EXPERIMENTAL DE ONDAS ELETROMAGNETICAS - (Gaiola de Faraday)

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ATIVIDADE REFLEXIVA IV - RIV
Para aprofundar a compreensão sobre as ondas eletromagnéticas, propomos que seja realizada uma atividade experimental simples, que permite utilizar o modelo de propagação das ondas eletromagnéticas e entender o princípio básico do funcionamento de uma série de aparelhos eletrônicos.
Para que os alunos aprofundem o estudo deste tema, deve ser realizada uma pesquisa sobre o espectro eletromagnético, associando-o aos diferentes aparelhos eletrônicos (SEE, 2009).
 Objetivos
Nesta situação de aprendizagem proposta para este tema, enfatizam-se as seguintes ações do aluno:
• Caracterizar ondas eletromagnéticas;
• Compreender aspectos fenomenológicos envolvidos;
• Associar as características ondulatórias da luz para estabelecer e compreender o espectro eletromagnético;
• Descrever as interações entre os aparelhos de comunicação;
• Produção de textos envolvidos. Entre os tipos de produção solicitados aos estudantes, deve estar a elaboração de relatórios-síntese;
• Realização de pesquisas, exposição oral e participação em discussões, entre outras.
Contextualização
Ainda que extensamente presente no cotidiano, a imensa maioria dos alunos não compreende como uma onda eletromagnética é produzida, tampouco sabe como as informações são transmitidas e captadas pelos aparelhos eletrônicos que os cercam.
Assim, o objetivo desta Situação de Aprendizagem é fazer os alunos perceberem e interpretarem, por meio de fenômenos eletromagnéticos, a propagação de “algo” entre dois dispositivos (SEE, 2009).
Vimos que uma onda eletromagnética sai de um Sistema (bateria) e chega a outro de alguma forma.
Podemos interferir nessa transmissão, bloqueando? Isso é possível?
Para responder a essas e a outras perguntas, você deverá realizar o experimento descrito a seguir.
Materiais
• 2 telefones celulares;
• Papel alumínio (pode ser um marmitex);
• 1 rádio de pilha.
Execução do procedimento e observações experimentais
1. Primeiramente, usando um celular que está sem embrulho, ligue para o celular que está embrulhado na folha de papel alumínio. Após verificar que o celular embrulhado está chamando, desligue e embrulhe-o com o papel alumínio.
2. Após ficar bem embrulhado com o papel alumínio, faça novamente o procedimento com o segundo celular - uma ligação para o celular embrulhado no papel alumínio. 
OBSERVAÇOES E REFLEXOES:
Observou-se que, pelo celular desembrulhado, que a mensagem encaminhada pela operadora é de que o celular chamado está fora de serviço, isto é, fora de área de cobertura.
2. Em seguida, enrole no papel alumínio o celular de seu amigo e ligue novamente para ele. Nesta situação, não se ouve mais o som de ligação. O que você acha que aconteceu? Levante hipóteses;
Sabemos que a comunicação entre os celulares se dá por ondas eletromagnéticas, portanto, ao ligarmos um celular, ele funcionará como transmissor e receptor de ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas se propagam através de um campo elétrico variável, portanto, em sua propagação é gerado um campo magnético também variável. Quando embrulhado na folha de papel, o celular continua recebendo as ondas eletromagnéticas como se não estivesse embrulhado, pois o papel não é condutor de eletricidade.O celular perde o sinal quando está enrolado no papel alumínio porque no interior do papel alumínio o equilíbrio eletrostático é nulo e também porque o papel serve como uma blindagem eletrostática, protegendo o celular de qualquer ação de forças externas. Sendo assim, toda onda eletromagnética que chega até o celular fica distribuída na superfície do papel alumínio.
3. Agora, sintonize uma estação no Rádio, cubra-o com papel alumínio e responda o que aconteceu. Você viu que tanto o celular quanto o rádio "não funcionam" quando embrulhados no papel alumínio? Os dois aparelhos são idênticos? Quais são suas semelhanças e suas diferenças?;
Nesta simulação da Gaiola de Faraday, ao sintonizar em uma estação de rádio sem ruídos, percebemos uma boa intensidade, constante e presente. Em seguida, ao envolver o pequeno rádio com o papel alumínio, notamos que o sinal vai ficando mais fraco, gradualmente. Em alguns momentos, inclusive, caso bem vedado, o som passa a ser apenas de ruídos. As ondas de frequência externas diminuem. Impedem, então, que o rádio seja abastecido e assim funcione. 
Explicação do fenômeno eletromagnético: Gaiola de Faraday 
A gaiola de Faraday tem por objetivo impedir entrada de campo eletro-magnético no interior de uma dada superfície. Dessa forma, as estruturas condutoras internas ficariam livres das cargas externas. Um dado campo elétrico, ao ser aplicado sobre uma superfície, faz com que esta produza cargas opostas ao campo elétrico;
As ondas eletromagneticas opostas produzidas de forma opostas acabam criando uma barreira que impede a reprodução do radio e a ligação do celular. Depois disso, observou-se que ao desenrolar o rádio, o efeito da Gaiola de Faraday cancelará. O rádio voltará e o celular, então, a funcionar perfeitamente.
Como funciona a gaiola de Faraday:
Ilustração da blindagem eletrostática
4. Em quais situações do dia a dia você observa fenômenos semelhantes a esses?
O micro-ondas é um exemplo, porém sua blindagem ocorre com as ondas eletromagnéticas, o seu interior é como uma gaiola de Faraday, pois não deixa escapar micro-ondas (um tipo de ondas eletromagnéticas) para o ambiente. O carro também é um bom exemplo de gaiola de Faraday, por isso, quando começar uma tempestade e você estiver dentro de um carro, não se preocupe em sair dele, fique calmo e espere a chuva passar. Pois se ocorrer uma descarga elétrica você não se machucará.
5. Para sistematizar o que foi aprendido, redija um pequeno texto explicando como ocorrem a produção e a captação de ondas eletromagnéticas no seguinte caso:
Na transmissão de uma música, entre a estação de rádio e seu aparelho podemos dizer que ondas eletromagnéticas são geradas inicialmente pelo movimento de cargas elétricas. Sabemos que cargas elétricas criam um campo elétrico à sua volta, ou seja, criam uma região de perturbação nas propriedades do espaço. Da mesma maneira, uma corrente elétrica gera uma perturbação no espaço em forma de campo magnético. Uma carga elétrica vibrante produz constantemente uma perturbação no espaço. Essa perturbação constante cria no espaço campos elétricos e magnéticos que oscilam com a mesma frequência de vibração da carga: são perturbações autossustentáveis do campo elétrico e do campo magnético que variam no tempo e no espaço. Em geral, sempre que houver cargas elétricas aceleradas, haverá a produção de ondas eletromagnéticas.
6. Além disso, explique, com suas palavras, o que ocorre quando se bloqueia a recepção de uma onda eletromagnética.
A “gaiola de Faraday” é uma blindagem ELETROSTÁTICA, isto é, campos eletrostáticos que tenham origem fora da gaiola são anulados por efeito das cargas induzidas na gaiola. Ondas eletromagnéticas podem penetrar na gaiola sofrendo mais ou menos atenuação, dependendo de muitos fatores: frequência das ondas, espessura das paredes da gaiola, condutividade elétrica das paredes.
De uma forma, mais simplificada um determinado condutor, quando carregado, tende a espalhar suas cargas uniformemente por toda a sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, por exemplo, as cargas irão se espalhar pela superfície externa, pois a repulsão entre as cargas fazem com que elas se mantenham o mais longe possível umas das outras. Os efeitos de campo elétrico criados no interior do condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico nulo. O mesmo acontece quando o condutor não está carregado, mas está em uma região que possui um campo elétrico causado por um agente externo. Seu interior fica livre da ação desse campo externo, fica blindado. Esse efeito é conhecido como blindagem eletrostática.