Astronomia: O movimento do planeta Terra ao longo do ano e as estações

Para compreender a mudança de estações do ano e o período diário de iluminação do Sol é preciso entender a movimentação do planeta.

Há 4 pontos na órbita do planeta Terra que são fenômenos astronômicos: 2 Solstícios e 2 Equinócios.

O solstício de inverno é um fenômeno astronômico que marca o início do inverno. Ocorre normalmente por volta do dia 21 de junho no hemisfério sul e 22 de dezembro no hemisfério norte.

A palavra equinócio vem do latim, aequus (igual) e nox (noite), e significa "noites iguais", ocasiões em que o dia e a noite duram o mesmo tempo. Ao medir a duração do dia, considera-se que o nascer do sol é o instante em que metade do círculo solar está acima do horizonte, e o pôr do sol (crepúsculo ou ocaso) o instante em que o círculo solar está metade abaixo do horizonte. Com esta definição, o dia e a noite durante os equinócios têm igualmente 12 horas de duração.

Os equinócios ocorrem nos meses de março e setembro, quando definem mudanças de estação. Em março, o equinócio marca o início da primavera no hemisfério norte e do outono no hemisfério sul. Em setembro ocorre o inverso, quando o equinócio marca o início do outono no hemisfério norte e da primavera no hemisfério sul.

Solstício de Dezembro

A figura ao abaixo mostra a iluminação da Terra pelo Sol durante o Solstício de dezembro (solstício do hemisfério Sul), com relação ao eixo de rotação.

É a passagem da estação da primavera para o verão no hemisfério Sul e do outono para inverno no hemisfério Norte. Os raios de Sol incidem perpendicularmente no Trópico de Capricórnio.

Em toda a região que vai do Círculo Polar Antártico até o pólo Sul o Sol fica acima do horizonte durante as 24 horas do Solstício. Igualmente o Sol fica abaixo do Horizonte em toda região do Círculo polar Ártico até o pólo Norte.

Solstício de junho (Norte)

A figura abaixo mostra a iluminação da Terra pelo Sol durante o Solstício de junho (Solstício do hemisfério Norte).

É a passagem da estação da primavera para o verão no hemisfério Norte e do outono para inverno no hemisfério Sul. Os raios de Sol incidem perpendicularmente no trópico de Câncer.

Em toda a região que vai do Círculo Polar Ártico até o pólo Norte o Sol fica acima do horizonte durante as 24 horas do Solstício. Igualmente o Sol fica abaixo do Horizonte em toda região do Círculo polar Antártico até o pólo Sul.

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Na versão para impressão está o folheto explicando a órbita e a passagem das estações.

Energia: um conceito central em todas as Ciências Naturais

• Ficha Energia
• Ficha leis de conservação
• Matriz de produção elétrica
• Resumo Geral

Matriz de produção e distribuição elétrica

Nikola Tesla - Pai da tecnologia atual - Distribuição de energia elétrica sem fio

Nikola Tesla (Smiljan, Império Austríaco, 10 de julho de 1856 — Nova Iorque, 7 de janeiro de 1943) foi um inventor nos campos da engenharia mecânica e eletrotécnica, de etnia sérvia nascido na aldeia de Smiljan, Vojna Krajina, no território da atual Croácia. Era súdito do Império Austríaco por nascimento e mais tarde tornou-se um cidadão estadunidense.

Tesla foi um engenheiro brilhante, inventor do sistema de geração e distribuição de energia elétrica por corrente alternada. É autor de inúmeras patentes ainda em uso nos dias atuais. Durante toda sua vida ele pesquisou fenômenos relacionados à ressonância, especialmente nos circuitos elétricos.

Ficou conhecido especialmente pelo dispositivo que criou, mais tarde chamado de Bobina de Tesla que, em resumo, consiste num transformador elétrico operando na sua frequência de ressonância. Tal dispositivo é capaz de fazer o campo elétrico oscilar em alta frequência em distâncias consideráveis, de forma que é possível acender bulbos fluorescentes sem fios.

Abaixo está descrito o procedimento para a construção de uma Bobina de Tesla.

Nikolai Tesla, Thomas Edison, George Westinghouse, entre outros, foram os principais personagens da Batalha das Correntes, que foi a disputa entre Edison e Westinghouse a respeito de qual sistema de distribuição elétrica seria o mais viável, o de corrente contínua (DC), ou corrente alternada (AC). Tesla trabalhou para ambos empresários: primeiro para Edison (General Electric), depois para Westinghouse (Westinghouse Electric Corporation). Ambas empresas estão ainda em atividade e são proeminentes no mercado.

A história da Batalha das Correntes é contada em detalhes no documentário A Guerra Elétrica do canal Discovery:

O tempo nos mostrou que a corrente alternada viabilizaria um sistema de transmissão menos expensivo e mais eficiente, e assim a tecnologia desenvolvida por Tesla triunfou sobre o sistema de Edison de corrente contínua. A corrente alternada possibilitava o uso de transformadores elétricos para ajustar a relação tensão versus corrente (potência) de acordo com a finalidade e o comprimento da linha de transmissão de energia.

Vários dispositivos da tecnologia de corrente alternada (como os transformadores) são compostos por enrolamentos de fio de cobre esmaltado (isolamento elétrico) constituindo bobinas que, eletricamente tem a propriedade da indutância e acoplamento magnético.

Eletroímã

O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, semelhantes àqueles encontrados nos ímãs naturais.

O experimento de Øersted, a Lei de Ampère e a Lei da indução eletromagnética de Faraday

A indução eletromagnética foi um fenômeno descoberto por Michael Faraday.

Transformadores elétricos

Os transformadores elétricos são análogos às alavancas na mecânica. Ambos transformam energia mudando a relação entre duas grandezas vinculadas, mantendo a potência constante. No caso da alavanca as grandezas vinculadas são a força e o braço de alavanca (o torque, ou ainda o momento angular) e no transformador são a tensão elétrica e a corrente elétrica (seu produto é a potência elétrica).

A Bobina de Tesla

A Bobina de Tesla é um transformador ressonante capaz de gerar uma tensão alta com grande simplicidade de construção, inventado por Nikola Tesla por volta de 1890.

Na sua forma clássica de construção, é formada por um transformador com núcleo de ar, com um capacitor primário carregado a uma tensão de alguns (5-30) kV se descarregando sobre a bobina primária através de um centelhador.

O circuito clássico do oscilador atualmente é substituído por um circuito oscilador com semicondutores.

Pequenas Bobinas de Tesla podem ser facilmente construídas a partir de material de sucata.

Alguns experimentos impressionantes podem ser feitos acendendo lâmpadas fluorescentes que se aproximam, até mesmo as lâmpadas já queimadas. A Bobina de Tesla é apropriada para demonstrações de arcos voltaicos e a demonstração que é a corrente elétrica alta (e não a tensão elétrica alta) que promove a eletrocussão.

Construindo uma Bobina de Tesla

Uma Bobina de Tesla pode ser feita facilmente com um circuito semicondutor de peças reaproveitadas da sucata. Ela pode ser montada facilmente com semicondutores usando um diodo e um transistor NPN como indicado na figura baixo.

Questionário - Eletrodinâmica - Introdução

1. Explique a diferença entre uma fonte de corrente contínua e uma fonte corrente alternada. Utilize gráficos de tensão ou corrente em função do tempo para evidenciar as diferenças dos dois tipos de fonte de energia elétrica. Exemplifique alguns sistemas ou dispositivos tecnológicos do cotidiano que utilizam ambas formas de energia elétrica.
2. Qual é o sistema de transmissão de energia elétrica que minimiza as perdas no cobre? Explique fazendo menção às equações de circuito e ao conceito de resistência elétrica. Detalhe questões técnicas envolvendo ambos sistemas de geração e distribuição de energia elétrica, os de corrente contínua e corrente alternada.
3. Faça um breve relato do contexto histórico e dos principais personagens e fatos envolvidos na chamada Batalha das correntes.
4. Explique o funcionamento do eletroímã em termos da Lei de Ampére.
5. Explique o funcionamento do transformador elétrico em termos da Lei de Ampére e da Lei da Indução de Faraday. Explique como é a relação matemática da transformação das grandezas elétricas e como é seu uso no sistema de transmissão de corrente alternada. Utilize desenhos para explicar o funcionamento do transformador.

Exercícios de eletrostática
Força Elétrica
Mapa mental Eletrostática

Tabela de fios esmaltados

Oscilações e ondas

Aqui estão notas de aulas e exercícios relativo ao estudo de oscilações e ondas.

1. Notas de aula (slides).
2. Notas de aula (anotações).
3. Exercícios (1).
4. Espectro Eletromagnético (ficha).

O estudo das oscilações e ondas remonta à mais antiga sabedoria. Na natureza observamos muitos ciclos, repetições e ritmos.

Sobre este assunto especificamente, disse um dos mais sábios de nossos tempos recentes (pai de toda tecnologia atual):

Se você quiser descobrir os segredos do Universo, pense em termos de energia, frequência e vibração

Nikola Tesla (1856-1943)

Assistam o clip de Nigel Stanford sobre Cimática:

Exercícios Ótica - 01