Fisica - C. Gerthsen , Kneser , H. Vogel
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Edição Fundação Calouste Gulbenkian


Capitulo 6 . Electricidade - pg 271

A electrodinamica é juntamente com a mecânica, o segundo pilar independente da Fisica Classica.


Electroestática

. Cargas electricas:
- existem dois tipos de carga, carga positiva e carga negativa, uma vez que se podem neutralizar mutuamente
- a carga conserva-se sempre num sistema fechado. Quando se produzem ou destroem particulas dotadas de carga, isso acontece sempre em igual número em ambos os sinais. A conservação da carga é mais rigorosa do que a conservação da massa, já que, a massa de uma particula depende do estado de movimento do observador, mas a sua carga não.
- em valor absoluto, as cargas do electrão e do protão são exactamente iguais. ( 10 elevado a -20 ) Mas ninguém ainda sabe explicar o porquê desta quantificação tão exacta.
- cargas do mesmo sinal repelem-se e as de sinal contrário atraem-se
- a força entre duas cargas pontuais tem como direcção a linha que as une entre si, já que o espaço é isótropo, ou seja, não privilegia nenhuma direcção.
- se o fotão tivesse massa em repouso, a velocidade da luz no vácuo dependeria da frequencia


. Campo eléctrico:
- existem regiões no espaço nas quais corpos dotados de carga electrica sofrem a acção de forças que não podem classificar-se nem como forças de curto alcance (choque, atrito) nem como forças de inércia ou gravitacionais
- estas forças podem ser do tipo :
. as que se manifestam mesmo quando o corpo está em repouso, são as forças electricas ou coulombianas, e dizemos que na região do espaço onde elas se manifestam existe um campo eléctrico
. as que apenas se manifestam quando o corpo está em movimento, sendo elas proporcionais ao movimento do corpo mas perpendiculares à sua direcção, chamamos-lhes forças de Lorentz e dizemos que existe um campo magnético na região onde elas se manifestam
- os campos electricos geram-se na vizinhança de cargas

. Tensão e Potencial
- sem a preposição 'entre' , a palavra tensão não tem qualquer significado
- sem a preposição 'através de', a palavra corrente não tem qualquer significado
- tensão é diferença de potencial

. Correntes Contínuas
- Na vida diária aplicam-se continuamente tensões a condutores com a consequencia das cargas se movimentarem, acontecendo um fluxo de correntes, contradizendo o repouso e o equilibrio que os principios da electroestática postrula.
As correntes são mantidas através de fontes de energia exteriores, sem as quais, o condutor retomaria o tal potencial constante.
- A unidade de intensidade de corrente que percorre um condutor é o Ampere, e esta corrente só pode ser constante no tempo, assim uma corrente continua, se a tensão for constante entre as extremidades do condutor
- As regras de fundamentais para análise de qualquer circuito são: em cada ponto de ramificação num circuito, tanta carga tem de afluir como defluir, a soma de todas as correntes em cada uma das ramificações que desembocam nas ramificações tem que ser nula.

. Lei de Ohm
- verifica-se haver uma proporcionalidade entre a corrente que flui por um condutor e a tensão aplicada. A este factor de proporcionalidade chama-se condutãncia do condutor e o seu inverso designa-se resistencia.
- corrente (I) = tensão aplicada (U) /sobre/ resistencia (R)
- Condutores como gases (lampadas de arco, fluorescentes,etc) não respeitam a Lei de Ohm bem como por exemplo no vácuo.

. Condutividade eléctrica
- a condutividade de um matrial condutor óhmico depende de influencias diversas a que o material está sugeito, principalmente a temperatura, a intensidade da luz, o campo magnético e a pressão.
- o efeito fotoelectrico interno acontece nos semicondutores onde se podem gerar portadores de carga moveis por meio de energia luminosa. Os condutores fotoelectricos, fotocondutores, aumentam a sua condutividade quando irradiadas com luz de frequencia apropriada.
- os diodos luminosos emitem luz quando se faz passar por eles uma corrente electrica. No caso dos diodos fotoemissores LEDS, são injectados electrões no cristal em simultaneo com lacunas, espaços vazios, e assim os dois portadores aniquilam-se mutuamente, aos pares, sendo a energia da aniquilação emitida na forma de radiação luminosa
- boa condutividade electrica é acompanhada com frequencia de boa condutividade térmica


Capitulo 7 . Electrodinâmica - pg 329

. Corrente alternada
- toda a produção industrial pesada de energia electrica assenta na indução
- consegue-se através de um gerador que gera 3 tensões alternadas desfasadas no tempo em 1/3 do periodo
- há diferentes tipos de ligação mas gera-se sempre uma tenção de 380 V, no caso europeu
- o fornecimento de corrente trifásica foi introduzido na maioria dos paises industrializados por oferecer as seguintes vantagens: o menor dispendio de material para as linhas adutoras já que com quatro cabos, entre os quais o neutro pode ser quase inexistente, transporta-se tanta potencia como com os seis cabos para très tensões alternadas em separado; a possibilidade de escolha entre os 220 V e os 380 V sendo feita uma ligação em estrela no gerador; conta aindao facto dos geradors e motores de corrente alternada serem simples baratos e robustos


Capitulo 8 . Electrões livres e iões - pg 419

Muito dominam a nossa vida quotidiana os electrões que funcionam em vácuo ou em semi-condutores. Brilham nas lampadas fluorescentes, aquecem nos aparelhos de micro-ondas, entretêm-nos na rádio e televisão, ajudam-nos a pensar nos computadores. São particulas carregadas em gases e no vácuo.

. Efeito Fotoeléctrico - fotoefeito
- em 1888, W. Hallwachs irradiou com luz ultraviloeta placas metálicas carregadas negativamente e verificou que esta carga desaparecia gradativamente. Mantinha-se uma carga positiva.
De um modo geral, radiação luminosa de comprimento de onda suficientemente curto promove, nas superficies metálicas, a libertação de electrões, portadores de cargas negativas.
Concluiu que os electrões são tanto mais energéticos quanto maior for a energia da luz que os liberta.
A energia da radiação está concentrada em porções - fotões. A intensidade da luz utilizada na libertação dos electrões não tem qualquer influencia na sua energia, ela determina apenas o seu número por unidade de àrea (m^2) e unidade de tempo (s).
- As fotocélulas são utilizadas para medir a absorção da luz incidente. As células fotoelectricas podem funcionar no vácuo ou em meios cheios de gás

. Descargas nos gases
- os gases só conduzem quando contém portadores de carga, iões ou electrões, e estes produzidos por aquecimento ou por radiação de elevada energia.
A descarga torna-se autónoma quando os portadores de carga promovem a sua própria substituição, através da ionização por choque como acontece com as lâmpadas fluorescentes, lâmpadas espectrais, lâmpadas de materiais fosforescente e lâmpadas de alta pressão.

- lâmpadas de descarga nos gases - a lâmpada de desdarga nos gases mais importante continua a ser a lâmpada fluorescente que erradamente é muitas vezes chamada de néon, já que o néon dar luz vermelha e ser utilizado em reclames luminosos.
Nas lâmpadas fluorescentes não é o néon mas sim o mercúrio a uma muito baixa pressão que, por choque é excitado para a emissão de radiação luminosa. Os àtomos de mercúrio emitem então preponderantemente radiação ultravioleta UV (254 nm), luz invisível que danificaria o olho humano em poucos minutos, que mata batérias (lampada de esterilização), que bronzeia e queima a pele como um sol artificial. Nestas lâmpadas é ainda emitida uma risca violeta, uma risca azul e uma risca verde para além da UV. Quando a camada fluorescente da parede interior está defeituosa vê-se a luz directa num azul pálido - CUIDADO!
A lâmpada fluorescente transforma quase metade da energia eléctrica em luz visivel. A outra metade da energia do fotão fica no material fluorescente aquecendo-o, mas esta é a unica perda de energia destas lâmpadas. Nada comparado com os cerca de 10% de rendimento das vulgares lâmpadas de incandescentes.


Capitulo 9. Òptica geométrica pg 453

. Reflexão e Refracção
- raios luminosos - os gregos discutiam se a sede do pensamento seria o diafragma ao mesmo tempo que averiguavam se os nossos olhos captavam a luz que saia das coisas (Empédocles) ou se estes emitiam raios de luz que apalpal os objectos (Aristoteles,, Platão, Euclides). No ano 1000, o grande médico oftalmologista àrabe Alhazen, deixou claro que as coisas visiveis emitem luz, propria ou reflectida.
Pare ser conseguido um feixe estreito de luz, há que colimar os raios que se dirigem em todas as direcções.
Quando o ponto luminoso se encontra muito distante a onda de propagação transforma-se em onda plana e o feixe de raios luminosos torna-se paralelo.
O raio luminoso não é perturbável por outros raios que com ele se cruzem. ( p.ex. se não a máquina fotográfica não obteria imagens nitidas )

Definição de - IMAGEM - em geral uma imagem é o lugar geométrico dos pontos onde os próprios raios do feixe (imagem real) ou os seus prolongamentos se cruzam (imagem virtual)
- Reflexão - um feixe de raios luminosos é total ou parcialmente reflectido na superficie limitrofe de dois meios. O espelho plano, sendo o unico instrumento optico que reflecte perfeitamente todo o espaço, isto é, nitidamente e sem deformação em todos os pontos e sem ampliação, será o limite deste facto optico.
No caso de um feixe paralelo que embate um espelho concavo, este é levado a convergir a meio da distancia entre o espelho e o seu centro. Este ponto de convergência é um foco do espelho, já que este tem infinitos focos, um para cada direcção do feixe.
- Refracção - se um raio luminoso proveniente do vácuo fazendo um determinado angulo de incidencia com a normal, incidir na superficie de um meio, uma parte é reflectida e o resto entra no meio mudando de direcção. Para luz de cada còr - comprimento de onda - o seu indice de refracção é uma constante fisica. O indice de refracção de uma onda assenta nas diferentes velocidades com que a onda se propaga nos dois meios, revelando assim a diferença da velocidade da luz num meio e a velocidade da mesma luz no vácuo.
Comparativamente, de duas substancias diz-se que é opticamente mais densa, a que tiver maior indice de refracção.
- Reflexão total - na transição de um meio optico mais denso para um meio òptico menos denso o raio luminoso afasta-se da normal e tanto mais quanto for o angulo de incidencia, atingindo-se uma situação em que a luz sai rasante, isto é, paralela à superficie. quando se ultrapassa este angulo limite já não é possivel a passagem do raio luminoso sendo a luz reflectida a luz a 100%.

A fibra òptica enquanto condutor de luz obriga a que a disposição original dos raios parciais se perca por completo dada a multipla reflexão que acontece no seu interior. Só se permite a propagação dos feixes que vão no sentido da fibra, daí que um feixe entrando por uma superficie e saindo pela oposta, o faça um pouco enfraquecida pela absorção que vai acontecendo. Para que uma imagem seja possivel de ser transportada será necessário que a disposição das fibras no feixe seja igual à entrada e à saida.
( Num feixe de raios laser, com a sua enorme frequencia portadora, podem modular-se simultaneamente tantas conversas telefónicas quantos seres humanos existentes )
- prismas - o indice de refracção de uma substancia é diferente para luz de diferentes comprimentos de onda, o que se designa por dispersão. a função de espectrómetro separando nitidamente as cores segundo comprimentos de onda acontece apenas quando ao prisma chega uma luz de uma direcção bem definida e de uma fenda estreita.

. Instrumentos de óptica
- refracção em superficies esféricas - as aberrações cromáticas acontecem como defeitos das lentes devido à refracção do vidro, sendo que o foco para a luz azul mais intensamente refractada fica mais perto da lente do que para o foco da luz vermelha. Com um conjunto de lentes mais complicado, e combinando com a lente convergente outra divergente, pode suprimir-se a dispersão cromática. Estas lentes dizem-se então acromáticas.
- o olho - responsáveis pela centragem das superficies que produzem a imagem, a córnea e o cristalino, são mais limitados do que em qualquer camara fotográfica barata, sendo que os defeitos de optica estão insuficientemente corrigidos. Acontece que esta limitação é compensada por requintados mecanismos de regulação e pela constante disponibilidade da camada sensivel à luz para ser impressionada, adaptando automaticamente a sua sensibilidade, sucessivamente.
A contribuição principal para o poder refringente acontece na córnea. Na focagem para um ponto proximo o cristalino está o mais esférico possivel e o inverso para um ponto de focagem afastado, ou seja, o cristalino o mais achatado possivel.
O processo de acomodação é reforçado pela regulação da distancia de focagem, sustentada pela acção diafragmática da iris, que regula a abertura da pupila entre 1 e 8 mm.
O processo de adaptação acontece também na iris que muito rápidamente (duas potencias de 10) ao regular o fluxo de luz passante. Este processo acontece principalmente na retina que na adaptação à luz empurra para a frente os cones, sensiveis à côr, e na adaptação ao escuro empurra para a frente os bastonetes. Ambos podem regular a sua sensibilidade num intervalo muito largo por meio do equilibrio redox do tecido visual. Desta forma vários bastonetes podem unir-se uns aos outros de modo a que a sua excitação conjunta ultrapasse o valor limiar, saindo naturalmente prejudicada a resolução da percepção visual.
A formação de uma imagem nitida sobre a retina é afectada pelo facto de, sobre as células sensiveis à luz, por razões fisiológicas, se encontrarem ainda outras camadas de células. Apenas na parte central, na fóvea, estas camadas estão deslocadas, onde os cones tem a sua densidade máxima e onde a acuidade visual resulta no seu máximo, partindo de cada cone precisamente um filamento nervoso.
O poder refringente do olho pode medir-se objectivamente enquanto que a acuidade visual não, visto depender esta de factores extrafisicos. A acuidade visual define-se como o inverso do angulo (em minutos) sob o qual um objecto pode ainda ser ainda nitidamente reconhecido. Este valor varia À medida que tem que ser separados no plano de fundo, plnos ou linhas, perceber-se distancias entre pontos ou linhas, ou tenham que ler-se textos.

. Velocidade da Luz
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Capitulo 10 . Òptica ondulatória - pag. 485

. Interferencia e difracção - a natureza ondulatória da luz foi reconhecida muito mais tarde que o som. Primeiro pelo seu muito mais curto comprimento de onda. Sendo assim, o som contorna obstáculos com muita facilidade enquanto a luz só o faz em aberturas infimas.
A falta de coerencia das fontes de luz torna os fenómenos de interferencia muito raros e dificeis de observar. No caso das fontes sonoras, no caso dos instrumentos musicais, em geral pode dizer-se que todas as partes vibram com a mesma frequencia e na mesma fase, o que no caso das fontes luminosas, acontece apenas com o laser.
. coerência - para que duas ou mais fontes luminosas possam produzir fenómenos de interferencia ordenados e estacionários, tem que ser coerentes . As ondas são coerentes quando tiverem a mesma dependencia da amplitude relativamente ao tempo, exceptuando o desfasamento. Em ondas puramente harmónicas isto significa que tem que ter a mesma frequência, as fases podem diferir entre si de um valor constante. Duas fontes luminosas diferentes não apresentam nem por acaso uma oscilação identica, portanto não emitem feixes de ondas coerentes. Feixes de ondas que sejam levados a interferir, em geral tem que provir da mesma fonte luminosa. Mas devido á reflexão, refracção, dispersão ou difracção, estes trens de ondas de auto-interferencia, podem ter percorrido diferentes trajectos luminosos antes de se sobreporem para serem evidentes as diferenças de marcha.

. Lentes de Fresnel - porque será que a luz não dobra a esquina ?

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