domingo, 31 de dezembro de 2017

Câmara Escura & Máquinas Fotográficas


CÂMARA ESCURA & MÁQUINAS FOTOGRÁFICAS



                                                                         Wenderson Rodrigues - Viçosa, 29 de dezembro de 2017

OBJETIVOS
          Este experimento tem por objetivo a construção de uma câmara escura, analisar o processo de formação de imagens e, com isso, explicar o funcionamento de câmeras fotográficas.

CONTEXTO TEÓRICO
         Hoje, um número muito grande de pessoas possui uma câmera fotográfica. Trata-se de um aparelho fundamental para o registro e preservação de momentos importantes, de diferentes culturas, da flora e fauna do nosso planeta, registro de corpos extraterrestres, entre outros, contribuindo muito para a preservação da memória histórica da nossa civilização. Sendo elas digital ou analógica, o princípio básico de funcionamento desses instrumentos é pouco conhecido pelo seus usuários. Aqui será apresentado um experimento básico sobre câmara escura, afim de contextualiza-lo com o funcionamento das câmeras digitais.
          Segundo os princípios da óptica geométrica, os raios de luz se propagam em linha reta. Esse princípio fundamental foi estudado a mais de três séculos atrás, por volta do século XVI e XVII, cujos principais cientistas envolvidos, na época chamados de filósofos naturais, são Willebrord van Roijen Snell, René Descartes, Augustin Jean Fresnel, Pierre de Fermat. Na câmara escura, todos os raios de luz que provem de um objeto passam através de um pequeno orifício e atinge um anteparo, onde é projetada a imagem do objeto. Verificaremos esse funcionamento a seguir.

 MATERIAL
  • Uma caixa de papelão pequena, uns 10 centímetros de lado (imagem abaixo)
  • Um prego; uma vela; uma folha de papel vegetal translúcido; cola; Tinta preta e pincel.
METODOLOGIA
Pinte todo o interior da caixa com a tinta preta. Em uma das laterais faça um orifício no centro, cujo diâmetro deve ser de um milímetro, use um prego aquecido para isso. Na parte oposta ao orifício, recorte o papelão de modo a deixar uma abertura, preferencialmente com a área um pouco menor daquela da face do orifício, para colar o anteparo (folha de papel vegetal recortada). Recorte um pedaço do papel vegetal e cole nessa abertura, de modo que o papel vegetal (anteparo) fique bem esticado, o que proporcionará uma imagem nítida. Cole o anteparo. Feche a caixa com a tampa e passe fita adesiva lacrando-a, para impedir que a caixa seja aberta e entre luz além da do orifício. Observe as fotos a seguir:

A última foto mostrada acima é da caixa já pronta. Foi colado papel camurça no lado externo da caixa para deixa-la mais bonita.

EXPERIMENTO 1 – Formação de imagens.
            Primeiramente posicione a vela e a câmara até que se possa observar uma imagem sendo formada no antepara. Note como a imagem é formada. Mantendo a vela em uma dada posição, movimente a câmara aproximando-a e afastando-a da mesma e, ou, mantenha a câmara fixa e movimente a vela. Note que a imagem formada no anteparo se modifica para posições diferentes. A imagem do lado esquerdo mostra o arranjo experimental e a do lado direito a imagem da vela formada no anteparo.

Com as medidas das distâncias da vela até o orifício e do orifício até o anteparo da câmara e os tamanhos da chama (objeto) e da sua imagem formada no anteparo pode-se verificar algumas relações matemáticas importantes que descrevem o princípio de funcionamento da câmara escura e também das máquinas fotográficas. A única e fundamental diferença é que as máquinas fotográficas usam lentes, o que proporciona maior coleta de luz do objeto a ser fotografado e, assim, se tem uma imagem mais clara e nítida. O tratamento matemático quando se tem lentes incluí, na sua descrição, as leis de Snell da refração. Abaixo segue um esquema exemplificando como é formada a imagens nas câmaras escuras (sem lentes).
A equação (1) relaciona os tamanhos do objeto $y$ e da imagem $y'$ com as distâncias objeto/orifício $p$ e orifício/imagem $p'$. O sinal negativo é uma convenção para imagens invertidas. Note que essa relação matemática é válida graças a um princípio fundamental da ótica geométrica, o da propagação retilínea da luz, pois, assim, se modela o problema utilizando triângulos (a hipotenusa dos triângulos (raios de luz) é uma reta). Observe também que esse problema e vários outros da óptica geométrica é solucionado por semelhança de triângulos, o que, nesse caso, recaiu na equação (1). Sabe-se, agora, com os estudos da Relatividade Geral desenvolvidos por Albert Einstein que a luz não se propaga em linha reta quando viaja sobre a influência de um campo gravitacional, todavia essa curva que a luz faz só é perceptível quando deslocada por corpos muito massivos, tais como estrelas ou buracos negros. Sendo assim, despreza-se a influência do campo gravitacional terrestre e dos astros que nos circundam e consideraremos o princípio da propagação retilínea da luz ao longo de todo seu percurso.
As máquinas fotográficas antigas, antes da inversão das maquinas digitais, eram basicamente uma câmara escura acrescida de uma lente no lugar do orifício, que servira para coletar mais luz do objeto a ser fotografado. As imagens abaixo mostram um exemplo de câmera desse tipo, modelo: Polaroid Colorpack 80. A câmera aberta não é oca e a parte vermelha é o local onde se coloca o filme para registrar a imagem que já saia revelada da máquina.

       



ATUALIZANDO 

quarta-feira, 8 de fevereiro de 2017

Válvulas Termoiônicas

Válvulas Termoiônicas

Wenderson Rodrigues - Viçosa, 8 de Fevereiro de 2017

As válvulas termoiônicas ou válvulas eletrônicas são dispositivos usados, principalmente, para retificar uma corrente elétrica alternada, ou seja, dar um sentido para o fluxo de elétrons no circuito e também para amplificação de sinais elétricos.
Basicamente uma válvula é constituída por um tubo de vidro com vapor de gás a baixa pressão (10 micropascais até 10 nanopascais), normalmente um gás nobre, em conjunto com alguns terminais onde se estabelece as conexões elétricas. Há também um filamento, comumente de tungstênio, semelhante aos das lâmpadas incandescentes, o qual é responsável pela emissão de elétrons ou aquecimento do catodo.
DIODO
Em 1904 um engenheiro eletricista e físico britânico John Ambrose Fleming desenvolveu um tipo de válvula especifica, o diodo. Este primeiro dispositivo era usado para retificar a corrente elétrica e tinha a seguinte configuração:

Configuração de uma válvula diodo                              Os primeiros diodos de Fleming
                            

            Ao se aplicar uma diferença de potencial no filamento surge nele uma corrente elétrica que, dependendo do valor, o aquece até este começar a emitir luz. Quando isso acontece, forma-se ao redor do filamento uma nuvem de elétron que tende a se desprender do metal, devido ao aumento de temperatura (Emissão Termiônico). Ao se aplicar uma tesão positiva na placa ou anodo, estes elétrons fluem em sua direção, formando assim uma corrente elétrica orientada. Portanto a válvula retificou a corrente elétrica, ou seja, orientou o sentido do fluxo de elétrons no circuito. Observe a figura.
        Caso seja invertido a polarização na válvula aplicando-se uma tensão negativa na placa, nota-se que a circulação de corrente elétrica entre o catodo e o anodo é interrompida. Isso ocorre porque o filamento aquecido tende a emitir elétrons (carga negativa) e, caso se aplique uma tensão negativa na placa, esta ira repelir os elétrons provenientes do filamento, bloqueando assim a passagem de corrente elétrica no tubo. É por esse motivo que as válvulas diodo só permitem a passagem de corrente elétrica em um único sentido.
TRIODO
        Posteriormente, em 1906, Lee De Forest, um físico norte americano inventou o Tríodo, uma válvula constituída pelo filamento, o catodo, o anodo e agora por mais um elemento chave, a grade.
                                                                                                                  Um dos primeiros tríodos
       

.

       O Funcionamento do tríodo é parecido com o do diodo mas agora o fluxo de elétrons orientado entre o catodo e o anodo é modulado pela grade. Se aplica uma diferença de potencial especifica no filamento, que chega a atingir temperaturas de cerca de 3000ºC aquecendo o catodo até que comece a emitir elétrons que vão em direção ao anodo. Entre esses dois terminais a grade recebe um sinal a ser amplificado, por exemplo; caso se queira falar em um microfone para uma multidão, se esse for ligado diretamente no alto-falante não se percebera um som intenso, ou talvez nem som seja gerado. Portanto deve-se amplificar o sinal para que ele seja enviado apara as caixas de som com mais energia. Para isso direciona-se o sinal do microfone para a grade da válvula. Esse sinal modulará o fluxo de elétrons entre o catodo e o anodo na mesma frequência do sinal gerado pelo microfone. O sinal amplificado é coletado no anodo e direcionado, agora já amplificado, para o alto-falante. Através desse dispositivo é possível aumentar, ou seja, amplificar um sinal de baixa intensidade.
Mais especificamente, isso só ocorre porque a corrente elétrica que se forma ente o catodo e o anodo da válvula é mais intensa, ou seja, é mais energética. Ao se aplicar um sinal na grade pode-se modular essa corrente elétrica, que oscilará na frequência do sinal aplicado na grade. Isso ocorre porque o sinal entre o catodo e o anodo é negativo (fluxo de elétrons) e o sinal da grade é alternado, ou seja, ora é positivo ora negativo. Com isso haverá repulsão quando o sinal for negativo e atração quando for positivo. Isso faz com que passe nos furos da grade uma corrente elétrica oscilante, que dependerá dos níveis de repulsão e atração causados pelo sinal aplicado a ela.
                       
                                 Filamento de uma lâmpada                 Catodo incandescente em uma válvula
                                     
  
Essa é uma das primeiras válvulas fabricadas industrialmente,           Válvula diodo 2X2A 
           um tríodo fabricado pela Philips em 1917.                    introduzida primeiramente em 1949      
            
                         

          Outras aplicações importantes das válvulas foram com indicador de sintonia e de intensidade sonora, apelidadas de olho mágico. Estas válvulas possui a mesma configuração dos tríodos, porem alguns modelos possuem mais de um anodo. Estes vão ser dimensionados na válvula de tal modo a produzir os padrões de sinalização pretendidos. Segue alguns modelos abaixo:
                        Válvula EM34                                                           Fases de funcionamento da válvula EM80
              

Circuito de acionamento da válvula EM34        Circuito de acionamento da válvula EM80
                          
          O sinal de luz emitido pela válvula é devido a incidência de um feixe de elétrons sobre a parte indicadora, uma tela metálica coberta com material fluorescente, comumente o fósforo. A grade é a responsável por modular o feixe de elétrons em diferentes direções, possibilitando uma imagem dinâmica sobre a tela, a qual se pode extrair informações a respeito do sinal aplicado na grade.


Outras publicações