Site - Johny Carvalho: Física, Matemática e Telecomunicações

Combustível nuclear: energia para o Brasil
terça-feira, 30.09.2014 14h20min.


O Brasil possui a sétima maior reserva de urânio do mundo, ficando atrás apenas dos Estados Unidos, Canadá, África do Sul, Rússia, Cazaquistão e Austrália, veja a Fig. 1. Nossas reservas são de aproximadamente 309 mil toneladas de \(U_{3}O_{8}\) (octóxido de triurânio).

As jazidas estão localizadas principalmente nos estados da Bahia, do Ceará, do Paraná e das Minas Gerais. Atualmente, apenas 25% do território nacional foi prospectado, assim, esse valor poderá ser elevado facilmente no futuro.

O urânio (símbolo U) é um metal pertencente ao grupo dos actinídeos da tabela periódica, último elemento químico natural e, também, o átomo com núcleo mais pesado encontrado na Terra. Ele possui três isótopos principais: urânio 234 (\({}_{92}U^{234}\)); urânio 235 (\({}_{92}U^{235}\)) e urânio 238 (\({}_{92}U^{238}\)). O isótopo físsil \(_{92}U^{235}\) é o que apresenta particular interesse, pois, com uma pequena quantidade de \(_{92}U^{235}\) é possível obtermos uma grande quantidade de energia. leia [+]

 

Angra 1, mais que energia, a qualificação profissional de brasileiros
domingo, 22.07.2007 09h40min.


As usinas nucleares são classificadas em função do fluido que resfria o reator. Há reatores refrigerado a gás, água fervente, água leve com moderado a grafite, água pressurizada, água pesada, metal líquido etc.

Existem reatores cuja finalidade é apena pesquisa em universidades e institutos de tecnologia. No entanto, existem aqueles que geram energia elétrica em usinas nucleares, são os reatores de potência para uso geral.   leia [+]

 
ELETRICIDADE BÁSICA
 
1 - Introdução
 
1.1 - Origem
 
A palavra "elétrico" é, na verdade, uma palavra derivada do grego e que significa ÂMBAR. O âmbar é um mineral amarelado (translúcido) basicamente composto de resina fossilizada. Na Grécia antiga, por volta de 600 a.C., a palavra "força elétrica" era usada para descrever às misteriosas forças de atração e repulsão demonstradas pelo âmbar, quando atritado com a lã. Eles não compreendiam a natureza fundamental desta força. E portanto, não podiam responder a pergunta, aparentemente simples - o que é eletricidade? Esta pergunta permanece ainda sem resposta. Embora alguém possa definir eletricidade como "a força que move os elétrons", isto seria o mesmo que definir um motor como "aquela força que move o automóvel". Isto é a descrição do feito não da força.

Atualmente, sabemos pouco mais do que sabiam o antigos gregos a cerca da natureza fundamental da eletricidade, mas passos tremendos foram dados no sentido de dominá-la e usá-la. Laboriosas teorias, concernente à natureza e comportamento da eletricidade, forma desenvolvidas e ganharam larga aceitação, em virtude de seus resultados experimentais.

1.2 - Pioneiros
 
No curso da história, vários cientistas descobriram que a eletricidade parece se comportar de maneira constante e previsível em dadas situções, ou quando sujeitas a determinadas condições. Eles observaram e descreveram as características previsíveis da eletricidade e da corrente elétrica, sob a forma de certas regras.
Estas regras recebem comumente o nome de leis.

1600 William Gilbert - cientista inglês (Colchester 1544 - londres 1603)
  O primeiro a estudar sistematicamente a eletricidade e o magnetismo, retomando as observações do filósofo grego Tales de Milieto, verificou que não só âmbar mas também outros materiais, quando atritados, adquiriam a propriedade de atrair outros corpos. Publicou De Magnete.
   
1675 Robert Boyle - físico irlandes (Lismore Castle 1627 - Londres 1691)
  Observa que as forças elétricas podem atuar através do vácuo.
   
1733 Charles François de Cisternay Du Fay - cientista francês (Paris 1698 - id 1739)
  Observou a existencia de duas espécies de eletricidade a vítrea (propriedade semelhante às do vidro atritado com a seda) e a resinosa (propriedade semelhante às do âmbar atritado com a seda). O que mais tarde seria identificado como "positivo" e "negativo".
   
1750 Benjamin Franklin - cientista norte-americano (Bosto 1706 - Filadélfia 1790)
  Organiza as observações Du Fay e cunha os termos positivo e negativo para distinguir os dois tipos de carga, um corpo com execesso de carga estaria positivamente eletrizado e com falta de carga estaria negativamente eletrizado. Através de sua experiencia com uma pipa, demonstrou, pela primeira vez, que o relâmpago é um fenômeno elétrico e posteriormente inventou o Pará-Raois.
   
1789 Charles Augustin de Coulumb - físico francês (Angouleme 1736 - Paris 1806)
  Enunciou a lei que leva seu nome, explicou a tendência de concentração de carga na superfície dos condutores, o efeito de blindagem elétrica produzido pelos condutores ocos e introduziu, a noção de momento magnético.
   
1800 Alessandro Volta - físico italiano (Como 1745 - id. 1827)
  Desenvolve a pilha voltaica, precursor das baterias modernas, que era capaz de produzir corrente contínua.
   
1820 Hans Christian Öersted - físico dinamarquês (Rudkobing 1771 - Copenhague 1851)
  Observa que ao colocar uma bússola sob um fio elétrico, a agulha se desviava quando o fio era percorrido por uma corrente elétrica.
   
1820 André-Marie Ampère - físico francês (Lyon 1775 - Marcelha 1836)
  Tendo visto a experiência de Öersted na Acadêmia de ciências de Paris, demonstrou apenas uma semana depois, que a inclinação da agulha magnética obedece a uma regra que se tornou conhecida como "regra da mão direita". Formulou a teoria de que as propriedades dos imãs devem-se à existência de pequenas correntes elétricas que circulam initerruptamente dentro deles. Concebeu o galvanômetro e inventou o primeiro Telégrafo elétrico.
   
1827 George Simon Ohm - físico alemão (Erlanger 1789 - Munique 1854)
  Die galvanische Kette mathematisch bearbeitet (O Circuito Galvânico, Investigado Matematicamente), trabalho no qual desenvolve a teoria de circuitos, incluindo a "Lei de Ohm".
   
1831 Michael Faraday - físico inglês (Newington,Surrey 1791 - Hampton Court 1867)
  Dentre suas inúmeras experiencias uma de grande relevância é a gaiola de Faraday, usada para demonstrar que condutores carregados eletrizam-se apenas em sua superfície externa. Ele ainda, determina experimentalmente o fenômeno da indução magnética entre duas bobinas, formulando assim o princípio do transformador e motor elétrico.
   
1833 Heinrich Friedrich Emil Lenz - físico russo (Dorpat, atual Tartu, Estônia 1804 - Roma 1865)
  Descobriu a lei que indica o sentido das correntes induzidas conhecida hoje como "lei de Lenz" e observou o aumento da resistência da resistência elétrica em função da temperatura dos metais.
   
1859 Gustav Robert Kirchhoff - físico alemão (Konigsberg 1824 - Berlim 1887)
  Enunciou a lei das correntes derivadas. Formulou o conceito de Corpo Negro.
   
1873 James Clerk Maxwell - físico escocês (Edimburgo 1831 - Cambridge 1879)
  Apresenta em A Treatise on Electricity and Magnetism as equações do eletromagnetismo, consolidando os experimentos de Faraday. Suas equações preveem a existência das ondas eletromagnéticas, e anuncia que a própria luz é uma forma de eletromagnetismo.
   
1879 Thomas Alva Edison - invertor estadunidense (Milan, Ohio 1847 - West Orange, Nova Jersy 1930)
  Inventa a primeira lâmpada elétrica comercialmente viável. Três anos depois, implementa o primeiro sistema de distribuição elétrica, em corrente contínua, 110 V, em Manhattan.
   
1888 Heinrich Hertz - físico alemão (Hamburgo 1857 - Bonn 1894)
  Descobriu as existência de ondas eletromagnéticas, as quais demonstrou possuirem as mesmas propriedades da luz.
   
1892 Nikolas Tesla - físico iuguslavo (Smilja,Croácia 1856 - Nova York 1943)
  Publica a base dos sistemas de corrente alternada. Criador da técnica das corrente polifásicas e principalmente dos motores de campo girante.
   
1892 Roberto Landell de Moura - padre brasileiro (Mogi das Cruzes, SP 1861 - Porto Alegre, RS 1928)
  Estudioso de física e eletricidade, estabeleceu a primeira transmissão de radiocomunicação, distância de 8Km, em São Paulo entre o Morro de Sant´Anna e o Morro da Av. Paulista. Foi acusado de práticas diabólicas apesar de ser padre jesuíta. Inventou e desenvolveu vários aparelhos de radiotelegrafia e radiotelefonia. Existem muitas controvérsias sobre a primeira transmissão muitas vezes creditada a Guglielmo Marconi.
   
1895 Guglielmo Marconi - invertor italiano (Bolonha, 1874 – Roma, 1937)
  inventou um sistema de envio de mensagens a distância sem fio. As transmissões eram feitas por meio de sinais binários do código Morse.
   
2.0 - Glossário
 
2.1 - Axioma (Do gr. axioma, dogma)

(i) Na lógica aristotélica, ponto de partida de um raciocínio, considerado como indemonstrável, evidente;
(ii) Provérbio que encerra uma verdade indiscutível;
(iii) Enciado indiscutível, admitido como base de uma contrução intelectual, social, moral etc, verdade admitida por todos sem discussão.

2.2 - Colorário (Do lat. Colollarium)

(i) Proposição que se deduz imediatamente de outra já conhecida;
(ii) Consequência necessária e evidente.

 
2.3 - Postulado (Do lat. Postulatum)

Proposição que se deve admitir antes de um raciocínio, que não se pode demonstrar e que não será posta em dúvida.

 
2.4 - Hipótese (Do gr. hypothesis)

Proposição que se enuncia, que se expõe, que se sustenta.

 
2.5 - Teorema (Do gr. theorema)

(i) Proposição científica que pode ser demonstrada;
(ii) Formulação fechada de uma teoria, que pode ser obtida a partir dos axiomas desta teoria através de uma sequência finita de aplicações das regras de dedução.

 
2.6 - Teoria (Do gr. theoria)

Conjunto organizado de princípios, de regras, de leis científicas que visam descrever e explicar um certo conjunto de fatos: a teoria da gravitação universal, teoria da relatividade etc.

 
2.7 - Lei (Do lat. lex)

(i) Expressão da relação necessária que liga os fenômenos naturais entre si;
(ii) Regras constantes que exprime essa relação.

 

3.0 - Produção de Eletricidade
 
3.1 - Fricção
 
Friccionando-se dois meteriais, podemos produzir eletricidade ou eletricidade estática. Este método é muito usado em laboratórios de pesquisas nas universidades e escolas técnicas, onde usa-se geradores de Van Graf para produzir altas tensões.

Geralmente, fora dos laboratórios, a eletricidade estática é prejudicial e quem trabalha com circuitos eletrônicos, rádio-comunicações, seguraça de vôo, transporte de inflamáveis, etc deve tomar medidas para evitá-la.

 
3.2 - Pressão
 
Exercendo uma certa pressão mecânica sobre cristais de determinadas substâncias (sal de Rochelle ou quartzo), podemos produzir eletricidade. Este fenômeno é conhecido como piezoeletricidade.

Quando um cristal de quartzo, por exemplo, é comprimido (força mecânica) ele cria uma diferença de potêncial elétrico entre suas faces opostas, e quando a força é removida o cristal é descomprimido e dá origem a uma força elétrica em direção oposta a criada na compressão.

Apesar do potencial elétrico gerado pelos cristais ser muito pequeno, eles têm larga utilização devido à sua alta sensibilidade às variações de força mecânica e alterações na temperatura. Por exemplo, num microfone ele transforma a energia mecânica da voz em energia elétrica.

 
3.3 - Térmica
 
Quando um pedaço de metal é aquecido em uma das suas extremidade, os elétrons tendem a se mover afastando-se da extremidade aquecida. Isto ocorre com o cobre e, também, com a grande maioria dos metais. Porém, em outros, como o ferro a ação é contrária, os elétrons tendem a se moverem na direção mais aquecida. Então, juntando uma extremidade de um pedaço de cobre a outra de um pedaço de ferro e aquecendo a junção destes metais, teremos uma produção de eletricidade entre suas extremidade oposta a junção. Este dispositivo é denominado termocuplo ou par termoelétrico.

Os pares termoelétricos, apresentam potencial elétrico um pouco maior que os dos cristais. E devido a sua ótima sensibilidade a variação térmica são empregados como instrumentos de controle de temperaturas muito elevadas ou muito baixas, onde os termômetros do tipo mercúrio e álcool não seriam capazes de atuar.

 
3.4 - Química
 
A pilha mais simple, conhecida com pilha galvânica ou voltaica, é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica. Consiste de uma barra de carbono C e uma barra de zinco Zn (eletrodos), suspensa em uma solução de água \(H_{2}O\) e ácido sulfúrico \(H_{2}SO_{4}\) (eletrólito). Os eletrodos são os condutores pelos quais a corrente deixa e retorna ao eletrólito.

A pilha é a unidade fundamental da bateria e esta tem larga utilização em nossa vida cotidiana, vai desde nossos celulares até combustível para carros movidos a hidrogênio.

 
3.5 - Luz
 
A luz é definida como pequenas partículas denominadas fótons — veja também a teoria ondulatória da luz. Quando a luz incide sobre a superfície de um determinado material, ela pode deslocar elétrons de suas órbitas nos átomos superficiais do material. Alguns materiais tem a propriedade de liberar energia e consequentemente liberar elétrons livres quando são atingidos por um feixe de luz, fótons. Materiais como: potássio, lítio, selênio, germânio, cádmio e sulfeto de chumbo reagem desse modo quando são atingidos por um feixe de luz.

A energia dos fótons em um feixe de luz provoca a liberação de elétrons, que convertem a luz solar diretamente em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico.

 
3.6 - Magnetismo
 
Os ímãs ou dispositivos magnéticos são usados em milhares de aplicações, e, de longe, são os mais usados na produção de grandes quantidades de energia elétrica. Utiliza-se, no processo, uma fonte de energia mecânica, que pode ser desde turbinas hidráulicas ou a vapor, máquinas a combustível fóssil ou até reatores nucleares.

A conversão final dessas fontes de energia em eletricidade é feita por geradores que empregam o princípio da indução eletromagnética (f.e.m.). Três condições são essenciais para que seja produzida a f.e.m. por meio do magnetismo, a saber: (1) deve existir um condutor, no qual a eletricidade será produzida; (2) deve existir um campo magnético nas proximidades do condutor; (3) deve haver movimento relativo entre o campo e o condutor. O condutor deve ser movido de maneira a cortar as linhas de campo magnético, ou ainda, o campo magnético deverá ser movido de maneira que suas linhas de força sejam cortadas pelo condutor.