quarta-feira, 16 de novembro de 2011

Raios X


Tubo de Crookes

Em uma ampola de vidro, William Crookes submeteu um gás à pressão ambiente e a altas tensões, por meio de duas placas metálicas localizadas no fundo e na frente da ampola, cada qual carregada com cargas diferentes. Quando a diferença de potencial entre as placas era suficientemente grande, os elétrons saiam do cátodo (placa carregada negativamente), colidiam com moléculas do gás, ocorrendo a sua ionização e/ou liberação de luz devido às transições eletrônicas dos átomos do gás, iluminando assim, toda a ampola. A partir desses experimentos, Joseph John Thomson observou que tal fenômeno é independente do gás e do metal utilizado nos eletrodos (placas metálicas). Concluiu, então, que os raios catódicos podem ser gerados a partir de qualquer elemento químico. Devido a essa conclusão, Thomson pôde, posteriormente, atestar a existência do elétron. 

A descoberta dos Raios X 


Foi o
 físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quem detectou pela primeira vez os raios X, que foram assim chamados devido ao desconhecimento, por parte da comunidade científica da época, a respeito da natureza dessa radiação. A descoberta ocorreu quando Röentgen estudava o fenômeno da luminescência produzida por raios catódicos num tubo de Crookes. Todo o aparato foi envolvido por uma caixa com um filme negro em seu interior e guardado numa câmara escura. Próximo à caixa, havia um pedaço de papel recoberto de platinocianeto de bário. Röentgen percebeu que quando fornecia energia cinética aos elétrons do tubo, estes emitiam umaradiação que marcava a chapa fotográfica. Intrigado, resolveu colocar entre o tubo de raios catódicos e o papel fotográfico alguns corpos opacos à luz visível. Desta forma, observou que vários materiais opacos à luz diminuíam, mas não eliminavam a chegada desta estranha radiação até a placa de platinocianeto de bário. Isto indicava que a radiação possui alto poder de penetração. Após exaustivas experiências com objetos inanimados, Röntgen pediu à sua esposa que posicionasse sua mão entre o dispositivo e o papel fotográfico. O resultado foi uma foto que revelou a estrutura óssea internada mão humana. Essa foi a primeira radiografia, nome dado pelo cientista à sua descoberta em 8 de novembro de 1895. Posteriormente à descoberta do novo tipo de radiação, cientistas perceberam que esta causava vermelhidão da pele, ulcerações e empolamento para quem se expusesse sem nenhum tipo de proteção. Em casos mais graves, poderia causar sérias lesões cancerígenas, necrose e leucemia, e então à morte.


 Produção

O dispositivo que gera raios X é chamado de tubo de Coolidge. Da mesma forma que uma válvula termiônica, este componente é um tubo oco e evacuado, ainda possui um catodo incandescente que gera um fluxo de elétrons de alta energia. Estes são acelerados por uma grande diferença de potencial e atingem ao ânodo ou placa.O ânodo é confeccionado em tungstênio. A razão deste tipo de construção é a geração de calor pelo processo de criação dos raios X. O tungstênio suporta temperaturas que vão até 3340 °C. Além disso, possui um razoável valor de número atômico (74) o que é útil para o fornecimento de átomos para colisão com os elétrons vindos do catodo (filamento). Para não fundir, o dispositivo necessita de resfriamento através da inserção do tungstênio em um bloco de cobre que se estende até o exterior do tubo de raios X que está imerso em óleo. Esta descrição refere-se ao tubo de anodo fixo.Ao serem acelerados, os elétrons ganham energia e são direcionados contra um alvo; ao atingi-lo, são bruscamente freados, perdendo uma parte da energia adquirida durante a aceleração. O resultado das colisões e da frenagem é a energia transferida dos elétrons para os átomosdo elemento alvo. Este se aquece bruscamente, pois em torno de 99% da energia do feixe eletrônico é dissipada nele.A brusca desaceleração de uma carga eletrônica gera a emissão de um pulso de radiação eletromagnética. A este efeito dá-se o nome deBremsstrahlung, que significa radiação de freio.As formas de colisão do feixe eletrônico no alvo dão-se em diferentes níveis energéticos devido às variações das colisões ocorridas. Como existem várias formas possíveis de colisão devido à angulação de trajetória, o elétron não chega a perder a totalidade da energia adquirida num único choque, ocorrendo então a geração de um amplo espectro de radiação cuja gama de frequências é bastante larga, ou com diversos comprimentos de onda. Estes dependem da energia inicial do feixe eletrônico incidente, e é por isso que existe a necessidade de milhares de volts de potencial de aceleração para a produção dos raios X.

Detecção


A detecção dos raios X pode ser feita de diversas maneiras, a principal é a impressão de chapas fotográficas que permite o uso medicinal e industrial através das radiografias. Outras formas de detecção são pelo aquecimento de elementos à base de chumbo, que geram imagenstermográficas, o aquecimento de lâminas de chumbo para medir sua intensidade, além de elementos que possuem gases em seu interior à exemplo da válvula Geiger-Müller utilizada para a detecção de radiação ionizante e radiação não ionizante. Podendo ainda ser difratado através de um cristal e dividido em diversos espectros de onda. Sensores (Foto transistores ou foto diodos) captam uma ou algumas faixas de espectro, e são amplificados e digitalizados, formando imagens. Esse último processo (difração de raios X, por cristais) é comumente utilizado em equipamentos de inspeção de bagagens e cargas.

Os Raios X Fazem Mal


A descoberta dos raios X provocou um impacto extraordinário no mundo da medicina; eles permitem que um paciente seja examinado internamente sem nenhuma cirurgia.
Mas os raios X também podem ser perigosos. No princípio da descoberta dos raios X, muitos médicos ficaram expostos e expuseram seus pacientes aos feixes por longos períodos de tempo. Conseqüentemente, médicos e pacientes começaram a desenvolver doenças causadas por radiação e a comunidade médica percebeu que algo estava errado.
O problema é que os raios X são uma forma de radiação ionizante. Quando a luz normal atinge um átomo, ela não muda esse átomo de maneira significativa. Mas quando raios X atingem um átomo, ele pode expulsar elétrons do átomo para criar um íon, um átomo eletricamente carregado. Então, os elétrons livres colidem com outros átomos para criar mais íons.
A carga elétrica de um íon pode gerar uma reação química anormal dentro das células. Entre outras coisas, a carga pode quebrar as cadeias de DNA. Uma célula com uma cadeia de DNA quebrada pode morrer ou o DNA desenvolver uma mutação. Se várias células morrerem, o corpo pode desenvolver várias doenças. Se o DNA sofrer mutação a célula pode se tornar cancerígena - e este câncer pode se espalhar. Se a mutação é em um espermatozóide ou em um óvulo, pode causar defeitos de nascença. Por causa de todos esses riscos, atualmente os médicos usam os raios X moderadamente.
Mesmo com estes riscos, o raio X ainda é uma opção mais segura que a cirurgia. As máquinas de raios X são ferramentas médicas valiosas, assim como são valiosas em segurança e em pesquisa científica. Elas são uma das invenções mais úteis de todos os tempos.

 

Webgrafia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Raios_X



sábado, 17 de setembro de 2011

Fibras Óticas

 Você ouve a respeito de cabos de fibra óptica sempre que as pessoas falam sobre o sistema telefônico, o sistema de TV a cabo ou a Internet. A fibra ótica ou fibra óptica é um pedaço de vidro ou de materiais poliméricos com capacidade de transmitir luz. Tal filamento pode apresentar diâmetros variáveis, dependendo da aplicação, indo desde diâmetros ínfimos, da ordem de micrômetros (mais finos que um fio de cabelo) até vários milímetros. Ela foi inventada pelo físico indiano Narinder Singh Kapany.
A transmissão da luz pela fibra segue um princípio único, independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz numa extremidade da fibra e, pelas características ópticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas. Reflexão é quando a luz, propagando-se em um determinado meio, atinge uma superfície e retorna para o meio que estava se propagando. A fibra possui no mínimo duas camadas: o núcleo e o revestimento. No núcleo, ocorre a transmissão da luz propriamente dita. A transmissão da luz dentro da fibra é possível graças a uma diferença de índice de refração entre o revestimento e o núcleo, sendo que o núcleo possui sempre um índice de refração mais elevado, característica que aliada ao ângulo de incidência do feixe de luz, possibilita o fenômeno da reflexão total. O meio de transmissão por fibra ótica é chamado de "guiado", porque as ondas eletromagnéticas são "guiadas" na fibra, embora o meio transmita ondas onidirecionais, contrariamente à transmissão "sem-fio", cujo meio é chamado de "não-guiado". Para transmitir dados pela fibra ótica, é necessário equipamentos especiais, que contém um componente foto emissor, que pode ser um diodo emissor de luz (LED) ou um diodo laser. O foto emissor converte sinais elétricos em pulsos de luz que representam os valores digitais binários (0 e 1). Tecnologias como WDM (CWDM e DWDM) fazem a multiplicação de vários comprimentos de onda em um único pulso de luz chegando a taxas de transmissão de 1,6 Terabits/s em um único par de fibras. Uma característica importante que torna a fibra ótica indispensável em muitas aplicações é o facto de não ser suscetível à interferência eletromagnética, pela razão de que não transmite pulsos elétricos, como ocorre com outros meios de transmissão que empregam os fios metálicos, como o cobre. Podemos encontrar aplicações do uso de fibra ótica na medicina (endoscopias, por exemplo) como também em telecomunicações (principalmente internet) em substituição aos fios de cobre.

 

Tipos de fibras:


Monomodo:
  • Permite o uso de apenas um sinal de luz pela fibra.
  • Dimensões menores que os outros tipos de fibras.
  • Maior banda passante por ter menor dispersão.
  • Geralmente é usado laser como fonte de geração de sinal.

Multimodo:
  • Permite o uso de fontes luminosas de baixa ocorrência tais como LEDs (mais baratas).
  • Diâmetros grandes facilitam o acoplamento de fontes luminosas e requerem pouca precisão nos conectores.
  • Muito usado para curtas distâncias pelo preço e facilidade de implementação, pois a longa distância tem muita perda.

 
Vantagens:
  • Dimensões Reduzidas
  • Capacidade para transportar grandes quantidades de informação (Dezenas de milhares de conversações num par de Fibras);
  • Atenuação muito baixa, que permite grandes espaçamentos entre repetidores, com distância entre repetidores superiores a algumas centenas de quilômetros.
  • Imunidade às interferências eletromagnéticas;
  • Matéria-prima muito abundante.

Desvantagens:
  • Custo ainda elevado de compra e manutenção;
  • Fragilidade das fibras óticas sem encapsulamento;
  • Dificuldade de conexões das fibras óticas;
  • Acopladores tipo T com perdas muito grandes;
  • Impossibilidade de alimentação remota de repetidores;
  • Falta de padronização dos componentes ópticos.


                        http://informatica.hsw.uol.com.br/fibras-opticas.htm
                        http://www.brasilescola.com/fisica/fibra-optica.htm

      

segunda-feira, 6 de junho de 2011

Por Que Aparelhos De Ar-Condicionado São Instalados Na Parte Superior Do Cômodo???


Para entendermos melhor essa questão, é bem simples, basta levarmos em consideração um fenômeno que chamamos de Correntes de Convecção.


Veja o que é Correntes de Convecção:  
O ar quente apresenta tendência a subir, e o ar frio, tendência a descer. O ar nas proximidades de um ar condicionado instalado na parte superior de um cômodo fica mais frio e desce. Isso favorece a circulação de ar no ambiente. Se o ar condicionado estivesse instalado na parte inferior do cômodo, próximo ao chão, o ar de baixo ficaria frio e não subiria. O ar quente, por sua vez, ficaria acumulado na parte de cima do cômodo e, assim, o aparelho não poderia cumprir sua finalidade: esfriar o ambiente. Por esse Motivo devemos sempre instalar o aparelho de ar condicionado na parte superior do cômodo! Veja na imagem:



Mas o fenômeno de Correntes de Convecção não ocorre somente nos aparelhos de ar condicionado, ele está presente em nosso cotidiano. Podemos encontrar, em nossa vida diária, várias situações em que as correntes de convecção desempenham um papel importante. A formação de ventos, a circulação de ar no interior das geladeiras, o aquecedor, entre outros, veja:

 

 
Webgrafia