida por análise espectral no interior do canal do raio, que em geral tem apenas 2 – 5 cm de diâmetro, varia de forma típica durante os cerca de 50 μs em que o ar se mantém completamente ionizado, subindo rapidamente de cerca de 20 000 K para cerca de 30 000 K, descendo então gradualmente até cerca de 10 000 K, desvanecendo-se de seguida. O valor médio da temperatura do plasma formado é de aproximadamente 20 400 K (cerca de 20 100 °C),[8] quase quatro vezes superior ao valor médio de 5 502 °C registados na superfície do Sol.[9] A emissão de luz ocorre ao longo de uma estrutura de uma configuração grosseiramente cilíndrica, tendo como eixo o canal ionizado, o qual em média tem 5 – 6,5 km de comprimento.[2]
Aos efeitos de natureza termodinâmica há que juntar os efeitos de origem electrodinâmica, nomeadamente da constrição axial (ou z-pinch), que resultam da acção electromagnética da enorme corrente eléctrica que percorre o plasma durante a formação do raio[10]
Estima-se que em média apenas cerca de 9% da energia dissipada na descarga é transformada em radiação electromagnética, sendo o restante dissipado comocalor (90%) e como como ondas de pressão (1%), dando origem ao trovão.[2] Dada a presença de fortes componentes sob a forma de ondas de rádio e deradiação ionizante, a parte visível do espectro corresponde a uma percentagem diminuta do total da energia dissipada.
TROVÕES
O trovão é o som gerado pela onda de choque provocada pelo aquecimento e subsequente expansão supersónica do ar atravessado por uma descarga eléctrica (o raio) produzida por uma trovoada. A descarga provoca uma corrente eléctrica de grande intensidadeque ioniza o ar ao longo do seu percurso, criando um plasma sobreaquecido que emite luz (orelâmpago) e se expande rapidamente, gerando uma onda de choque sónica. Ao propagar-se pelaatmosfera, as ondas sonoras geradas interagem com as diferentes camadas de ar, a topografia, os edifícios e outros obstáculos capazes de produzir ecos e fenómenos difracção e refracção do som, o que origina as características reverberações do ribombar do trovão, prolongando o som no tempo e modelando a sua intensidade e frequência. Dependendo do tipo de descarga, da distância ao observador e da topografia do terreno circundante, o trovão pode soar como um simples estouro, de muito curta duração, ou ser constituído por múltiplos ecos de intensidade e frequência variáveis, em geral na gama de frequências dos 20 –  120 Hz, num ribombar que se prolonga por vários segundos. Nas proximidades da descarga o nível sonoro do trovão excede os 120 dB(A), gerando sobre pressões de até 10 vezes a pressão atmosférica normal.
Após as experiências de Benjamin Franklin e de Louis Guillaume Lemonnier[3] terem demonstrado a natureza eléctrica das trovoadas e com o conhecimento das leis dos gases, por meados do século XIX ganhou aceitação a teoria de que o raio produzia um vácuo cujo preenchimento súbito pelo ar circundante provocava aexplosão que originava o trovão. Teorias alternativas atribuíam o trovão a uma explosão de vapor por sobreaquecimento da humidade do ar provocado pela passagem da corrente eléctrica ou à detonação de compostos químicos voláteis criados pela passagem da eletricidade através do ar[4] Os desenvolvimentos no conhecimento dos plasmas, dos mecanismos de ionização e da propagação de ondas de choque com origem supersónica levaram a que desde os inícios do século XX seja consensual que o trovão tem origem na propagação de uma onda de choque através do ar em consequência da violenta expansão térmica do plasma gerado no canal de propagação do raio.[5]
O mecanismo atrás descrito é consequência de no decurso de uma trovoada se gerarem descargas electrostáticas que restabelecem o equilíbrio de potencial eléctrico entre áreas das nuvens e do solo com cargas eléctricas opostas.O ar, que em geral funciona como isolador eléctrico, quando a tensão eléctrica gerada pelo campo electrostático excede a sua tensão de ruptura dieléctrica ioniza-se e torna-se condutor, permitindo o início da descarga a qual, em resultado da enorme corrente gerada e da grande resistência eléctrica do ar, aquece rapidamente o pequeno canal condutor criado, transformando o ar nele contido numplasma que se expande a velocidade supersónica. É a luz emitida por este plasma que produz o relâmpago e cujo brilho ao longo do canal ionizado o torna visível como o "raio". O consequente rápido aumento da pressão e temperatura fazem expandir violentamente o ar envolvente ao raio a velocidades superiores às do som, gerando-se uma onda de choque. O ribombar posterior do trovão é produzido pelo eco da onda de choque nas altas camadas da atmosfera e na topografia envolvente e pelos fenómenos de difracção produzidos pelos edifícios e outros obstáculos e pela refracção em camadas da atmosfera com temperaturas e pressões distintas que interferem com a velocidade de propagação do som.
O QUE E BLINDAGEM ELETROSTATICA, E COMO ELA E UTILIZADA COMO SISTEMA DE PROTEÇAO
Quando um corpo condutor de eletricidade é eletrizado por meio de algum dos processos de eletrização, as cargas elétricas são distribuídas uniformemente em sua superfície. Isso acontece porque as cargas elétricas tendem a afastar-se, de acordo com o princípio da repulsão entre cargas de mesmo sinal, até atingirem uma condição de repouso, o equilíbrio eletrostático.
Uma das propriedades de um condutor em equilíbrio eletrostático é que o campo elétrico em seu interior é nulo justamente pela sua distribuição de carga. Esse fenômeno é conhecido como blindagem eletrostática.
A blindagem eletrostática foi comprovada, em 1936, por Michael Faraday (1821-1867) através de um experimento que ficou conhecido como a gaiola de Faraday. Nesse experimento, esse estudioso entrou dentro de uma gaiola e sentou-se em uma cadeira feita de material isolante. Em seguida, essa gaiola foi conectada a uma fonte de eletricidade e submetida a uma descarga elétrica, porém nada aconteceu com ele. Com isso, Faraday conseguiu provar que um corpo no interior de um condutor fica isolado e não recebe descargas elétricas em virtude da distribuição de cargas na superfície.
Observe na figura a seguir um experimento semelhante ao de Faraday, mas, nesse caso, a roupa metálica é que faz a blindagem eletrostática e impede que a pessoa receba uma descarga elétrica.
A roupa metálica impede que a pessoa da figura receba uma descarga elétrica
Esse fenômeno é muito utilizado para proteger equipamentos que não podem ser submetidos a influências elétricas externas, como é o caso de aparelhos eletrônicos. Se esses aparelhos forem submetidos a um campo elétrico externo, os seus componentes poderão ser danificados. Além disso, é também graças à blindagem eletrostática que, se um carro ou um avião for atingido por um raio, as pessoas em seu interior não sofrerão nenhum dano, pois a estrutura metálica faz a blindagem eletrostática de seu interior.
Escolha cinco exercícios sobre potencial elétrico, trabalho elétrico, e campo elétrico que não esteja no seu livro didático.
Em um campo elétrico com carga elétrica puntiforme igual a 4μC, a mesma é transportada de um ponto P até um ponto muito distante, tendo as forças elétricas realizado um trabalho de 8 J. Determine:
a) a energia potencial elétrica de q em P.
b) o potencial elétrico do ponto P.
No campo elétrico criado por uma carga Q puntiforme de 4.10-6, determine:
a) o potencial elétrico situado a 1m da carga Q.
b) a energia potencial elétrica adquirida por uma carga elétrica puntiforme, cujo valor é 2 .10-10, quando colocada no ponto P. O meio é o vácuo (k = 9 .10  N.m²/C²)
Uma carga pontual Q, cria no vácuo, a uma distância r, um potencial de 200 volts e um campo elétrico de intensidade igual a 600 N/C. Quais os valores de r e Q? (Dado k = 9 .109  N.m²/C²).
Verifica-se que em pontos da atmosfera, próximos à superfície da Terra, existe um campo elétrico de aproximadamente 100 N/C, dirigido verticalmente para baixo. Sabendo-se que este campo é devido uma carga elétrica existente na Terra, responda: 
Qual o sinal desta carga?
R: Como o campo elétrico está dirigido verticalmente para baixo a carga elétrica é negativa.
Leia as afirmativas abaixo e julgue-as quanto a (C) certas ou (E) erradas e, em seguida, marque a alternativa correta.
I – O campo elétrico gerado numa região do espaço depende exclusivamente da carga fonte e do meio.
II – Em torno de uma carga sempre haverá um campo elétrico.
III – Se o campo elétrico de uma região não variar com o decorrer do tempo, ele será chamado de campo eletrostático.
a) CEC
b) CCE
c) EEC
d) EEE
e) CCC
R: e) CCC
O campo elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, tem intensidade igual a 9.10-1 N/C. Calcule a que distância d se refere o valor desse campo. 
(dados: Q = -4 pC e ko = 9.109 unidades SI).
a) 0,02 m 
b) 0,2 m 
c) 0,4 m 
d) 0,6 m 
e) 0,002 m
R: b) 0,2 m 
A intensidade do campo elétrico, num ponto situado a 3,0 mm de uma carga elétrica puntiforme Q = 2,7 µC no vácuo (ko = 9.109 N.m2/C2) é:
a) 2,7 . 103 N/C
b) 8,1 . 103 N/C
c) 2,7 . 106 N/C
d) 8,1 . 106 N/C
e) 2,7 . 109 N/C
R: e) 2,7 . 109 N/C