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Como Funciona Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos Volume 4 Newton C. Braga Patrocinado por

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São Paulo - Brasil - 2020

Instituto NCB www.newtoncbraga.com.br [email protected]

Diretor responsável: Newton C. Braga Coordenação: Renato Paiotti Impressão: AgBook – Clube de Autores

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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos - Volume 4 Autor: Newton C. Braga São Paulo - Brasil - 2020 Palavras-chave: Eletrônica – aparelhos eletrônicos – componentes – física - química

Copyright by INTITUTO NEWTON C BRAGA.

1ª edição Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio ou processo, especialmente por sistemas gráficos, microfílmicos, fotográficos, reprográficos, fonográficos, videográficos, atualmente existentes ou que venham a ser inventados. Vedada a memorização e/ou a recuperação total ou parcial em qualquer parte da obra em qualquer programa juscibernético atualmente em uso ou que venha a ser desenvolvido ou implantado no futuro. Essas proibições aplicam-se também às características gráficas da obra e à sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime (art. 184 e parágrafos, do Código Penal, cf. Lei nº 6.895, de 17/12/80) com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenização diversas (artigos 122, 123, 124, 126 da Lei nº 5.988, de 14/12/73, Lei dos Direitos Autorais).

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Índice Apresentação da Série................................................................8 Apresentação............................................................................10 As Usinas Elétricas/Dínamos E Motores ....................................11

As usinas hidroelétricas....................................................11 Os Geradores..................................................................13 Motores..........................................................................16 A Luz De Ponto..........................................................................19

O Circuito Da Luz De Ponto...............................................20 Usando A Luz De Ponto....................................................24 Como Funcionam Os Aparelhos De Visão Noturna .....................25

O Que Fazem..................................................................25 Como Funciona................................................................28 Os Tipos.........................................................................30

Esteganografia - A Arte de Escrever Mensagens Ocultas............31

Esteganografia Digital......................................................32 Outras Técnicas...............................................................35 Terrorismo e Contramedidas.............................................36 Conclusão.......................................................................37

Como Funciona o Raio X............................................................39

O que são os Raios-X.......................................................39 Produzindo Raios X..........................................................43 As Propriedades...............................................................45 Usos do Raios X...............................................................47 Como Funciona o Sistema de Ignição........................................49

A bobina de ignição..........................................................50 O Circuito Completo.........................................................53 Analisando o Circuito........................................................54 EMI................................................................................57 Quem Inventou a Vela de Ignição?....................................57

A Sonda Lambda......................................................................59

Porque Sonda Lambda......................................................60 Sonda Lambda ...............................................................61 5

Outro Tipo De Sensor.......................................................63 Conclusão.......................................................................65 Radar nas Estradas...................................................................66

História do Radar.............................................................69 O Radar finalmente..........................................................74 Por que uma frequência tão alta?.......................................77 O efeito Doppler e o Radar da Polícia..................................77 No Brasil........................................................................80 COMO FUNCIONA O ILS (Sistema de Aterrissagem por Instrumentos)..........................................................................81

O Equipamento...............................................................82 a) Transmissor do localizador (localizer)..................83 b) Transmissor do trajeto de descida......................87 c) Marcadores......................................................90 Categorias De Ils.............................................................91 Segurança E Limitações....................................................92 Conclusão.......................................................................93

Ataques Sônicos – Como ocorrem e quais são seus efeitos .......94

A Natureza do som..........................................................95 Espectro Audível..............................................................97 Faixas diferentes para diferentes pessoas...........................98 Características dos Sons...................................................98 Efeitos sobre o organismo humano...................................100 Armas Sônicas e ataques ...............................................102 Ressonância e som Brontofônico......................................106 E o que ocorreu em Cuba?..............................................108 Foi provavelmente o que ocorreu.....................................108 Existe defesa?...............................................................108

Som Brontofônico....................................................................110

O Som de Trovão...........................................................111 Carregadores de Baterias........................................................114

Pilhas e Baterias Comuns (Não Recarregáveis)..................114 Pilhas comuns não são recarregáveis................................117 Pilhas ou Células Recarregáveis.......................................117 O Carregador................................................................120 Carregadores Inteligentes...............................................122 Monitorando a Carga......................................................124 6

O Efeito Memória...........................................................127 Como Funciona..............................................................128 Os Discos Rígidos ..................................................................131

A Ideia Básica...............................................................131 As Tecnologias...............................................................135 a) Winchester....................................................135 b) Tecnologia Whitney.........................................137 c) Tecnologia Bernoulli........................................137 Os Discos Rígidos Na Prática...........................................138 Conclusão.....................................................................145 Pulso Eletromagnético (EMP)..................................................146

O EMP ou Pulso Eletromagnético......................................146 Como o EMP é produzido ...............................................149 Precauções....................................................................152 Como Funciona O GPS.............................................................154

O GPS..........................................................................155 Como Funciona o Gps.....................................................161 O Radar...................................................................................163 Código De Barras....................................................................170

Estrutura Básica............................................................171 O Contraste..................................................................173 Densidade.....................................................................174 Altura...........................................................................175 Razão de Aspecto..........................................................175 Fator de Magnitude........................................................176 Códigos Especiais...........................................................177 Padrões de Códigos de Barras.........................................177 Os outros mais de 160 livros de Eletrônica e Tecnologia do INCB ...............................................................................................178

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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos - Volume 4

Apresentação da Série Esta é uma série de livros que levamos aos nossos leitores sob patrocínio da Mouser Electronics (www.mouser.com). Os livros são baseados nos artigos que ao longo de nossa carreira como escritor técnico publicamos em diversas revistas, livros e no nosso site. São artigos que representam 50 anos de evolução das tecnologias eletrônicas e, portanto, têm diversos graus de atualidade. Os mais antigos foram analisados com eventuais atualizações. Outros pela sua finalidade didática, tratando de tecnologias antigas e mesmo de ciência não foram muito alterados a não ser pela linguagem que sofreu modificações. Os livros da série consistirão numa excelente fonte de informações para nossos leitores. Os artigos têm diversos níveis de abordagem, indo dos mais simples que são indicados para os que gostam de tecnologia, mas que não possuem uma fundamentação teórica forte ou ainda não são do ramo. Neles abordamos o funcionamento de aparelhos de uso comum como eletroeletrônicos, não nos aprofundando em detalhes técnicos que exijam conhecimento de teorias que são dadas nos cursos técnicos ou de engenharia. Outros tratam de componentes, ideais para os que gostam de eletrônica e já possuem uma fundamentação quer seja estudando ou praticando com as montagens que descrevemos em nossos artigos. Estes já exigem um pequeno conhecimento básico da eletrônica. Estes artigos também vão ser uma excelente fonte de consulta para professores que desejam preparar suas aulas. Temos ainda os artigos teóricos que tratam de circuitos e tecnologias de uma forma mais profunda com a abordagem de instrumentação e exigindo uma fundamentação técnica mais alta. São indicados aos técnicos com maior experiência, engenheiros e professores. Também lembramos que no formato virtual o livro conta com links importantes, vídeos e até mesmo pode passar por atualizações on-line que faremos sempre que julgarmos necessário. 8

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Trata-se de mais um livro que certamente será importante na sua biblioteca de consulta, devendo ser carregado no seu tablete, laptop ou celular para consulta imediata. Os livros podem ser baixados gratuitamente no nosso site e um link será dado para os que desejarem ter a versão impressa pagando apenas pela impressão e frete. Newton C. Braga

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Apresentação Saber como funcionam componentes, circuitos e equipamentos eletrônicos é fundamental não apenas para os profissionais da eletrônica que usam de forma prática a tecnologia em seu dia a dia como também para aqueles que não sendo técnicos, mas possuindo certo conhecimento, precisam conhecer o funcionamento básico das coisas. São os profissionais de outras áreas que, para usar melhor equipamentos e tecnologias precisam ter um conhecimento básico que os ajude. Assim, tratando de conceitos básicos sobre componentes e circuitos neste primeiro volume e depois de equipamentos prontos num segundo, levamos ao leitor algo muito importante que já se tornou relevante em recente estudo feito por profissionais. A maior parte dos acidentes que ocorrem com o uso de equipamentos de novas tecnologias ocorre com pessoas que não tem um mínimo de conhecimento sobre o seu princípio de funcionamento. A finalidade deste livro não é, portanto, ajudar apenas os estudantes, professores e profissionais, mas também os que usam tecnologia no dia a dia e desejam saber um pouco mais para melhor aproveitá-la e não cometer erros que podem comprometer a integridade de seus equipamentos e até causar acidentes graves. Nota importante: componentes básicos como os resistores, capacitores, indutores, transformadores, diodos, transistores, também têm a seu princípio de funcionamento explicado na nossa série de livros “Curso de Eletrônica”. Neste livro, abordamos alguns componentes que especificamente têm explicações mais detalhadas do que as encontradas naquelas publicações.

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As Usinas Elétricas/Dínamos E Motores Seguidamente temos salientado em nossos artigos que energia não pode ser criada ou destruída, mas simplesmente transformada. Assim, toda a energia elétrica de que dispomos em nossa casa, para alimentar nossos equipamentos elétricos e eletrônicos, tem uma origem, e nessa origem temos a ocorrência de transformações importantes que todos os leitores devem conhecer. Em especial, analisaremos neste artigo os dispositivos que produzem eletricidade baseados em efeitos magnéticos que são justamente os encontrados nas usinas hidroelétricas. Se bem que existam outros tipos de dispositivos, eles serão analisados em outras oportunidades, justamente por não serem os mais importantes ou os mais usados. Veremos, portanto como funcionam os alternadores e os dínamos encontrados nas usinas que convertem a energia disponível nas grandes quantidades de água represadas em eletricidade.

As usinas hidroelétricas Uma mola contraída, um elástico esticado ou uma grande quantidade de água represada armazenam energia potencial. A mola contraída pode entregar esta energia a um mecanismo de relógio, fazendo com que ele se movimente. Da mesma forma, um elástico esticado pode movimentar uma hélice de um aeromodelo fazendo-o voar, conforme mostra a figura 1. Finalmente, a água represada possui pressão suficiente para movimentar grandes geradores que podem converter a energia potencial em eletricidade. Evidentemente, nos três casos, a quantidade de energia gerada não é infinita: quando a mola terminar sua descontração, o relógio para o mesmo ocorrendo com o elástico em relação ao aeromodelo. 11

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No caso de represa, se a água que fluir pelas turbinas que acionam os geradores não for constantemente reposta por um rio ou outra fonte, o seu nível diminui gradualmente e acaba a "pressão" que movimenta os mecanismos geradores, conforme mostra a figura 2.

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Assim, para termos a transformação da energia potencial da água represada em eletricidade precisamos levar em conta os seguintes elementos: a) Teremos tanto mais energia quanto mais água dispusermos para movimentar as turbinas e quanto maior for o seu desnível. b) Precisamos de dispositivos que convertam o movimento da turbina em eletricidade. c) Precisamos de meios para transmitir a energia gerada para os centros de consumo, que podem ficar distantes muitos quilômetros.

Os Geradores A água canalizada sob pressão de uma represa é usada para movimentar turbinas nas quais existem acoplados os dispositivos geradores de energia elétrica que podem ser dínamos ou alternadores, conforme mostra a figura 3.

O princípio de funcionamento desses dois dispositivos é o mesmo: a diferença está no fato de que os dínamos geram correntes contínuas e os alternadores geram correntes alternadas. Na maioria das usinas são usados alternadores, por isso vamos estudar a seguir o seu princípio de funcionamento. Conforme os leitores que acompanham o que escrevemos (e nossos cursos vendidos em bancas ou na forma de livros) 13

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quando um fio condutor corta as linhas de força de um campo magnético, aparece nas suas extremidades uma tensão elétrica, conforme mostra a figura 4.

Se, em lugar de um simples condutor tivermos uma bobina e ela girar dentro de um campo magnético em alta velocidade de modo a ficar cortando constantemente suas linhas de força teremos o aparecimento de uma tensão nas suas extremidades. Como o movimento de tal bobina é tal que ela corta as linhas de força do campo ora num sentido ora em outro, a tensão também inverte de polaridade e nas suas extremidades temos o aparecimento de uma tensão alternada com a forma de onda senoidal, conforme mostra a figura 5.

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Evidentemente, a frequência desta tensão senoidal depende da velocidade da bobina e o valor da tensão, assim como a corrente, vão depender do número de espiras da bobina e da espessura do fio usado além da intensidade do campo magnético. No caso de uma usina, os alternadores construídos desta forma são gigantescos com muitas espiras de fios muito grossos e os campos magnéticos não são produzidos por ímãs, mas por correntes elétricas. Para os dínamos, o princípio de funcionamento é o mesmo exceto pela existência de um dispositivo comutador na saída da bobina conforme mostra a figura 6.

O que este sistema comutador (com escovas) faz é desinverter a polaridade da tensão que aparece na bobina quando ela cortar as linhas de força do campo magnético no sentido oposto ao inicial. Assim, a cada meia volta, a polaridade é invertida de modo que a corrente circula sempre num mesmo sentido, ou seja, temos a produção de tensões contínuas. É claro que existem vantagens para o uso da corrente alternada, como por exemplo a possibilidade de se alterar a tensão através de transformadores, mas a tecnologia moderna já tem meios para usar eficientemente também as correntes contínuas e existem linhas de transmissão que levam a energia 15

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da usina aos centros consumidores na forma de correntes contínuas. Uma forma simples de gerador do tipo indicado que o leitor pode adquirir em casas de material para bicicletas é o pequeno dínamo de bicicleta que tem a aparência mostrada na figura 7.

Figura 7 Este pequeno dínamo gira acoplado à roda da bicicleta convertendo, portanto, a energia dispendida pelo ciclista para movimentá-lo em eletricidade. Esta eletricidade serve para acender os faróis e lanternas da bicicleta.

Motores Se os dínamos e alternadores podem converter energia mecânica (movimento, pressão etc.) em eletricidade, devem existir dispositivos equivalentes que fazem o oposto, ou seja, convertem energia elétrica em força mecânica ou movimento. 16

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Realmente, estes dispositivos existem e são os motores elétricos. Existem motores de todos os tipos e tamanhos: desde motores tão pequenos que podem ser montados sobre uma pastilha de silício com menos de 1 mm de lado, usados para movimentar os ponteiros de um relógio de pulso ou brinquedos de crianças até os de grande porte que movimentam locomotivas, levantam pontes, acionam elevadores ou gigantescas máquinas industriais. O princípio de funcionamento de um motor elétrico é simples de entender. Para que o leitor entenda melhor como funcionam os motores vamos inicialmente tomar como exemplo um tipo simples de corrente contínua, como os encontrados em muitos brinquedos, em aparelhos toca-fitas, toca-discos e mesmo videocassetes. Quando uma corrente elétrica circula por uma bobina é criado um campo magnético cuja intensidade depende de diversos fatores. Esses fatores são o número de espiras da bobina, a intensidade da corrente e o próprio formato da bobina. Se a bobina percorrida por uma corrente elétrica estiver num campo magnético como, por exemplo, o criado por um imã, aparecem forças que tendem a produzir movimento, conforme mostra a figura 8.

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O que ocorre é que o campo magnético do imã interage com o campo magnético da bobina aparecendo forças que tendem a fazer com que a bobina gire. 17

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Se a bobina girar até a posição de equilíbrio o movimento cessa, mas não é isso o que desejamos. O que fazemos então é agregar ao sistema escovas comutadoras que invertem a corrente a cada meia volta da bobina. Assim, a cada meia volta, quando a bobina vai encontrar a sua posição de equilíbrio em que as forças se cancelam, a corrente inverte e o novo sentido de circulação faz com que ela tenha de dar mais meia volta para chegar ao equilíbrio. Mas, com mais meia volta temos nova comutação e assim a bobina nunca para, permanecendo em giro constante. Podemos então aproveitar essa movimentação com a força gerada para acionar algum tipo de dispositivo externo, ou seja, temos um motor. Na figura 9 temos diversos tipos de pequenos motores que funcionam justamente desta maneira. Se o leitor tiver algum brinquedo fora de uso, que não mais funcione e que use um motor, por que não o desmontar para ver melhor as partes que o formam?

No caso dos motores de corrente alternada o princípio de funcionamento é semelhante. A diferença está no fato de que a corrente neste caso, inverte constantemente de sentido naturalmente, não havendo necessidade dos sistemas comutadores.

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A Luz De Ponto Nota: este artigo foi escrito numa época em que os carros com ignição por platinado ainda eram comuns. Assim, o artigo é válido para quem tem um carro daquela época e deseja saber como funciona esse sistema de ajuste. Produzir a faísca no instante certo dentro do cilindro de um motor é fundamental para obter-se o máximo rendimento. Se a faísca for produzida antes ou depois do tempo ideal, teremos problemas como a combustão incompleta ou ainda com os contragolpes que fazem com que o rendimento do motor caia enormemente. A faísca deve ser produzida quando a compressão atingir um ponto considerado ideal e as válvulas estiverem fechadas. Para ajustar o instante em que isso ocorre, baseia-se na posição da árvore de manivelas que justamente controla as válvulas. Existe então na árvore de manivelas um rolamento com diversas marcas, conforme mostra a figura 1.

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Ao rodar, se este rotor for iluminado por uma fonte de luz pulsante de frequência conhecida e comandada pelo próprio circuito de ignição, ocorre o chamado efeito estroboscópico. Por este efeito, a imagem de um corpo que gira parece "congelada" quando iluminada por uma fonte pulsante de luz. O leitor tem uma amostra deste efeito na própria TV quando o sincronismo da imagem funciona como uma fonte pulsante de luz congelando o movimento de objetos que se movem ou que se giram. É por este motivo que observando a hélice de um ventilador diante de um televisor ligado, de acordo com a figura 2, temos instantes em que ela parece girar para trás, e até mesmo parar.

Ela parecerá parada justamente quando a frequência da produção dos campos da imagem de TV coincidir com um múltiplo ou submúltiplo da sua velocidade de rotação. No caso do carro, aproveita-se este efeito para "paralisar" a imagem do rotor com marcas, utilizando-se uma fonte de luz pulsante de referência. Com este procedimento pode-se ajustar o sistema de ignição, ou seja, a posição do distribuidor para que as marcas de referência fiquem justamente no ponto em que se obtém o melhor rendimento do motor.

O Circuito Da Luz De Ponto Na figura 3 temos uma luz de ponto comum usada pela maioria dos eletricistas e mecânicos de automóvel.

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Pelo seu diagrama de blocos, ilustrado na figura 4, observamos que ela é alimentada pela própria tensão de 12 V do carro que está sendo ajustado.

Um circuito inversor gera uma alta tensão da ordem de 400 a 800 volts que alimenta uma lâmpada de xenônio, semelhante às encontradas em flashes fotográficos, sistemas de alerta de viatura de polícia e bombeiros, e usadas também na sinalização de torres e edifícios. Para disparar esta lâmpada utiliza-se o próprio pulso que produz a faísca na vela. Para isso uma sonda é colocada no próprio cabo da vela, conforme mostra a figura 5. Veja que a alta tensão aplicada à vela (que pode superar os 30 000 volts num carro comum) faz com que o contato com o circuito seja desnecessário. Basta colocar o clipe da sonda no cabo que, por indução, temos a tensão que aplicada à lâmpada dispara o circuito provocando o flash de curta duração.

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A luz deste flash é aplicada diretamente no rotor com as marcas. Com o motor em movimento, a lâmpada pulsará rapidamente (em função de sua rotação) paralisando a imagem das marcas em certos pontos. Na figura 6 temos um circuito típico de uma “luz de ponto” que pode até ser montada pelo leitor.

Os transistores de potência devem ser dotados de radiadores de calor e, eventualmente, os resistores de base alterados no sentido de se obter a tensão ideal para o disparo da lâmpada. Valores entre 470 ohms e 4,7 k ohms devem ser 22

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experimentados de acordo com o transformador. O capacitor C3 também deve ser experimentado de acordo com a indutância do enrolamento primário do transformador usado para obter-se melhor rendimento. Valores entre 22 nF e 100 nF são os recomendados. O transformador pode ser de qualquer tipo com 12+12 V de secundário e correntes entre 300 e 800 mA. O enrolamento primário que serve de enrolamento de alta tensão é de 220 V. O capacitor C4 que alimenta a lâmpada de xenônio deve ter de 100 nF a 470 nF com uma tensão de isolamento de pelo menos 800 V. Testes devem ser feitos com este capacitor e o transformador, conforme a lâmpada usada. Em princípio pequenas lâmpadas de xenônio aproveitadas de flashes fotográficos podem ser experimentadas com bons resultados. Na figura 7 damos uma sugestão de placa de circuito impresso para montar este aparelho.

O cabo de conexão à vela deve ser flexível com bom isolamento, dada a sua alta tensão. Os cabos de alimentação 23

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devem ter clipes para ligar na bateria do carro e serem identificados por cores diferentes (vermelho para o positivo e preto para o negativo).

Usando A Luz De Ponto O ajuste com a “luz de ponto” é feito tomando-se como referência as marcas de referência e a marca da polia que está acoplada ao motor. Iluminando o conjunto, a marca móvel vai mudar de posição em relação às marcas de referência, conforme o motor esteja com o sistema de ignição "atrasado" ou "adiantado" em relação ao ponto ideal. Atua-se então sobre a posição de ajuste do distribuidor de modo que a marca coincida com o ponto recomendado, o que é feito com o motor em ponto morto (PMS ou Ponto Morto Superior). O ponto ideal de ajuste da faísca ocorre segundo um ângulo de 8 a 10 graus, mas este ângulo varia de modo automático de acordo com a rotação. Nos motores modernos, o ajuste do ponto é feito de modo automático por meios eletrônicos. O próprio microprocessador, a partir de um sensor verifica o instante em que ocorrem as faíscas, ajustando-o conforme as necessidades de potência do motor. Na verdade, nos motores modernos, o microprocessador determina o instante em que ocorre a faísca em função de diversos parâmetros como, por exemplo, a pressão barométrica, a temperatura do motor e ambiente, a rotação e a própria aceleração impressa pelo motorista. Para estes, o ajuste de ponto pelo método tradicional usando a luz de ponto não se aplica, já que isso é feito pelos sistemas de diagnósticos inteligentes que empregam microprocessadores já programados com todos os parâmetros que devem ser levados em consideração num ajuste ou detecção de problemas.

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Como Funcionam Os Aparelhos De Visão Noturna Ver no escuro não apenas um atributo de alguns animais como a coruja. Na verdade, por mais escuro que esteja para nossos olhos, sempre existe presente uma quantidade mínima de luz (e radiação infravermelha) iluminando os objetos e esta luz é que possibilita a utilização de recursos eletrônicos para se enxergar sob estas condições. Os visores noturnos, que podem ser monóculos ou binóculos como os mostrados na figura 1, utilizam recursos eletrônicos interessantes para amplificar a luz ambiente que nossos olhos não conseguem ver e com isso gerar imagens nítidas daquilo que para nós estaria completamente no escuro.

Não há muito tempo estes visores eram equipamentos de uso militar não podendo ser encontrados à venda. No entanto, hoje estes visores são aparelhos comuns e podem ser comprados em casas especializadas e até mesmo pela Internet. Neste artigo explicaremos como funcionam e como podem ser usados.

O Que Fazem Conforme explicamos, por mais escuro que esteja um ambiente sempre existe uma pequena quantidade de luz presente 25

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ou mesmo radiação infravermelha. Nossos olhos não podem ver esta radiação e assim tudo parece escuro. Mas esta radiação ilumina as coisas, como a luz comum, o que significa que se tivermos um aparelho com sensibilidade suficientemente grande, podemos tornar os objetos sob esta radiação muito fraca perfeitamente visíveis, conforme mostra a figura 2.

Os aparelhos consistem, portanto em amplificadores de luz, capazes de aumentar a intensidade da luz ambiente em até 30 000 vezes, projetando esta imagem numa tela fosforescente onde podemos vê-la. Para estes aparelhos temos duas possibilidades, mostradas na figura 3. Podemos aproveitar exclusivamente a iluminação ambiente existente como, por exemplo, de uma noite estrelada ou mesmo escura em que existe luz, mas nossos olhos não têm sensibilidade para vê-la, ou ainda, iluminar a cena com alguma forma de luz que não podemos ver, como por exemplo luz infravermelha. Para este caso existem aparelhos de visão que vêm com uma pequena lanterna de infravermelho embutida para iluminar a cena que deve ser vista. Observe que neste caso, com o visor vemos a cena iluminada, mas quem está no local sem o aparelho não vê absolutamente nada, pois não podemos perceber a radiação infravermelha. Os próprios fabricantes dos aparelhos de visão noturna vendem acessórios como, por exemplo, holofotes e lanternas de

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radiação infravermelha que podem ser usados em conjunto com os visores, conforme mostra a figura 4.

Instalando um destes holofotes no pátio de uma empresa, para o intruso pode parecer tudo escuro, mas o vigilante com seu 27

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visor noturno tem uma imagem perfeita de sua presença, pois para ele estará tudo claro!... Os vigias, por outro lado podem detectar intrusos até mesmo escondidos em locais muito escuros usando a versão que possui a lanterna infravermelha incorporada ou mesmo usando sua própria lanterna. A amplificação de até 30 000 vezes da luz ambiente torna impossível para qualquer um se esconder na escuridão.

Como Funciona Na figura 5 temos a estrutura básica interna de um visor noturno.

Os fótons de luz ambiente incluindo uma faixa da radiação infravermelha, incidem num foto-catodo submetido a uma tensão negativa muito alta. O resultado é que estes fótons liberam elétrons que então são acelerados por um forte campo elétrico em direção a um anodo carregado positivamente. Com o choque os elétrons liberam não apenas um, mas muitos fótons que então correspondem ao único fóton de entrada que causou a liberação inicial.

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A luz liberada na tela de fósforo é então muito mais forte que a correspondente ao fóton de entrada podendo ser visualizada com facilidade. Veja que o aparelho não distingue cor, ou seja, a frequência correspondente ao fóton incidente, já que os fótons liberados na tela são todos da mesma cor. Isso gera uma imagem com características interessantes: além de esverdeada ela tem os tons mais claros onde a luz ou emissão é mais intensa. O circuito interno do visor além da válvula amplificadora especial inclui uma fonte de alta tensão para polarizá-lo acelerando os elétrons, conforme diagrama de blocos mostrado na figura 6.

Os tipos comuns usam de 2 a 4 pilhas pequenas que podem funcionar durante muitas horas. Temos ainda a considerar os casos em que precisamos alimentar uma fonte infravermelha adicional para iluminar a cena quando não existe luz suficiente para isso. De fato, num ambiente interno, num quarto ou sala, por exemplo, não há luz natural suficiente para iluminar o local a ponto de excitar o circuito com bons resultados. Neste caso a presença de uma fonte artificial, preferivelmente que não seja visível por humanos, é altamente recomendável.

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Os Tipos No comércio encontramos tanto monóculos como binóculos de visão noturna com preços que nos Estados Unidos variam entre 300 e 1200 dólares. Estes visores podem incluir ou não a lanterna infravermelha e muitos fabricantes vendem acessórios interessantes como: a) Lanterna de bolso para infravermelho. b) Filtros infravermelhos que colocados diante de uma lanterna comum a transformam numa lanterna infravermelha. c) Holofotes para serem ligados na rede de 110 V para iluminar pátios ou salões com infravermelho, facilitando assim o uso dos sistemas de visão noturna. Os leitores interessados em mais informações sobre visão noturna podem digitar "Night Vision" em qualquer programa de buscas na Internet.

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Esteganografia - A Arte de Escrever Mensagens Ocultas Esteganografia consiste na arte ou ciência de se escrever mensagens ocultas de tal forma que ninguém saiba que essa mensagem exista. É diferente da criptografia em que a mensagem tem sua existência conhecida, mas não se sabe como decifrá-la. Um texto embaralhado, como o produzido pela famosa máquina Enigma, é um texto criptografado. No entanto, um microponto numa mensagem que ninguém sabe que existe é uma mensagem esteganografada. Um texto “escrito ao contrário” como Leonardo da Vinci costumava fazer, de modo a só poder ser lido com a ajuda de um espelho é um exemplo de criptografia. A palavra “esteganografia” é atribuída a Johannes Trithemius grafada como título “steganographia”, um livro em que o autor tratava destas técnicas como “magia negra”. O leitor não deve confundir esteganografia com estenografia, que é a técnica de se escrever de forma abreviada rápida, muito usada pelas secretárias (não eletrônicas) que antes do advento do gravador tinham de anotar tudo que se passava numa reunião ou mesmo as cartas ditadas pelos chefes. Para se obter um texto esteganográfico é comum que em primeiro lugar ele seja encriptado, ou seja, passe por algum tipo de processamento que o torne ilegível. Depois, o mesmo texto é modificado de alguma maneira que sua presença não possa ser detectada, obtendo-se assim um estegotexto. Um exemplo interessante de esteganografia pode ser dado já nos tempos dos gregos antigos. Naquela 31

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época tábuas com textos secretos eram cobertas de cera de modo que a mensagem ficava escondida. Bastava derreter ou remover a cera para que ela pudesse ser lida. Outro exemplo é dado por Heródoto. Diante da invasão dos Persas, precisando alertar um general sobre isso, mas de forma secreta. O rei mandou raspar a cabeça de um escravo, onde escreveu a mensagem. Depois que o cabelo cresceu, mandou o escravo procurar o general com a ordem simples de raspar a cabeça. Se caísse em mãos inimigas o escravo não saberia dizer o conteúdo da mensagem (pois não pode ler o que estava em sua cabeça) e os inimigos certamente não pensariam em procurar lá a mensagem. Evidentemente, em nossos dias, em que as mensagens precisam ser enviada rapidamente, essa técnica não funcionaria. Mas, em nossos dias existem variações muito interessantes para a tecnologia usada na esteganografia que podem estar neste momento sendo usadas. Um exemplo moderno, pode ser dado nos próprios arquivos que circulam pela Internet e que podem esconder mensagens secretas de uma forma extremamente interessante.

Esteganografia Digital Informações comuns enviadas na forma digital apresentam uma característica que facilmente permite que elas sejam usadas para codificar mensagens codificadas na forma oculta. Partindo do fato de que as imagens digitais são formadas por conjuntos de bits que representam a porcentagem com que cada cor está presente, podemos usar isso de uma forma muito interessante, conforme encontramos em documentação na Internet. Uma imagem em bitmap, por exemplo, usa 24 bits para 8 bits para representar a cor de cada pixel. Com 8 bits temos 256 níveis de cores primárias, o que é mais do que suficiente para podermos combinar esses níveis, obtendo milhões de combinações para as cores finais. Se reduzirmos essa quantidade pela metade, nossa visão provavelmente não vai notar muita diferença. Isso significa que podemos usar, por exemplo, os 2 últimos bits da proporção em 32

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que cada cor entra em cada ponto de uma imagem em bitmap, para embutir uma mensagem ou uma imagem secreta. Com dois bits de cada ponto de cor, temos 6 bits o que é mais do que suficiente para embutir numa imagem caracteres e números, além de sinais gráficos. Para que o leitor tenha uma ideia do potencial em que isso ocorre, encontramos na Wikipedia um interessante exemplo de estenografia feita com uma imagem em bitmap, usando 2 bits de cada componente de cor. A imagem original enviada é a mostrada na figura abaixo.

Removendo-se os dois últimos bits de cada componente de cor do arquivo bitmap dessa imagem, obtém-se uma imagem praticamente negra. No entanto, aumentando o brilho dessa imagem em 85 vezes, obtém-se a imagem mostrada na próxima foto do gato. Quanto maior for a quantidade de bits usada na transmissão de uma imagem, mais fácil é esconder uma mensagem ou uma segunda imagem, sem que isso seja percebido e com a possibilidade de se obter maior capacidade de ocultação para a mensagem secreta. Por esse motivo, as imagens digitais disponíveis na Internet, são um “prato cheio” para os mal-intencionados que desejam enviar mensagens secretas de maneira praticamente indetectável. 33

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Especula-se que o próprio Bin Laden tenha usado esse recurso para enviar ordens aos seus subordinados, de uma maneira simples, se bem que isso não tenha sido provado. Bastava aplicar uma técnica de extração simples da imagem disponível, para revelar imediatamente a mensagem ou imagem esteganografada! O mais grave dessa técnica é que a introdução da informação secreta numa imagem comum torna-a praticamente indetectável. Não há praticamente nenhuma alteração visível na imagem enviada que possa levar um eventual interceptador a desconfiar de alguma coisa, conforme vimos nas imagens dadas como exemplo. Na própria transmissão de imagens digitais com compressão JPEG ou MPEG pode-se ter a inclusão de mensagens secretas esteganografadas com facilidade. Na transmissão de imagens na forma comprimida é comum a introdução de ruído em substituição a certa redundância (abordamos esse assunto em série de artigos que escrevemos sobre TV Digital). Esse ruído, no caso da TV digital e de imagens comprimidas (que podem ser enviadas para celulares) consiste 34

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em um conjunto de bits aleatórios. No entanto, nada impede que eles sejam substituídos por uma sequência não aleatória que leve uma mensagem secreta. Somente o receptor que saiba desse conteúdo pode aplicar o algoritmo que faça a sua extração. Os demais não terão sequer a ideia de que essa mensagem existe! Para eles aqueles bits a mais, se acessados, serão interpretados como ruído.

Outras Técnicas Existem diversas técnicas interessantes, algumas envolvendo eletrônica, que permitem ocultar uma mensagem em outra, aparentemente inocente ou mesmo em imagens ou objetos. Vamos citar algumas. 

Tinta invisível Pode-se escrever uma carta inocente a um parente e nas entrelinhas uma mensagem secreta com tinta invisível. Somente quem sabe da existência da segunda mensagem, pode fazer sua revelação. Se o leitor gosta de experimentar com coisas diferentes, pode escrever sua mensagem secreta com a tinta invisível, para a qual damos a fórmula a seguir (que não é nada secreta). Dissolva meio-a-meio água e detergente comum, enchendo com a mistura uma caneta-tinteiro comum. Escreva a mensagem de disfarce com uma caneta esferográfica comum e nas entrelinhas a mensagem secreta com a tinta invisível descrita. Esperando que a tinta “seque” você vai ver que a mensagem secreta desaparece. Para revelar basta molhar a folha de papel ou ainda queimá-la levemente ao calor de uma lâmpada incandescente, conforme mostra a figura ao lado.

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Micropontos Essa é uma técnica muito usada pelos espiões da era anterior a James Bond (que é de “alta tecnologia”). Os espiões na segunda guerra mundial usaram muito desse recurso. A técnica consiste em se fotografar a mensagem ou plano secreto e depois reduzir a imagem a um microponto usando uma câmera fotográfica especial adaptada a um microscópio invertido, conforme mostra a capa ao lado uma capa de revista da Leica (máquinas fotográficas) de 1934. O microponto pode então ser colocado sob o selo de uma carta comum ou mesmo substituir um pingo no “i” de um determinado texto, já conhecido por quem vai receber a mensagem. Diversos micropontos numa mensagem permitem enviar longos documentos e planos secretos.

Terrorismo e Contramedidas Especula-se que as ordens dadas por Bin Laden para o ataque de 11 de setembro tenham sido feitas através de imagens esteganografadas colocadas em sites públicos como o eBay. As mensagens estariam “perdidas” nas milhões de imagens que circulam pela internet e somente quem soubesse exatamente onde elas estariam e como extraí-las teria acesso. Os terroristas do Al-Qaeda também estariam usando mensagens via E-mail com textos ocultos, que facilmente passariam desapercebidos em textos comuns, como as técnicas esteganográficas ensinam. No entanto, muitas dessas especulações perderam sua força quando o correspondente Jack Kelley, um dos que afirmava 36

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a existência dessas técnicas foi pego num grande escândalo em 2004, por forjar histórias fantásticas inventando fontes inexistentes. O próprio New York Times andou publicando em 2001 artigos afirmando que o Al-Qaeda usada técnicas esteganográficas para contatar seus agentes. Posteriormente, entretanto, foi capturado um manual de treinamento daquela organização e nele não havia nenhuma citação a qualquer técnica esteganográfica (ou ela também estaria esteganografada para ninguém saber...). Segundo manual, os militantes daquela organização ainda se baseavam em técnicas antigas de cifras e códigos para suas mensagens. De qualquer forma, o fato de sabermos que a tecnologia existe e que é possível esteganografar mensagens disfarçadas em praticamente qualquer coisa nos leva a repensar nossa capacidade de análise. A análise de mensagens esteganografadas é denominada “esteganoanálise”. Uma maneira simples de tentar detectar uma mensagem oculta que esteja disponível na forma de uma imagem na internet ou outro arquivo é comparar o arquivo dela com o arquivo da imagem original, detectando alterações. É claro que, para isso, devemos ter acesso ao arquivo original. Partindo do fato de que um eventual agente pode usar uma imagem disponível na internet para “embutir” sua mensagem, a descoberta da imagem original pode ser de grande valia para a decodificação da mensagem secreta. Existem até softwares comerciais que fazem isso! O que pode atrapalhar é que a aplicação de algoritmos de compressão numa imagem, que em alguns casos atuam de maneira aleatória, ou conforme o meio de transmissão, faz com que mesmo imagens que não transportem nada de especial além dela mesma, sejam diferentes nos arquivos, conforme o local em que sejam recebidas.

Conclusão Unida à criptografia (arte de cifrar mensagens) a esteganografia consiste numa poderosa ferramenta para os agentes secretos, terroristas e espiões de todos os níveis. Não sabemos quantas das imagens que “inocentemente” acessamos 37

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na Internet, algumas das quais bonitas o suficiente para baixarmos como nosso pano de fundo, não trazem em suas “entrelinhas digitais”, informações capazes de abalar o mundo como fórmulas secretas roubadas de laboratórios, receitas de armas químicas, planos de mísseis e até mesmo bombas nucleares. O leitor já pensou na possibilidade do pano de fundo baixado da Internet que agora decora a tela do seu monitor, não trazer em seu arquivo um terrível segredo capaz de acabar com o mundo!

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Como Funciona o Raio X Neste artigo explicamos o a princípio de funcionamento dos aparelhos de raio X que são usados na medicina, na indústria, em equipamentos de segurança e em muitas outras aplicações práticas. De que modo uma radiação pode penetrar em nosso corpo e revelar o que há no seu interior é assunto do deste "Como Funciona" apresentado em nosso site. Como pode uma radiação atravessar corpos materiais espessos e revelar o que há do outro lado ou mesmo no interior? Certamente esta é a curiosidade que muitos leitores manifestam, logo imaginando coisas que nem sempre são possíveis, como aparelhos para ver através de paredes" ou para revelar a presença de pessoas e objetos escondidos. Entender o que é o raio X e como funcionam os equipamentos que o usem vai ajudar o leitor a entender também o que é possível e o que não é possível para fazer esta radiação penetrante. Explicamos neste artigo de maneira bastante simples o que são os raios X, como são produzidos e como são usados.

O que são os Raios-X Cargas elétricas em movimento oscilatório produzem ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço à velocidade e 300 mil quilômetros por segundo. Dependendo da frequência, ou seja, do número de oscilações que a carga ou cargas que produzem a radiação tem, as ondas terão propriedades e, portanto, usos diferentes. Para as frequências mais baixas temos as ondas de rádio. Nas frequências um pouco mais elevadas temos a radiação infravermelha e aumentando um pouco mais esta frequência chegamos a um tipo de radiação que podemos ver, ou seja, a luz visível. Acima da luz visível temos a radiação ultravioleta, conforme mostra a figura 1 onde representamos o espectro eletromagnético, ou seja, o conjunto de todas as frequências que podem ser produzidas. 39

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Figura 1 – O espectro eletromagnético A medida que aumenta a frequência da radiação diminui o comprimento de onda, de tal forma que chegando a luz visível já temos radiações com comprimentos de ondas tão curtos que são medidos em frações de milímetros ou angstroms. Um angstrom (A) equivale a 10-10 metro, o que sem dúvida representa algo muito pequeno. Observe que acima dos raios ultravioletas encontramos uma espécie de radiação cujo comprimento de onda varia entre alguns angstroms a menos de 1 angstrom. As ondas eletromagnéticas podem contornar objetos cujos comprimentos ou dimensões sejam menores que ela. Urna onda de 300 metros como a de urna estação de rádio de ondas médias (operando em 1 MHz) pode facilmente contornar objetos como casas, carros e mesmo morros e chegar a um rádio do outro lado (figura 2).

Figura 2 – Ondas longas contornam grandes obstáculos Por outro lado, ondas de comprimento muito pequeno como as de radar e de luz não conseguem passar por objetos, mesmo pequenos e são refletidas (figura 3). 40

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Figura 3 – Ondas curtas refletem em objetos E por este motivo que não podemos ver através de nosso corpo, de objetos comuns (de determinados tipos), da parede, etc. As ondas de luz não conseguem atravessar estes obstáculos; E claro que existem objetos em que a disposição dos átomos forma uma rede cristalina ou ainda um espaçamento que permite a passagem das ondas, o que nos leva aos objetos transparentes como o vidro, a água, o próprio ar etc. (figura 4).

Figura 4 – Objetos transparentes Em materiais densos como o ferro, a terra, a madeira não há espaço para que as ondas de luz passem e estes objetos são opacos. Existem materiais em que os raios podem passar sem 41

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problemas, não sofrendo desvio de trajetória, como o vidro transparente. Podemos então "ver" do outro lado uma imagem sem nenhuma distorção. Por outro lado, os materiais em que os raios de luz passam, mas sofrendo algum desvio de trajetória, vemos luz, mas não a imagem do que está do outro lado. Isso ocorre com o vidro leitoso em que vemos apenas o “vulto" do outro lado, mas não uma imagem clara, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Materiais translúcidos como o vidro leitoso No caso dos raios X o comprimento de onda é tão pequeno que uma boa parte pode passar por entre os átomos de quase qualquer material. Apenas no núcleo estes raios podem sofrer desvios, mas como estas partes são muito pequenas em relação ao átomo no todo, não há muita influência, a não ser em alguns casos que veremos. A figura 6 mostra o que ocorre. Resumindo, os raios X têm a mesma natureza da luz comum, ultravioleta e infravermelho. Como possuem comprimentos de onda muito pequeno podem passar por entre os átomos e um corpo.

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Figura 6 – Os raios X podem passar por entre os átomos

Produzindo Raios X A descoberta dos raios X foi quase acidental. No dia 8 de novembro de 1895, W.K.Roentgen, um cientista alemão, fazia experiências com o tubo de Crookes, tendo coberto o dispositivo com um pedaço de cartão preto. O tubo de Crookes, conforme mostra a figura 7, consistia no antecessor do tubo de raios catódicos, empregado durante bom tempo como Cinescópio em televisão.

Figura 7 – O tubo de Crookes 43

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O Este tubo constava de um bulbo de vidro no qual era feito o vácuo. No seu interior havia um filamento que aquecido e ligado ao negativo de uma bateria emitia elétrons em direção a um segundo elemento denominado anodo. O filamento que funcionava como um catodo produzia então um fluxo de elétrons que passou a ser denominado de raios catódicos, por seu descobridor, Sir William Crookes. Mas, o que Roentgen notou na sua experiência é que um pedaço de material fluorescente colocado nas proximidades do tubo, se iluminava com sua ligação, mesmo estando distante e havendo o cartão para envolver o tubo, conforme mostra a figura 8.

Figura 8 – A descoberta dos raios X Alguma espécie de radiação misteriosa conseguia emanar do tubo, passar pelo cartão e incidir no material fluorescente fazendo-o brilhar. Muito apropriadamente, por desconhecer a natureza da radiação Roentgen chamou-a de Raio-X. Hoje sabemos que se trata de ondas eletromagnéticas de reduzidíssimo comprimento de onda e por isso muito penetrantes, que são produzidas quando elétrons emitidos pelo catodo dos tubos incidem no anodo. Os tubos modernos de raios X operam com tensões elevadíssimas da ordem de 100 000 V, que aceleram elétrons de tal forma que ao incidirem num eletrodo carregado positivamente liberam a radiação, conforme vemos na figura 9.

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Figura 9 – Um tubo de raios X

As Propriedades No início, assim como no caso da radiação nuclear, não se suspeitava dos perigos do raio X, levando-se em conta apenas seus benefícios. Os raios X podiam atravessar o corpo humano, mas eram levemente bloqueados pelos ossos que então apareciam na forma de sombras e isso levou a medicina a um uso muito intenso desta radiação. Os aparelhos de raio X nada mais são do que emissores desta radiação que são apontados para uma tela fluorescente ou então uma chapa fotográfica. O paciente era então colocado entre os dois de modo que os raios pudessem atravessá-lo e com isso excitar ou a tela ou a foto, como mostra a figura 10. Para vermos através de um objeto, este deve ser intercalado entre a fonte e o sensor, o que mostra ao leitor capaz de deduzir facilmente as coisas, que não é tão simples fazer algum dispositivo baseado nesta forma de radiação capaz de "ver através de paredes". No entanto, ao atravessar o corpo vivo, os raios X, pela sua alta energia também produzem alguns efeitos indesejáveis. Células de nosso corpo são mortas, e algumas de partes em que, normalmente não ocorre a reposição pelo organismo. Isso significa que os efeitos da radiação se acumulam com o tempo e o dano ao organismo é irreparável. Dizemos que se trata de um efeito cumulativo.

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Figura 10 – A radiografia E por esse motivo que a quantidade de chapas de Raios X que uma pessoa pode tirar deve ser limitada a um valor mínimo, e a própria intensidade de radiação precisa ser rigorosamente controlada. Os próprios profissionais de Raios X devem ter muito cuidado na operação do equipamento, e tirar férias prolongadas para uma “recuperação" das células que são destruídas. Hoje em dia, equipamentos com baixas energias e menos perigosos são usados neste trabalho, minimizando os perigos ao paciente e ao operador. Mesmo as grossas proteções de chumbo, ou os aventais de chumbo que os profissionais usam não bloqueiam totalmente os raios X e isso deve ser levado em conta. E claro que uma ou duas chapas por ano, ou em casos de necessidade extrema trazem muito mais benefícios do que malefícios e não devem ser rejeitadas. Em substituição aos raios X nos casos em que são necessários exames muito frequentes 46

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outras técnicas como o (veja artigo no site) são destrutivas. Entretanto, as encontram utilidades em

ultrassom ou a ressonância magnética bem melhores, pois usam radiações não propriedades dos outros campos.

raios

X

também

Usos do Raios X O comprimento de onda muito pequeno dos raios X permitindo sua passagem por entre os átomos possibilita de uma maneira precisa a análise da estrutura dos materiais. Passando um feixe de raios X por um material *em que os átomos tenham uma disposição ordenada, como num cristal, ocorrem difrações que formam padrões como amostrada na figura 11.

Fig. 11 - Padrão de difração de raios X num cristal. Podemos então estudar pormenores da estrutura de um material analisando a disposição dos átomos através de raios X. Isso e aproveitado na indústria para o estudo de materiais com grande precisão. Uma aplicação conhecida por muitos leitores que já viajaram por via aérea é na segurança dos aeroportos. Um emissor de raios X é colocado de tal forma que as bagagens passem por ele conforme mostra a figura 12.

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Figura 12 – Raios X dos aeroportos Do outro lado existe uma tela fluorescente ou então uma câmera sensível que podem fornecer imagens de malas e bolsas sem a necessidade de abertura. Armas e outros objetos de metal, por serem menos transparentes aos raios X fornecem sombras bem definidas que permitem acusá-los.

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Como Funciona o Sistema de Ignição Quando a mistura ar-combustível é comprimida no cilindro de um motor, sua queima ou ignição não ocorre espontaneamente. É preciso que haja uma excitação externa para que isso ocorra. Esta excitação é uma faísca elétrica de alta tensão. Para que ocorra a ignição precisamos de uma faísca de pelo menos 12 000 volts com correntes de pelo menos 40 a 60 mA. Essa faísca deve ser produzida por uma vela. A produção da faísca se deve ao que denominamos “rigidez dielétrica do ar”. Os isolantes só podem deter a circulação de uma corrente até uma determinada tensão. Se aplicarmos uma tensão maior do que um determinado valor, o material deixa de ser isolante podendo conduzir a corrente. Salta uma faísca. Para o ar isso ocorre com uma tensão de 10 000 volts por centímetro. Isso significa que duas esferas separadas de uma distância de 1 cm só podem impedir a circulação da corrente se a tensão entre elas for menor do que 10 000 volts. Acima disso, a faísca salta, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Faísca entre duas esferas A bateria de um carro atualmente só fornece 12 V, sendo por esse motivo necessário dispor de um sistema que eleve a tensão para os12 000 volts ou mais necessários à produção da faísca. A faísca é produzida por uma vela, conforme mostra a figura 2. 49

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Figura 2 – Uma vela produz a faísca Os primeiros sistemas eram muito simples, basicamente formados por um circuito elétrico com um transformador (bobina), no entanto, com o tempo esse sistema foi evoluindo e hoje os sistemas de ignição levam muita eletrônica. No entanto, os sistemas eletrônicos de ignição só serão estudados no próximo capítulo. Neste capítulo vamos nos dedicar ao sistema básico e seus elementos, analisando o seu princípio de funcionamento. O sistema de ignição do automóvel não tem apenas a função de gerar a faísca de alta tensão necessária a combustão, mas também garantir que isso ocorra no instante certo.

A bobina de ignição O componente principal do sistema de ignição convencional é a bobina de ignição cuja finalidade é justamente aumentar a tensão de 12 V da bateria para um valor suficientemente elevado que produza a faísca desejada nas velas. Esta bobina é na realidade um “autotransformador” que gera de 12 000 a 40 000 volts, dependendo do tipo do carro, e tem seu princípio de funcionamento analisado a seguir. Conforme 50

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mostra a figura 3, a bobina é formada por dois enrolamentos: primário e secundário.

Figura 3 - Os terminais (+) e (-) correspondem ao enrolamento primário. O enrolamento primário tem poucas voltas de um fio mais grosso e o enrolamento secundário é formado por milhares de voltas de um fio mais fino. Na verdade, o enrolamento secundário de uma bobina de ignição chega a ter dezenas de quilômetros de fio esmaltado fino! A relação entre as voltas do enrolamento primário e do enrolamento secundário determinam a tensão que vai sair no terminal de alta tensão quando aplicamos os 12 V no enrolamento de baixa tensão. Por exemplo, se o enrolamento primário tiver 100 voltas de fio e o enrolamento secundário 100 000 volta, a tensão ficará multiplicada por 1 000. Assim, aplicando 12 V no primário teremos 12 000 V no secundário, conforme mostra a figura 4. No entanto, como qualquer transformador, a bobina de ignição é um componente que só funciona quando a corrente nos seus enrolamentos varia.

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Figura 4 - O funcionamento do transformador. A ligarmos acontece mostra a

bobina não funciona com corrente contínua pura. Se o enrolamento primário diretamente à bateria não nada e não saem os 12 000 V no secundário conforme figura 5.

Figura 5 - Ligando diretamente os 12 V na bobina não há indução A indução de uma alta tensão na bobina só ocorre em dois momentos: quando o circuito é fechado e no momento em que o circuito é aberto, conforme mostra a figura 6.

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Figura 6 - A indução só ocorre quando a corrente varia (liga ou desliga) No circuito da ignição do carro, este momento é determinado pela abertura e fechamento do platinado, que funciona como uma chave que liga e desliga a corrente. Abrindo e fechando, ele determina então o instante em que a alta tensão é gerada e a faísca produzida na vela. Mas, o sistema de ignição não é apenas isso. Vamos fazer uma análise do circuito. O teste básico de uma bobina de ignição pode sr feito com o multímetro, medindo-se a continuidade dos enrolamentos. No entanto, não é um teste conclusivo, pois não acusa eventuais curtos. Veja nos livros “Como testar Componentes” mais como fazer o teste de transformadores.

O Circuito Completo Analisado o funcionamento dos dois componentes principais de um sistema de ignição convencional, podemos ver o funcionamento do circuito completo. Partimos então do circuito mostrado na figura 7 que corresponde ao sistema de ignição convencional de um carro com motor de 4 cilindros. Entendendo como este sistema funciona será fácil passar o mesmo princípio para motores com outros números de cilindros.

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Analisando o Circuito Na figura 7 temos então o circuito de um sistema de ignição tradicional com platinado, bobina de ignição, distribuidor e velas.

Figura 7 – Circuito completo de um sistema de ignição básico Os instantes em que as faíscas nas velas devem ser produzidas é determinado por uma peça excêntrica acoplada ao motor e que comanda o platinado, conforme mostra a figura 8.

Figura 8- Um platinado comum. Essa peça nada mais do que um interruptor acionado por um excêntrico acoplado ao motor. Quando o motor gira, este interruptor fecha e abre seus contatos, estabelecendo assim uma corrente por um instante. Assim, num motor de 4 cilindros ou 4 tempos precisamos de 4 faíscas, uma em cada vela, em cada volta do motor. O 54

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comando do platinado faz então com que em cada volta do motor ele dê quatro voltas e com isso feche o platinado 4 vezes. Como o platinado está ligado ao primário da bobina de ignição, temos a produção de 4 pulsos de alta tensão a cada volta do motor. No entanto, estes pulsos devem ser enviados para as velas correspondentes na ordem certa, ou seja, de acordo com o instante em que cada cilindro alcança o grau de compressão ideal para a combustão. Veja que os cilindros se movem de tal forma que eles atingem esse ponto em instantes diferentes. Isso é dado pela árvore de manivelas (virabrequim). Para dirigir a alta tensão para a vela correspondentes, entra em ação uma outra peça que também é comandada pelo movimento do motor: o distribuidor. O distribuidor nada mais é do que uma chave rotativa que gira, fazendo contato em instantes diferentes com os fios que vão para a vela. Assim, ele deve estar na posição exata que corresponde a uma determinada vela quando a alta tensão para esta vela é produzida e deve ser enviada a ela, conforme mostra a figura 9.

Figura 9 – Quando o rotor gira ele faz contato com os terminais dos fios que vão as velas situados na tampa A alta tensão escapa com extrema facilidade na presença de umidade, daí a necessidade do distribuidor ser muito bem vedado. Qualquer umidade provoca o escape da alta tensão e a falha do motor. Na figura 10 um distribuidor completo. 55

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Figura 10 – Um distribuidor comum O ponto final do sistema é a vela que, ao receber a alta tensão produz a faísca que provoca a ignição da mistura combustível + ar no interior do cilindro. A vela nada mais é do que uma peça que tem dois eletrodos. Um deles é aterrado (ligado ao bloco do motor) e o outro recebe a alta tensão. Quando isso ocorre, temos uma faísca elétrica. A queima constante do combustível e a própria alta tensão provoca a corrosão e queima dos contatos da vela que acaba por produzir faíscas menos eficientes. Nestas condições o motor deixa de ter o rendimento desejado e até falha. na figura 11 temos uma vela comum.

Figura 11 – A Vela O elemento final deste conjunto básico é o pequeno condensador ou capacitor que é ligado junto ao platinado. Ele evita que ocorram faíscas na comutação da corrente, o que 56

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desgastaria os contatos desta peça e também provocariam ruído elétrico capaz de interferir no rádio. Já repararam que parando com o rádio AM ligado perto de um carro antigo (anterior à ignição eletrônica) você “ouve” o motor neste rádio? São as interferências provocadas pela corrente no sistema de ignição.

Figura 12 – Capacitor usado no platinado e no distribuidor

EMI Uma preocupação muito grande em nossos dias é evitar a irradiação de interferências eletromagnéticas (EMI) por qualquer tipo de equipamento, e isso ocorre no caso dos automóveis. Sinais gerados pelos sistemas elétricos e eletrônicos em veículos podem afetar o funcionamento de equipamentos de comunicações próximos ou instalados no próprio veículo.

Quem Inventou a Vela de Ignição? De acordo com a Enciclopédia Britannica vela de ignição é definida como um dispositivo que fica dentro do cilindro de um motor que possui dois eletrodos separados. Quando alta tensão é aplicada, ocorre uma descarga, produzindo uma faísca que provoca a ignição da mistura ar + combustível. A vela foi inventada por Sir Oliver Lodge responsável pelo motor com ignição elétrica. Seus filhos foram além com a ideia criando a Lodge Plug Company que fabricou velas durante muito tempo.

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Na década de 1900 o maior produtor de velas era a França com o francês Albert Champion que corria com bicicletas e carros época., sendo responsável pela marca Champion até hoje conhecida. Em 1904 a fábrica Champion mudou-se para Flint, Michigan – USA dando início a marca AC-Spark Plug Company. O nome Champion, Lodge e outros são ainda hoje associados a marcas de velas.

Velas Champion e Lodge

Oliver Lodge, inventor do motor com ignição por vela

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A Sonda Lambda Os motores de combustão interna usados nos automóveis como o nome sugere, queimam gasolina, ou seja, retiram para seu funcionamento a energia liberada numa reação química de combustão. O rendimento do motor é máximo quando todo o combustível injetado no motor é queimado, isto é, todo o combustível se combina com o oxigênio numa reação química. O resultado dessa queima é a produção de uma certa quantidade de gases que são emitidos via escapamento para o meio ambiente, conforme mostra-a figura 1.

Figura 1 – Emissão de gases por um veículo Na prática, diversos problemas podem surgir com o funcionamento do motor, e a sua própria variação de regime de operação faz com que a combustão não seja completa havendo sobra de oxigênio ou de combustível, ou ainda a produção de substâncias resultantes de uma combinação incompleta do oxigênio com o combustível. A compensação da quantidade de combustível injetada no motor e do oxigênio de acordo com regime não é simples, pois envolve não apenas o monitoramento rápido e constante dos gases resultantes da emissão, mas também uma ação do circuito que controla os bicos injetores e a própria entrada de ar. Os microprocessadores têm as características necessárias à escapamento realização desta compensação e controle, assim como os dispositivos ejetores, mas e o caso do sensor de gases?

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Nos escapamentos dos veículos automotores atuais encontramos um dispositivo sensor que tem por finalidade justamente fazer o monitoramento constante da quantidade de gases emitidos, verificando que tipo de compensação deve ser feita para termos sempre o mínimo de emissão de gases nocivos e o máximo rendimento do motor. Este dispositivo, um sensor, é denominado “SONDA LAMBDA".

Porque Sonda Lambda Conforme explicamos, o que ocorre no interior de um motor quando ele funciona é uma reação química de combustão. Isto quer dizer que a quantidade de combustível e de comburente deve ser tal que a combinação seja completa. Dizemos que a reação é completa porque as quantidades de combustível e comburente estão numa relação estequiométrica. Para o caso da água, por exemplo, sabemos que a combustão completa ocorre quando temos 2 g de hidrogênio para cada 16 g de oxigênio. Para os motores de combustão interna analisados a combustão completa do hidrogênio e do carbono formam as cadeias dos hidrocarbonetos das quais é feita a gasolina, conforme mostra a figura 2.

Fig. 2 - A queima da gasolina (as cadeias CH têm diversos comprimentos na gasolina). A relação estequiométrica definida para o caso da gasolina é de 14,7 para 1 ou 14,7:1, o que significa que deve ser aplicado 60

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ao motor 14,7 centímetros cúbicos de ar para cada centímetro cúbico de combustível. Se houver mais combustível do que comburente, dizemos que a mistura aplicada ao motor é rica, e se a quantidade de combustível for menor que a de comburente, dizemos que a mistura é pobre. Os engenheiros automotivos usam uma expressão para definir a mistura, a qual é dada por: λ = (ar/combustível)/(ar/combustível estequiométrico) É fácil perceber que o valor de λ (lambda) será 1 para uma mistura ideal ou estequiométrica; será menor do que 1 para uma mistura rica; e maior que 1 para uma mistura pobre. O nome correto do sensor é sensor de EGO" (Escape Gas Oxigen), já que ele se baseia na presença ou não do oxigênio excedente no gás do escapamento, mas o nome de SONDA LAMBDA também se popularizou.

Sonda Lambda Existem alguns dispositivos semicondutores cuja resistência varia em função da quantidade de oxigênio que absorvem. Como a combustão completa que deve ocorrer num motor em funcionamento perfeito significa a ausência de oxigênio nos gases de escape, estes dispositivos podem ser usados para a finalidade proposta: controle da combustão do motor. A SONDA LAMBDA consiste num sensor linear ar/combustível que pode fornecer uma saída que varia linearmente conforme a concentração de oxigênio na mistura dos gases de escape. A função desse sensor é monitorar constantemente a mistura dos gases de escape do motor enviando informações para o microprocessador que poderá atuar sobre os elementos de admissão de ar e injeção de combustível de modo a manter a mistura estequiométrica para as condições de operação naquele momento.

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Na figura 3 temos uma vista em corte de um sensor deste tipo a partir do qual analisaremos o seu princípio de funcionamento.

Figura 3 – Sensor de óxido de zircônio Os tipos mais comuns de sensores de oxigênio são de óxido de zircônio (ZrOZ) e de óxido de titânio (TiOQ). Na figura vemos o aspecto deste tipo de sensor, que funciona da seguinte maneira: Um pedaço de óxido de zircônio forma o elemento sensível do sensor, sendo dotado de eletrodos finos de platina fixados em suas faces internas. A parte externa é exposta ao meio ambiente de modo a poder absorver o gás nele existente havendo para isso um recobrimento poroso. Quando os átomos de oxigênio se ionizam, eles tendem a apresentar dois elétrons em excesso. O óxido de zircônio tende a atrair estes íons que se acumulam em sua superfície junto aos eletrodos. Desta forma, na presença deste íon temos uma concentração maior deles nesta face do que na outra, que é exposta ao ar ambiente e serve de referência. Aparece, assim, no material um campo elétrico cuja orientação e intensidade dependem justamente da diferença de concentração dos íons de oxigênio das duas faces assim como da temperatura. Ligado a um amplificador, a tensão entre os eletrodos que é criada por este campo poderá ser aplicada a um circuito de processamento.

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Outro Tipo De Sensor Outro tipo de sensor utilizado para determinar a concentração de oxigênio nos gases dos canos de escape dos veículos é o de óxido de zircônio (ZrO2) estabilizado com óxido de ítrio (YO3), e que é visto em corte na figura 4.

Fig. 4 - Sensor de óxido de Ítrio O óxido de ítrio é o elemento de difusão que é aquecido por um elemento resistivo. Em operação, urna tensão é aplicada ao dispositivo para elevar sua temperatura ao ponto de operação. Ele funciona baseado na difusão de íons através do elemento sensor que, então, passa a apresentar uma resistência dependente de sua concentração. Na figura 5 temos um circuito típico de aplicação desse sensor em que o elemento amplificador é um amplificador operacional. Aplica-se uma tensão de referência na entrada não inversora de modo que a tensão de saída passe a ser essa tensão de referência multiplicada pelo ganho do circuito. No circuito de realimentação que determina o ganho, está ligado o sensor. Dessa forma, a tensão de saída diminui quando a resistência apresentada pelo sensor também diminui, pois o ganho do circuito se torna menor. Uma curva de resposta do circuito é mostrada na figura 6. 63

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Figura 5 – Circuito para o sensor

Figura 6 – Curva de resposta do circuito da figura 5 É importante observar que a resistência do sensor é bastante alta, tratando-se, portanto, de um dispositivo de alta impedância, daí a necessidade de se usar um amplificador operacional neste tipo de aplicação.

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Conclusão A preocupação com a emissão de gases que possam resultar de uma combustão incompleta é cada vez maior em nossos dias por dois motivos. Um deles é que não se tem o aproveitamento ideal do próprio combustível acarretando um aumento do consumo. Os veículos além de apresentarem o rendimento máximo, devem ser econômicos, obtendo mais potência por litro de gasolina consumido. A segunda preocupação é com o próprio meio ambiente. Uma combustão incompleta faz com que sejam lançados na atmosfera gases nocivos capazes de afetar a saúde humana e o próprio meio ambiente. A Eletrônica pode ter uma ação decisiva no sentido de se obter o funcionamento ideal dos motores com a ajuda de sensores semelhantes aos que analisamos assim como pelo uso de processadores alimentados com programas que sejam capazes de levar o motor ao ponto de funcionamento ideal independentemente das suas condições de operação.

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Radar nas Estradas Se levarmos em conta a própria natureza, veremos que o Radar não consiste em novidade, fruto apenas da imaginação humana. Animais bem conhecidos já empregam um sistema semelhante de detecção em proveito próprio, sem necessitarem de circuitos eletrônicos ou dispositivos semelhantes. Falamos do morcego, que pode voar em escuridão total sem colidir com qualquer obstáculo, detectando sua presença por meio de um sofisticado sistema de orientação cujo princípio de funcionamento é o mesmo que hoje empregamos nos modernos Radares e nos Sonares. O que o morcego possui, na realidade, é um Sonar, pois se baseia em ondas de som, e não de rádio, mas se entendermos seu funcionamento, será fácil transpor as explicações para os equipamentos de Radar. Os morcegos podem emitir sons de curta duração e de elevadíssima frequência, acima de 40 kHz, os quais, pelo seu pequeno comprimento de onda, podem refletir com facilidade em objetos que estejam em seu caminho. O sistema de audição é extremamente sensível a ponto de poder perceber estes fracos ecos devidos aos objetos, e, além disso, determinar sua direção. O tamanho mínimo do objeto que pode ser detectado pelo eco depende de seu tamanho. Se o objeto for muito menor que o comprimento da onda emitida, ela o contorna e não há eco para ser percebido. (figura 1) Na prática revela-se que não é possível detectar um objeto se ele for menor que 1/10 do comprimento da onda usada.

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Figura 1 – O sistema de sonar do morcego

Figura 2 – Objetos menores que o comprimento de onda não são detectados

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Experimentos com morcegos numa jaula contendo diversas grades com barras finas revelam que eles as contornam com facilidade desde que estas sejam mais grossas que 1/10 do comprimento da onda que emitem. Se forem mais finas, elas começam a bater com frequência, numa revelação de que seu sistema de sonar não funciona (figura 3).

Figura 3 – Experimentando o sonar do morcego Enfim, o Sonar usado pelos morcegos consiste num sistema de orientação que permite a detecção de objetos pelo reflexo de onda sonora. O próprio morcego se encarrega de emitir esta onda, na forma de gritos ultrassônicos de curta duração. Seus aguçados ouvidos formam o sistema de "antenas" capaz de receber o eco de objetos, analisando sua natureza e até seu movimento. Sistema semelhante de Sonar é usado em embarcações, como ilustra a figura 4, para detectar cardumes de peixes e até a profundidade do local.

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Figura 4 – sonar em embarcações

História do Radar O próprio Heirich Hertz, que havia descoberto as ondas de rádio, no século passado, sugeriu que elas poderiam ser usadas na detecção de objetos à distância. Em seus experimentos, ele verificou que as ondas curtas produzidas por seu equipamento, numa frequência equivalente a 500 MHz, refletiam em diversos tipos de objetos. O comprimento correspondente a esta frequência é 60 cm, o que nos dá uma ideia do tamanho mínimo das coisas que poderiam ser detectadas. Em 1903 um pesquisador dinamarquês, chamado Christian Hueslmeyer, fez experiências com a detecção de ondas de rádio, que eram refletidas por grandes objetos, no caso navios.

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Marconi dizia, na mesma época, que as ondas de rádio poderiam ser usadas no auxílio ã navegação, mal suspeitando que algum tempo depois elas seriam indispensáveis! O principal desenvolvimento que levou ao Radar como o conhecemos foi devido a dois pesquisadores americanos Gregory Briet e Merle Tuve que estavam preocupados em estudar os mistérios da alta atmosfera incluindo a propagação das ondas de rádio e a detecção de tempestades. Estes cientistas desenvolveram um método de enviar um pulso de curta duração a partir de um transmissor e receber depois um eventual eco.

Figura 5 – Estrutura básica de um radar Estudando o eco eles pensavam em determinar a distância em que ocorria na alta atmosfera a reflexão das ondas. Problemas de potência Produzir um pulso de ondas de rádio e esperar por um eco: eis o princípio básico do Radar. No entanto, por simples que pareça, as dificuldades técnicas eram muitas e são para os que pretendem um dia montar um sistema “caseiro". Obs. Hoje em dia a tecnologia já permite obter sonares pequenos e baratos que são usados em robôs. O principal problema refere-se à potência do pulso que deve ser produzido ligado ao comprimento da onda. Conforme já demos a entender, o comprimento da onda deve ser muito pequeno, o que implica numa frequência muito alta, se quisermos detectar objetos de razoáveis dimensões. 70

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Por outro lado, a potência precisa ser alta, para que tenhamos num objeto de pequenas dimensões, ou que esteja muito longe, uma quantidade de energia refletida que possa ser detectada com facilidade. Em suma, quanto maior a potência, mais eco teremos e mais fácil será a detecção do objeto. Nas fases iniciais em que se pensava em desenvolver um sistema eficiente de detecção a distância por ondas de radar, não havia dispositivos capazes de produzir ondas de rádio de altas frequências, como as exigidas com potências razoáveis. O primeiro dispositivo prático capaz de produzir oscilações em altas frequências foi a válvula Magnetron, criada em 1921. (figura 6)

Figura 6 – A válvula magnetron Seu nome deve-se ao fato de um feixe de elétrons se espiralar no campo magnético de um imã produzindo assim ondas de curtíssimo comprimento, na faixa de alguns centímetros. Estas micro-ondas, entretanto, não tinham muita potência, alguns miliwatts apenas, mesmo assim, os primeiros radares que usavam este tipo de componente podiam detectar um avião a 70 quilômetros de distância!

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Até 1935 só existiam três maneiras de se gerar sinais de altas frequências para aplicações no Radar: a válvula magnetron, a válvula osciladora de Barkhausen e o sistema de centelhas. Os próprios sinais gerados eram conduzidos até a antena por um único sistema: os fios condutores. Mas, os avanços vieram: já em 1897 Lord Rayleígh havia dito que as ondas de rádio poderiam ser enviadas por "canalizações”. Entretanto, isso não havia sido feito devido justamente à dificuldade em produzir essas ondas. Foi entre 1936 e 1940 que o pesquisador Dr. Len Jen Chu, dos Estados Unidos, desenvolveu a teoria da "Guia de Onda" que permitiu a utilização prática deste dispositivo na condução de sinais de rádio. Nesta mesma época, para ajudar o Dr. Hansen, em Stanford, provou que uma cavidade que ressoasse numa determinada frequência era equivalente a bobinas e capacitores, podendo gerar ou ser sintonizada como um circuito.

Figura 7 – as guias de onda Mas, foi em 1937 que surgiu o dispositivo que daria maior avanço ao Radar: a válvula Klystron. Este tipo de válvula podia produzir uma potência de 1 watt num comprimento de onda de 10 centímetros. A aproximação da segunda guerra viria trazer novos avanços neste importante sistema de defesa. Já nesta época os Alemães aperfeiçoavam seu sistema, tendo inventado o tubo de raios catódicos, se bem que naquele 72

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país ainda não se conseguia ainda produzir sinais de micro-ondas de intensidade suficiente para detectar objetos a distância. Os Nazistas, naquela época, já trabalhavam na ideia de um detector de objetos por ondas de rádio (Radar), baseados nas informações obtidas de espiões no Japão, Estados Unidos e Inglaterra, mas não avançaram muito neste campo (felizmente).

Figura 8 – Um radar O avanço final veio com o desenvolvimento do Magnetron de Cavidade Ressonante. Um grupo de cientistas ingleses dirigidos por M.L.H. Oliphant pegou o magnetron tradicional, e acrescentou uma série de cavidades ressonantes, descoberta recente então, conseguindo assim fazer com que esta válvula gerasse micro-ondas numa potência muito mais alta. De fato, o primeiro Magnetron de Cavidade Ressonante já foi capaz de produzir 10 000 watts de potência num comprimento de onda de 10 cm! Se bem que as aplicações de tais Radares em pouco tempo se voltassem totalmente para finalidades militares (detecção de aviões e navios), os experimentos iniciais foram feitos na detecção de veículos em movimentos, com a observação de que "um dia seriam usados nas rodovias como eficiente ajuda aos policiais!". A partir daí o desenvolvimento mais importante em componentes para radares foi o Diodo Gunn. Este 73

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semicondutor pode tanto gerar sinais de frequências altíssimas (micro-ondas) como detectá-los com muita facilidade. Detectores de Radar, como o da figura 9 são comuns (e permitidos em alguns estados americanos) sendo instalados junto ao espelho retrovisor do carro.

Figura 9 – Detector de radar Quando o sinal do radar da polícia atinge seu sensor, um alerta é disparado, dando tempo ao motorista para reduzir sua velocidade antes de entrar em seu campo de ação!

O Radar finalmente Pelo que vimos, um sistema de Radar simplificado consiste num emissor de ondas de rádio e num receptor capaz de captar ecos de um possível obstáculo que entre em seu campo de ação. O tipo mais simples de radar é o que emite impulsos de curta duração. (figura 10) A mesma antena emissora pode ser usada para receber os ecos, já que o transmissor só fica ligado durante o curto intervalo em que ocorre a emissão. Num display, como mostra a figura 11, podemos detectar exatamente a distância e posição de um objeto, pela posição da antena e tempo de retorno do sinal.

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Outro tipo de radar é o de onda contínua (CW)¡ em que o transmissor opera continuamente, e o receptor, que é ligado a outra antena, capta o eco. Este tipo de radar, numa versão doméstica, pode ser usado para detectar intrusos. (figura 12)

Figura 12 – Radar detector de intrusos As frequências utilizadas nos sistemas de Radar são separadas em Bandas, conforme mostra a tabela.

Veja que estas frequências são elevadíssimas, principalmente as que encontramos nos sistemas utilizados pela polícia rodoviária que estão na banda S e banda X de 8 200 MHz a 12 400 MHz ou de1700 a 2 400 MHz. 76

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Por que uma frequência tão alta? A necessidade de se detectar objetos em movimento e determinar sua velocidade é responsável pelo uso destas frequências. A diferença de velocidade- entre a onda de rádio e o veículo em movimento é tão grande que exige que isso seja feito. O Radar utilizado pela polícia consiste num tipo especial denominado Doppler, porque pode também acusar a velocidade do objeto detectado. Vejamos como isso é feito.

O efeito Doppler e o Radar da Polícia Imagine um veículo que se desloca em velocidade constante tocando sua buzina (que possui uma frequência fixa). Quando o veículo se aproxima de uma pessoa, as ondas emitidas "se contraem" na direção do movimento, chegando em maior quantidade até seu ouvido. Nestas condições o som ouvido é mais agudo que o normal Quando o veículo se afasta as ondas são "esticadas" chegando, portanto, em menor quantidade. O som ouvido é mais grave que o normal (figura 13)

Figura 13 – O efeito Doppler Veja que a alteração é percebida quando o veículo passa diante da pessoa. 77

instantaneamente

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O importante é que esta alteração não se deve ao fato do som emitido sofrer modificações em si, pois o motorista do veículo não a percebe, mas sim devido ao fato da fonte que o emite estar em movimento. Conhecendo a frequência do som alterado e do som original e mais ainda, a velocidade do som, podemos facilmente calcular a velocidade do veículo. Este efeito, denominado Doppler em homenagem ao seu descobridor, também se aplica às ondas de rádio e mesmo à luz. No caso das ondas de rádio se emitirmos um sinal e ele se refletir num objeto em movimento, o eco tem a frequência alterada. (figura 14)

Figura 14 – Alteração da frequência pela velocidade Esta frequência será aumentada se o objeto se aproximar da fonte emissora e diminuída se o objeto se afastar. Neste caso também, se conhecermos a velocidade de propagação das ondas de rádio e a frequência da emissão, pela frequência do eco podemos determinar a velocidade do objeto. Numa montagem sofisticada, o próprio equipamento já pode ser graduado para converter a frequência do sinal refletido diretamente em termos de velocidade e indo mais além, disparar um alarme, se ela superar um valor pré-determinado. O radar de polícia opera justamente segundo este princípio. Numa posição estratégica da estrada, o sistema é montado, emitindo seus sinais de modo que peguem o veículo de 78

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frente, pois o efeito exige isso para que a velocidade medida seja a real. Se o sinal refletir numa trajetória oblíqua, teremos a medida de um componente da velocidade que depende do ângulo considerado, conforme sugere a figura 15.

Figura 15 – Trajetória oblíqua O sinal refletido pelo veículo tem então sua frequência medida e comparada com a frequência do sinal emitido. Por este valor, tem-se a velocidade de deslocamento do veículo. Um sistema automático pode avisar diretamente uma viatura, colocada a uma certa distância que o veículo que passou estava em excesso de velocidade, sendo então parado. Veja que, existem fatores que podem afetar a leitura de um sistema de radar deste tipo. A presença de um objeto oscilante na estrutura do veículo, como por exemplo uma lâmina ou uma hélice, pode introduzir reflexões que têm sua frequência alterada por uma velocidade virtual. Não seria exagero dizer que um velho "calhambeque" que carregue um ventilador em sua carroceria, a não mais de 40 quilômetros por hora, pelo movimento da hélice, pode levar o radar da polícia, para surpresa geral, registrar uns 180 quilômetros por hora ou mais! E, aí para convencer o guarda que o Efeito Doppler também vale para objetos com velocidade virtual não será fácil.

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No Brasil No Brasil o uso do radar é bastante difundido nas principais rodovias, controlando o excesso de velocidade. No entanto, além da proibição dos detectores, também existe a dificuldade de sua montagem, pois há algum tempo, quando os radares foram introduzidos, houve uma tentativa de se industrializar kits e aparelhos montados. (1986) Houve um impedimento com a proibição dos componentes básicos, os diodos Gunn, que infelizmente também afetou o hobista, o estudante e mesmo os pesquisadores, já que sem o componente, tiveram muitos outros projetos interessantes cortados.

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COMO FUNCIONA O ILS (Sistema de Aterrissagem por Instrumentos) Nota: o artigo original é de 1989. Hoje existem novas tecnologias usadas na obtenção do processamento dos sinais, com o uso maior da eletrônica digital principalmente nos displays, mas o princípio de funcionamento se mantém. Fizemos revisões no sentido de agregar algumas novas tecnologias.

O ILS (Instrument Landing System) é um sistema desenvolvido durante a segunda guerra mundial pelos técnicos da RAF (Força Aérea Britânica) com a finalidade de permitir a operação dos aviões, mesmo em condições de ausência total de visibilidade. A finalidade básica do sistema era dar informações ao piloto que lhe permitiam levar a aeronave até o extremo da pista, onde então ele poderia tomar a decisão de completar ou não a aterrissagem. As bases do sistema desenvolvido naquela época são as mesmas do sistema atual, no entanto, muitos aperfeiçoamentos técnicos foram introduzidos de modo a se obter maior confiabilidade e precisão. Praticamente todos os aviões comerciais modernos são equipados com o sistema e as pistas dos principais aeroportos do mundo possuem os equipamentos necessários à sua operação. A ideia básica do sistema consiste em se emitir sinais de rádio a partir de transmissores junto à pista e em locais escolhidos de modo a determinar sua localização mais fácil, e que possam ser captados pelo avião dando-lhe uma indicação exata do caminho que deve seguir. Como isso é feito é o que veremos a seguir:

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O Equipamento Em terra são colocados dois transmissores em posições estratégicas em relação à pista. Um dos transmissores é denominado "transmissor do localizador"(localizer) e fornece um sinal guia de aproximação em azimute ao longo da linha central da pista. O outro transmissor fornece um sinal de trajeto de descida. Os dois transmissores estão ligados à antenas direcionais de tal modo a fornecerem uma referência precisa para a aeronave que se aproxima. Além desses dois transmissores principais podemos ter outros que funcionam como balizas ou marcadores que são instalados a uma certa distância da pista do aeroporto, fornecendo também sinais de referência. Assim, o marcador mais próximo da pista é denominado marcador interno, o intermediário é denominado marcador central e o mais afastado é denominado marcador externo. As disposições desses transmissores são mostradas na figura 1.

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Vamos analisar a seguir o funcionamento de cada um desses transmissores, com os sinais que eles emitem, e o que acontece também com os receptores especiais que existem numa aeronave que se aproxima.

a) Transmissor do localizador (localizer) Este equipamento é instalado junto à pista e fornece um sinal que tem um padrão de irradiação duplo, conforme mostra a figura 2. São produzidos assim dois lóbulos de irradiação modulados em frequências diferentes: 90 Hz e 150 Hz. O setor modulado em 150 Hz é denominado "setor azul" ao mesmo tempo em que o modulado em 90 Hz é denominado "setor amarelo".

A operação desses transmissores é feita na faixa de VHF entre 108 e 112 MHz, sempre em decimais ímpares como, por exemplo 108,5 MHz, 108,7 MHz, mas não 108,6 MHz (que é par). No Reino Unido, entretanto, as decimais pares também são usadas. Em São Paulo, por exemplo, (Guarulhos GRU) a frequência usada para este transmissor é de 109,3 MHz. Conforme podemos ver pelo padrão de irradiação, um avião que se aproxime exatamente na direção correta da pista, ou seja, no eixo da pista, receberá os dois sinais com igual intensidade. No entanto, se o avião se aproximar fora deste eixo, conforme a direção que ele vem, ele receberá os sinais de um lóbulo ou de outro com maior intensidade. Vai predominar então

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o sinal do setor amarelo ou azul, conforme o caso, o que é mostrado na figura 3.

O receptor é dotado de filtros que podem separar os sinais de modulação de 90 e 150 MHz segundo sua intensidade. Estes sinais, devidamente captados, fornecem então tensões que podem acionar agulhas indicadoras num painel. Este receptor com o instrumento acionado é denominado "indicador ILS". O instrumento com a forma indicada na figura 4 em sua versão tradicional fica no painel, em local bem visível para o piloto. Nesse indicador existem duas agulhas que são acionadas pelos sinais captados pelo receptor. Interessa-nos inicialmente a agulha indicadora de direção (direita/esquerda) cujo eixo fica na parte superior do mostrador. A finalidade desta agulha é justamente indicar quando o avião sai do eixo de aproximação da pista, indo para a esquerda ou para a direita da direção desejada. Assim, se os sinais correspondentes ao setor amarelo e azul chegarem com a mesma intensidade, a agulha estará na posição central mostrando ao piloto que sua trajetória está correta. No entanto, se os sinais captados tiverem intensidades diferentes e a agulha for levada para a direita do curso, isso significa que o avião está fora de sua rota em direção à pista, precisando fazer uma correção. No caso, ilustrado na figura 5, isso significa que a correção deve ser feita levando-se o avião dois pontos para a direita.

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Na figura 6 mostramos as indicações que são dadas pela agulha vertical do ILS para diversas posições de uma aeronave que se aproxima de uma pista. 85

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Veja então que pela simples observação da agulha o piloto pode saber se está indo na direção certa de uma pista de pouso ou se está à direita ou esquerda devendo fazer a correção de sua rota.

Nos sistemas modernos, as agulhas de indicadores mecânico são substituídas por agulhas virtuais em telas digitais, conforme mostra a figura 7. A precisão do sistema é grande. O cone de emissão tem uma abertura de apenas 5 graus, obtendo-se assim uma indicação máxima da agulha quando o avião se desvia apenas 2,5 graus de sua rota. Assim, cada ponto da escala indica que uma correção de meio grau na trajetória deve ser feita. No entanto, para chegar junto à pista a partir do ponto em que o sinal do localizador pode ser usado, não basta ter a informação de direção.

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Figura 7. A partir do ponto em que o sinal do localizador passa a ser usado, o piloto precisa de um segundo tipo de sinal de referência para chegar com segurança à pista: de que modo ele deve fazer a descida a partir da altura em que se encontra. Esse sinal é fornecido pelo segundo transmissor do sistema, conforme veremos a seguir.

b) Transmissor do trajeto de descida Este transmissor deve estar localizado o mais próximo possível do ponto em que o avião fará contato com a pista, conforme mostra a figura 8. Para que seu sinal não seja confundido com o do localizador, a frequência de operação é bem diferente. Este transmissor opera entre 329,3 e 335 MHz com separação entre canais de 300 kHz. A frequência mais alta justifica-se, neste caso, dada a necessidade de se conseguir um feixe mais estreito de irradiação.

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Os sinais deste transmissor são concentrados num plano vertical com dois lóbulos modulados igualmente em 90 Hz e 150 Hz. O lóbulo superior é modulado em 90 Hz ao mesmo tempo em que o inferior é modulado em 150 Hz. A linha em que se obtém igual intensidade de sinal para os dois lóbulos é ajustada para ficar entre 2 e 4 graus acima da horizontal do local da pista. Como no caso do localizador, se o avião voar exatamente na linha central do sinal, que corresponde à trajetória considerada ideal de aproximação da pista, as intensidades de modulação serão iguais e isso fará com que no painel ocorra a indicação disso. Essa indicação é feita pela segunda agulha do indicador de ILS que se posiciona horizontalmente, conforme mostra a figura 9. Se o avião se aproximar numa altura maior ou menor que a correspondente à linha de referência, as modulações dos setores correspondentes vão predominar e com isso a agulha vai se deslocar para cima ou para baixo, indicando ao piloto à necessidade de correção da rota. Bastará então que o piloto tome como referência a indicação desta agulha horizontal para saber se deve subir ou descer, para manter a rota de aproximação da pista correta. Veja que os dois transmissores de localização e do trajeto de descida trabalham com frequências "emparelhadas". Assim, para uma frequência de 109,3 MHz e um teremos 332.9 MHz no outro. Esta relação é estabelecida por convenções internacionais de modo que os receptores já estão programados com o par de valores. Basta então sintonizar uma frequência para que, automaticamente o receptor seja levado a sintonizar também a outra. 88

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Com este procedimento o piloto tem menos trabalho, não precisando sintonizar duas vezes o receptor, o que num momento em que a aproximação da pista se faz rapidamente pode ser crítico. Juntamente com os sinais moduladores que identificam os setores, existem ainda sinais superpostos que permitem identificar a estação emissora. Estes sinais são modulados em um tom de 1020 Hz e polarizados horizontalmente, com a identificação da estação em Código Morse. Esta identificação consiste em duas ou três letras que são emitidas com a velocidade de 7 palavras por minuto. Assim, para São Paulo temos a emissão das letras ISP e para o Rio de Janeiro (Galeão) a emissão em Morse corresponde às letras IGL. Nos equipamentos de ILS ainda existem recursos para se manter uma comunicação em fonia (palavra falada) sempre que houver necessidade de uma ajuda adicional para a aproximação de uma aeronave.

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c) Marcadores Normalmente, na linha de aproximação das aeronaves em relação à pistas são instalados radiofaróis ou marcadores que são usados como indicadores de aproximação. Estes transmissores operam na frequ6encia de 75 MHz e tem por finalidade indicar pelo instante em que o avião passa sobre eles a distância da pista. Isso significa que estes transmissores dirigem seus sinais para cima num cone que tem um alcance útil de aproximadamente 3 000 pés ou 1 000 metros. O transmissor mais afastado da pista normalmente fica a uma distância de 3 a 6 milhas náuticas (Uma milha náutica corresponde a 1 852 metros.) e é denominado "marcador externo". Este transmissor emite um sinal modulado com tom de 400 Hz com a sua identificação. O sinal deste transmissor faz com que acenda uma lâmpada indicadora no painel junto ao marcador de ILS. Assim, no instante em que o avião passa por este transmissor, nos fones de ouvido do piloto ouve-se uma série de pulsos ao ritmo de 2 por segundo e ao mesmo tempo passa a piscar no painel uma lâmpada azul com a mesma frequência. Vem depois o marcador intermediário ou central que é instalado a uma distância em torno de 1 000 metros da pista (do ponto de contacto) e que emite uma série de pontos e traços alternados. Se sinal faz com que acenda uma luz âmbar no painel do indicador. Finalmente, quando o avião passar pelo marcador interno que é o transmissor colocado na cabeceira da posta, são transmitidos seis pontos de tom agudo por segundo. Estes pontos têm uma frequência de 3 000 Hz e uma lâmpada indicadora branca acende no painel. Nos mapas de aproximação dos aeroportos, usados em navegação aérea. os marcadores são indicados por abreviações padronizadas. Para o localizador e marcador externo temos LOM e para o localizador e marcador interno LMM. Na figura 10 temos a disposição desses marcadores em relação à pista.

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Figura 10

Categorias De Ils Originalmente, o ILS foi desenvolvido para possibilitar uma aterrissagem totalmente sem visibilidade, utilizando somente os instrumentos indicadores de bordo. No entanto, ainda não se chegou a este ponto com total segurança, e hoje o ILS é muito mais útil para ajudar na aproximação da pista até um ponto em que haja visibilidade para que o piloto tome o controle total da aeronave completando a aterrissagem. Esta impossibilidade de se chegar a um pouso completo às cegas deve-se a diversos problemas técnicos que existem na própria localização de um aeroporto como, por exemplo, obstáculos e outros fatores que podem afetar o padrão das transmissões. Em 1958 a BOAC (atual Britsh Airways) manifestou interesse em aperfeiçoar o sistema. Com os aperfeiçoamentos, o ILS passou a ter diversas categorias, conforme o seguinte critério.

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* Categoria I - O ILS é capaz de proporcionar uma referência precisa desde o limite de cobertura dos transmissores até uma altura de 200 pés acima do seu ponto de referência. Para o funcionamento operacional isso significa uma altura de decisão (ponto em que o piloto deve decidir se prossegue visualmente ou não com o pouso) com RVR (distância da pista) de 800 metros. * Categoria II - O ILS é capaz de proporcionar uma referência precisa desde o limite de cobertura até uma altura de 50 pés acima do ponto de referência ILS. Operacionalmente isso significa uma altura de decisão entre 200 e 100 metros e uma RVR de 800 a 400 metros da pista. * Categoria III - O ILS é capaz de proporcionar uma referência precisa desde o limite de cobertura até o ponto de contato com a pista. Operacionalmente esta categoria é dividida em 3: IIIA que tem a operação até a superfície da pista com RVR de 200 metros; IIIB - com operação até a superfície da pista com RVR de 50 metros e IIIC - com operação até a superfície da pista sem referência externa visual.

Segurança E Limitações Evidentemente, deve haver um meio para o piloto comprovar se os sinais recebidos estão ou não corretos. Para isso, existem provas de validade que podem ser realizadas pelo piloto durante sua aproximação. Existem duas bandeirinhas (flags) no indicador que aparecem no mostrador do ILS sendo ativadas pela profundidade de modulação. Se o sinal não está presente é suprimida a componente que aciona estas bandeirinhas havendo assim o alerta ao piloto. A ausência do sinal de áudio no fone pode ser facilmente percebida se o piloto utilizar este recurso durante a aproximação o que serve de um alerta quanto à inoperância do sistema.

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As limitações, por outro lado, podem ser tanto de ordem operacional como de implantação. No caso da instalação, trata-se de um equipamento caro que exige uma manutenção especializada constante, igualmente cara. Como se trata de equipamento fixo, poucos aeroportos têm condições de fazer sua instalação. Com relação aos problemas operacionais, podem ocorrer desvios dos sinais em obstáculos próximos do aeroporto como, por exemplo, o próprio relevo e construções resultando assim em indicações falsas. O próprio ritmo das aterrissagens deve ser reduzido com a finalidade de se evitar interferências que possam ser causadas pela estrutura de uma aeronave que vai à frente. Em alguns casos, até a própria circulação de veículos terrestres nas proximidades dos transmissores devem ser restritas de modo a não causar alterações nos padrões de irradiação e com isso indicações falsas.

Conclusão O ILS é apenas um dos recursos com que podem contar as modernas aeronaves para a realização de aterrissagens seguras. Não é preciso dizer que os pilotos capazes de usar este equipamento devem passar por um prolongado período de treinamento. A segurança de um voo não depende exclusivamente da perfeição dos instrumentos usados, mas também da habilidade dos homens que devem fazer sua operação, instalação e manutenção. Existem poucos especialistas na manutenção de tais equipamentos, o que significa que a realização de cursos de eletrônica aplicada a aviação (aviônica) consiste num excelente investimento para o estudante que vê o futuro. É claro que a instalação de equipamentos eletrônicos para aviação não se restringe ao ILS. Ela se estende a muitos outros equipamentos como o VOR, ADF, Radar, sistemas de comunicação, etc.

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Ataques Sônicos – Como ocorrem e quais são seus efeitos Em 1º de outubro de 2017, tive uma pequena gravação no programa “Fantástico” da TV Globo de São Paulo, dando algumas explicações técnicas sobre o ataque ocorrido na Embaixada Americana em Cuba quando teriam sido usadas ondas acústicas ou onda sônicas. Evidentemente, o tempo restrito de minha participação não permitiu que fossem dadas explicações completas sobre o assunto, o que vou procurar complementar com este interessante artigo, para os que desejam saber mais. Newton C. Braga

Imagem do Fantástico (Globo – 02/10/2017) com a participação de Newton C. Braga – Na imagem o autor utiliza um diapasão para mostrar a emissão de som captada por um aplicativo em seu celular que mede a frequência. Na realidade, a ideia de armas sônicas ou armas acústicas que poderiam ser usados em ataques como o ocorrido na embaixada americana em Cuba não é nova. Podemos dizer que usar sons ou vibrações mecânicas de um meio material (como

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são definidas pela física) já é algo explorado há milhões de anos pela natureza. O fato é que, transportando energia, as ondas acústicas que explicaremos detalhadamente mais adiante, possuem um poder destrutivo. Assim, podemos começar com o interessante caso do “camarão pistola” ou “camarão de estalo” que produz uma onda de choque sônico capaz de atordoar suas presas ou inimigos, possibilitando assim o ataque. Este pequeno animal possui um órgão que produz uma onda de choque acústico que se propaga na água. Esta propagação é facilitada pelo fato de que nos meios líquidos a velocidade do som é maior do que no ar (340 m/s) conforme a tabela abaixo. Líquido Acetona Benzeno Álcool etílico Glicerina Mercúrio Álcool metílico Água comum Água do mar Água pesada Gasolina

Temperatura (°C) 20 20 20 20 20 20 25 17 25 34

Velocidade (m/s) 1 192 1 326 1 180 1 923 1 451 1 123 1 497 1 510 a 1550 (*) 1 399 1 250

(*) Depende da densidade, variando de local para local Um interessante vídeo no Youtube mostrando o efeito de “tiro” que o animal produz pode ser assistido no link: https://www.youtube.com/watch?v=02m9EXbwKMU Mas como tudo isso é possível? Porque o som tem efeitos destrutivos? Quais são os efeitos sobre o organismo humano? É o que veremos

A Natureza do som Se bem que nos nossos livros “Curso Básico de Eletrônica” e “Curso de Som” o leitor possa encontrar explicações mais técnicas, vamos procurar ser mais didáticos de modo de modo que mesmo os “não eletrônicos” possam entender. 95

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As ondas sonoras são vibrações mecânicas necessitando para se propagar de meios materiais. No vácuo o som não se propaga. Na lua seria impossível uma conversação, já que ela não possui atmosfera e os "sons de explosão" no espaço que vemos nos filmes de ficção consistem numa aberração, pois lá tudo é silêncio. No ar, o som se propaga na forma de ondas de compressão e descompressão, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 - O som consiste em ondas de compressão e descompressão do ar Assim, um alto-falante, ao reproduzir um som, empurra para frente o ar para produzir uma onda de compressão e depois ao se mover em sentido contrário, o puxa de modo a produzir uma onda de descompressão. Tanto a compressão como a descompressão se propagam com a mesma velocidade que, no ar em condições normais de temperatura e pressão, é da ordem de 340 metros por segundo. Quando estas ondas de compressão e descompressão atingem nossos ouvidos elas atuam sobre uma fina membrana em seu interior, denominada tímpano, que transmite as vibrações ao sistema interno. O sistema mecânico interno de nossos 96

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ouvidos, formado por alguns ossos móveis muito delicados, “traduz” as informações sobre a natureza do som captado e as envia ao cérebro por meio de ligações nervosas. Na figura 2 temos uma visão em corte de nosso ouvido.

Figura 2 – Estrutura do ouvido

Espectro Audível Existe um limite bem definido para o tipo de vibrações sonoras que nossos ouvidos podem perceber. Assim, temos inicialmente um limite inferior para as frequências das vibrações que determina a nossa faixa de audição e que está em torno de 16 a 20 hertz ou 16 a 20 vibrações por segundo. Este limite corresponde aos sons mais graves que podemos ouvir. Não podemos ouvir vibrações que ocorram mais lentamente do que na taxa de 16 por segundo. À medida que a frequência dos sons ou vibrações aumenta, eles vão produzindo sensações diferentes. Inicialmente graves, eles se tornam médios e depois agudos até que o valor máximo que podemos perceber é atingido. Para as pessoas comuns o valor varia um pouco, mas está em torno de 16 000 Hertz para as pessoas normais.

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Esta frequência corresponde ao som mais agudo que a maioria das pessoas pode ouvir. Veja a figura 3 onde mostramos um gráfico que representa a faixa audível, ou seja, onde estão aos sons de todas as frequências que podemos ouvir.

Figura 3 – Faixa ou espectro audível Abaixo do limite inferior temos a faixa dos infrassons e acima do limite superior de audição temos as vibrações denominadas de ultrassons. Existem animais como o morcego, o golfinho e até mesmo o cachorro que possuem um limite superior de audição acima do nosso. Estes animais conseguem ouvir os ultrassons até de frequências que em alguns casos chegam aos 100 000 Hz ou 100 quilohertz!

Faixas diferentes para diferentes pessoas A faixa audível pode ser considerada como válida para a média das pessoas. Além de mudar de pessoa para pessoa, ela também muda com a idade. À medida que envelhecemos, nossa faixa de audição se estreita e deixamos de ouvir as frequências mais altas e mesmo as mais baixas.

Características dos Sons a) Altura de um Som A altura de um som é a característica que está ligada a sua frequência. Dizemos que um som é mais alto que outro quando sua frequência é maior.

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Os sons de frequências mais baixas são denominados graves, depois temos os médios e finalmente os agudos. Um som mais alto é, portanto, um som mais agudo. Para os instrumentos musicais podemos dizer que o som do violino é mais alto do que o som do violão. Não devemos confundir a altura do som com sua intensidade ou volume que explicamos a seguir. b) Volume ou Intensidade O volume ou intensidade é a característica do som ligada à força com que as ondas de compressão e descompressão ocorrem. O volume ou intensidade são associados à potência do som. Dois amplificadores que possuam potências diferentes, quando ligados ao máximo volume, produzem sons com volumes ou intensidades diferentes. A representação de dois sons com a mesma frequência nas intensidades diferentes é feita conforme o leitor poderá ver pela figura 4.

Figura 4 – A intensidade do som é dada pela sua amplitude Veja que representamos o som por “ondulações” ou ondas que indicam os pontos de maior e menor compressão, ou seja, os “picos” e “vales”. Essa representação é usada com outros tipos de “vibrações” como, por exemplo, ondas de rádio, luz etc. Lembramos que as ondas sonoras transportam energia e que essa energia pode ter efeitos destrutivos. Assim, o som ouvido em grande intensidade, como ocorre em muitas casas noturnas, shows e mesmo pelos que usam fones, pode causar 99

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problemas auditivos como a diminuição da capacidade auditiva e até mesmo a surdez completa. As ondas sonoras de grande intensidade são até usadas em ferramentas e equipamentos de limpeza. Sua energia, por exemplo, pode ser usada para a limpeza de objetos de metal (joias, por exemplo) em limpadoras ultrassônicas, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Uma limpadora ultrassônica E, no nosso caso, esta energia tem efeitos destrutivos e perigosos para os organismos vivos, conforme trataremos agora.

Efeitos sobre o organismo humano Um primeiro efeito que podemos citar é justamente o que ocorre com os sons audíveis atuando sobre nossos ouvidos. Para maior facilidade de representação das intensidades sonoras e mesmo de seus cálculos é adotada uma unidade logarítmica chamada Bel. O que se faz então é adotar para a medida da intensidade sonora uma unidade logarítmica. Esta unidade é o Bel, e na prática trabalhamos com décimos de bel ou decibéis, abreviado por dB. Veja na figura 6 a curva de sensibilidade do ouvido humano para os sons de diversas frequências com a escala em dB. A tabela dada a seguir nos mostra os níveis sonoros relativos em dB de algumas fontes comuns, para que o leitor tenha uma ideia de como essa escala funciona. 100

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Figura 6 – Curva de sensibilidade do ouvido humano – observe que a maior sensibilidade está em torno de 3 kHz. Fonte sonora Respiração normal Quarto de dormir silencioso Conversação em voz normal Pessoas conversando com voz um pouco elevada Festa barulhenta Rua movimentada Concerto de Rock Trovão Jato decolando (30 m de distância)

Nível sonoro 10 dB 35 dB 45 dB 60 dB 90 dB 90 dB 120 dB 120 dB 140 dB

Nossos ouvidos podem ter danos irreversíveis de submetidos a sons intensos. Assim, tanto maior a intensidade do som, maior será o dano em curto prazo. Uma interessante pesquisa realizada pelo governo de um país europeu há alguns anos mostrou que no exame de audição jovens para servir o exército, uma boa parte deles estava com a audição irreversivelmente comprometida por ouvirem constantemente som com o volume elevada em seus equipamentos de som e nas casas noturnas que frequentavam. Mas o perigo vai além disso.

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Armas Sônicas e ataques Conforme explicamos, as ondas sonoras transportam energia. Tanto mais energia quanto maior sua intensidade. Mas, também a frequência pode influir no modo os sons atuam sobre os organismos vivos. Em 1992 publicamos em uma revista técnica um interessante projeto de um “circuito de pânico” (http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/57artigos-e-projetos/10223-circuito-de-panico-art2319) que combinava sons e ultrassons de modo a perturbar as pessoas. Este projeto foi posteriormente publicado no nosso livro “Bionics for the Evil Genius” nos Estados Unidos em 2006 e traduzido para o chinês em 2007.

Figura 7 - Livros em inglês e chinês em que o projeto também foi publicado Se bem que o projeto foi apenas experimental, o assunto acabou sendo repercutido em diversos lugares, e até mesmo na série americana “Myth Busters” foi gravado um capítulo sobre o assunto. A ideia básica dos pesquisadores é que os ruídos de baixas frequências (infrassons) em grande intensidade seriam sentidos de forma mais evidente pelo estômago e intestinos causando 102

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mal-estar e náuseas e em casos extremos até mesmo o descontrole intestinal. Na época o termo “ruído-marrom” (Brown noise) em alusão a cor das fezes, foi utilizado para designar ruídos de baixa frequência (infrassons) capazes de ter efeitos sobre o organismo humano. Em nossa estória “O Oscilador Disentérico” exploramos o assunto com o nosso herói Prof. Ventura, criando um oscilador capaz de gerar ultrassons e infrassons para espantar pássaros que acabou por afetar uma cidade inteira com o descontrole intestinal. Veja a estória no link: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/component/content/ article/191-saga-escatologica-de-epaminondas-portentoso.html

Figura 8 – Ilustração para a estória do Prof. Ventura, Beto e Cleto

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Com base nos efeitos reais, ainda que controvertido, não se deixou em pensar no uso dos sons, ultrassons e infrassons como armas e isso já vem de alguns anos. Os próprios americanos criaram armas sônicas e dispositivos capazes de produzir efeitos interessantes sobre as pessoas. Um deles, já usado de forma prática é um emissor usado em manifestações que causa desconforto na multidão, desestimulando-as a prosseguir. Na foto (da internet) a Polícia Americana usando uma arma sônica para dispersar manifestantes num protesto em Pittsburgh.

Figura 9 – armas sônicas reais

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Uma característica interessante que pode ser usada em determinados momentos para ataques ou mesmo recursos de defesa está justamente no fato de que as pessoas possuem diferentes capacidades auditivas, no que se refere ao espectro que podem ouvir. Os jovens podem ouvir frequências mais elevadas que os adultos e pessoas mais velhas. Para um adulto é comum que sua adição não passe de 10 000 ou 12 000 Hz chegando em alguns casos a 13 000 Hz. No entanto, os jovens podem ouvir 15 000 e até mesmo sons de frequências maiores, sendo comuns os que alcançam 18 000 Hz. Usando um aplicativo de nosso celular e que explicaremos como usar em outro artigo ensinamos como é possível determinar sua faixa própria de audição. O fato é que levando em conta que uma frequência de 14 000 Hz será ouvida pela maioria dos jovens, mas não pelos adultos, um Shopping nos Estados Unidos usou um potente oscilador nesta frequência para “incomodar” e desestimular os pequenos “bagunceiros” que o frequentavam muito mais para atormentar as pessoas do que para comprar alguma coisa. Emissores potentes de ultrassons são usados nas proximidades de aeroportos para espantar pássaros que poderiam entrar na turbina de um avião causando um desastre e em lavouras e silos para espantar pássaros e pequenos roedores. É claro que os efeitos podem ser ainda maiores com a destruição de paredes e outros alvos.

Figura 10 – Uma arma sônica de destruição 105

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A ilustração anterior mostra o que seria uma arma sônica potente se bem que ainda não tenhamos notícia de que seria real.

Ressonância e som Brontofônico Os corpos, dependendo de sua forma, dimensões e do material de que são feitos tendem a vibrar numa determinada frequência. É por esse motivo que, quando batemos numa barra de metal pequena e numa barra grande os sons produzidos possuem frequências diferentes. Cada barra tende a vibrar na sua frequência própria, conforme o leitor poderá ver pela figura 11.

Figura 11 – Barras de comprimentos diferentes vibram em frequências diferentes Um instrumento, de grande utilidade para afinação de instrumentos musicais, que se baseia totalmente na ressonância é o diapasão. Conforme poderemos pela figura 12, ele consiste numa barra de metal em forma de forquilha que, ao ser excitada (batida ou vergada) produz som numa frequência fixa,

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normalmente a nota fá de 440 Hertz na qual se baseia a afinação de uma grande quantidade de instrumentos musicais.

Figura 12 – Diapasão em caixa de madeira, como os usados nos laboratórios de física – O autor utilizou um na sua demonstração no programa Fantástico A ressonância pode ser um fenômeno desejado ou indesejado em muitas aplicações que envolvam som. Ela é desejada quando precisamos produzir um som de uma frequência fixa e podemos aproveitar as características físicas de um objeto. Os instrumentos musicais se baseiam totalmente nisso. Ela é indesejada, quando a presença de vibrações mais fortes na frequência em que um corpo tende a vibrar traz algum tipo de problema. Um cálice que entre em vibração pela voz de uma soprano entrando em ressonância pode estilhaçar. Um edifício que entre em vibração na frequência de ressonância pode desabar. O nome Brontofônico para determinados tipos de som vem do latim significando “trovão”. Este termo descreve uma espécie de som que excitando os objetos faz com que eles vibrem numa frequência diferente. É o som produzido pelos vidros de uma janela que vibra com as ondas de baixa frequência de um trovão. Este tipo de som pode ser usado em ataques sônicos, se bem que pouco se tem divulgado a seu respeito.

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E o que ocorreu em Cuba? Os primeiro fato importante que deve ser levado em conta ao se analisar o que teria ocorrido em Cuba é que infrassons e ultrassons podem afetar o organismo humano causando desde danos irreversíveis quando aplicados em grande intensidade, como também desconforto como náuseas, dores de cabeça, tonturas e até mesmo descontrole intestinal. O segundo fato é que uma fonte potente que dirigisse essas vibrações para a embaixada ou para as casas dos funcionários não seria percebida. Apenas seus efeitos apareceriam depois de certo tempo sem que as pessoas se dessem conta de sua origem.

Foi provavelmente o que ocorreu. Fontes poderosas de ultrassons ou infrassons (ou os dois) teriam sido responsáveis pelos efeitos sobre os funcionários que só perceberam que havia algo anormal quando eles se manifestaram.

Existe defesa? O que existe é a possibilidade de se detectar essas vibrações. Sensores que usem microfones que alcancem a faixa dos ultrassons e dos ultrassons facilmente indicariam a presença dessas vibrações num ambiente. Eles são simples de se montar e até existem tipos prontos para venda. Não entendemos como, uma embaixada num local crítico como é Cuba, e que normalmente faça uso de recursos eletrônicos mais avançados como detectores de transmissores espiões, localizadores etc., não tenha se prevenido com um simples detector sônico. Na foto um exemplo de detector de ultrassons comercial que alcança de 5 kHz a 235 kHz.

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Para saber mais: Artigos recomendados do site: Repelente de insetos Os ultrassons Medidas de sons A Natureza do som 8 Os sons que ouvimos e que não podemos ouvir Combatendo o mosquito da dengue Bat ouvido Transmissão ultrassônica Espanta cachorro Teste de alcance auditivo E muitos outros no site: www.newtoncbraga.com.br (*) Também em: English: www.newtoncbraga.com Español: www.incb.com.mx 109

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Som Brontofônico No meu livro Electronic Projects from The Next Dimension (Projetos Eletrônicos da Outra Dimensão) publicado pela Newnes em 2001 abordo num artigo prático um gerador de pânico capaz de simular um ataque sônico (veja o artigo anterior) ou mesmo levá-lo avante usando o que se denomina Som Brontofônico. Não encontrei muitas referências sobre o assunto, já que mesmo na época em que escrevi era uma novidade, assim, vou procurar comentar um pouco desta estranha forma de som neste artigo. Conforme explico na página 106 de meu livro (em inglês) a palavra Brontofônico deriva da palavra grega “brontos” que significa “trovão” o que nos leva a designação de brontofônico como algo que soa como trovão. Podemos dar como exemplo de uso da palavra na atualidade o nome “brontossauro” que significaria “lagarto trovão” para designar o terrível réptil pré-histórico.

Figura 1 – Capa do livro de newton C. Braga Com a recente notícia de que teria sido usado algum tipo de equipamento diferente no ataque sônico na embaixada dos 110

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Estados Unidos em Cuba nos veio à mente nossa publicação tratando do som Brontofônico (*) (*) Veja mais no artigo anterior – Ataques Sônicos – Reproduzimos a introdução: Em 1º de outubro de 2017, tive uma pequena gravação no programa “Fantástico” da TV Globo de São Paulo , dando algumas explicações técnicas sobre o ataque ocorrido na Embaixada Americana em Cuba quando teriam sido usadas ondas acústicas ou onda sônicas. Evidentemente, o tempo restrito de minha participação não permitiu que fossem dadas explicações completas sobre o assunto, o que vou procurar complementar com este interessante artigo, para os que desejam saber mais. De fato, o som penetrante do trovão (de baixa frequência) algumas vezes cria a sensação de que ele vem do interior de nossa cabeça. Assim, na ocasião criamos um projeto baseado nesse fato, usando um novo conceito de som, onde a sensação sonora é produzida dentro de nosso cérebro. Nota: também exploramos o assunto no Circuito de Pânico publicado no livro Bionics for de Evil Genius de Newton C. Braga e que tem sua versão em português em ART2319. Em artigo que daremos a seguir mostraremos como construir um circuito que explora este fato de uma maneira muito interessante (ART3070).

O Som de Trovão O som do trovão é produzido quando uma descarga elétrica ioniza o ar aquecendo-o instantaneamente a uma temperatura suficientemente alta para produzir luz e calor e com isso a expansão do ar. Essa expansão cria uma forte onda sonora, uma “explosão” que se propaga pelo espaço na forma de som. As múltiplas reflexões e o fato de que a onda é produzida ao longo do raio e não num ponto único provoca o som

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retumbante que, com inúmeros reflexões e reverberações se prolonga.

Figura 2 – Muitas frentes de onda são produzidas com a expansão do ar O som, com uma potência muito alta, muita energia concentrada num pequeno intervalo de tempo tem sua componente maior no domínio das baixas frequências. Assim, objetos de maior porte como janelas, estruturas de metal tendem a vibrar quando recebem a onda sonora do trovão. No entanto, no caso das vidraças, observamos a ocorrência de um fenômeno interessante. A frequência de ressonância de algumas vidraças é maior que a do próprio trovão, uma harmônica, por exemplo, com o dobro, triplo ou quádruplo da frequência. Desta forma, quando a vidraça recebe a onda sonora do trovão ela vibra, não na frequência da onda sonora, mas numa frequência múltipla reemitindo a energia recebida. Vemos então a vidraça vibrar produzindo um som, que não é o original do trovão, mas uma retransmissão com frequência mais alta. Este é o som brontofônico também chamado de batimento acústico. Um som de frequência múltipla produzida por um som de frequência mais baixa que, às vezes não é percebido, dando a impressão de que o objeto vibra por si só. O nome brontofônico vem justamente o fato de se manifestar mais frequentemente com o trovão.

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Se o fenômeno se manifesta dentro de nosso ouvido por um efeito de batimento (veja o artigo seguinte), temos a reemissão do som em frequência mais alta dentro de nosso ouvido, dando a impressão de que ele é produzido dentro de nossa cabeça. Trata-se de um efeito muito interessante que pode ser usado em aplicações interessantes que mal conseguimos imaginar...

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Carregadores de Baterias As pilhas, baterias ou células recarregáveis consistem em fontes de energia elétrica de origem química. Em outras palavras, uma reação química libera energia na forma de eletricidade, a qual é utilizada por um circuito externo. Para entender como funciona uma célula recarregável e, portanto, um carregador, vamos partir do princípio de funcionamento de uma pilha ou célula comum não recarregáveis. Podemos tomar como exemplo as pilhas secas ou as alcalinas.

Pilhas e Baterias Comuns (Não Recarregáveis) Numa pilha ou bateria comum, existem dois eletrodos que fazem contato com uma substância química que possui um elevado potencial de reação, ou seja, dispõe de energia para liberar numa reação química. Esta substância é denominada eletrólito e tem as mais diversas composições, conforme o tipo de pilha ou bateria considerada. Para tornar as coisas mais simples, vamos tomar como exemplo uma pilha seca comum, que é vista em corte na figura 1.

Figura 1- Estrutura de uma pilha seca

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Nela, um dos eletrodos, o ligado ao polo positivo consiste num bastão de grafite ou carvão e o outro consiste num “copinho” de zinco. A substância reagente ou eletrólito é uma mistura que contém manganês, amônia, e outras substâncias que têm finalidades as mais diversas, por exemplo, na estabilização da reação. A substância reagente que seria o “combustível” da pilha, permanece inerte até o ponto em que um circuito externo seja ligado entre o polo positivo e o polo negativo da pilha “solicitando” assim a entrega de energia, conforme mostra a figura 2.

Figura 2- Movimento de íons (corrente) no interior da pilha Quando a corrente é solicitada, a movimentação de cargas elétricas no circuito também passa a ocorre na forma de íons na substância e a reação química tem início. A substância começa então a reagir com o eletrodo negativo (copinho de zinco) de modo a liberar íons e com isso manter a corrente elétrica no circuito. O resultado é que nesta reação a substância se transforma entregando a energia de que dispõe e o copinho de zinco é consumido no processo. 115

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À medida que a pilha vai fornecendo sua energia, a substância do eletrólito vai se desgastando, o copinho de zinco consumido e com isso cada vez menos corrente vai se tornando disponível. Chega um determinado momento, em que a energia se reduz a tal ponto que a resistência interna da pilha aumenta e a corrente já não pode mais se fornecida ao circuito externo com a mesma intensidade. A tensão entre os polos da pilha cai. A pilha está em sua fase final de esgotamento. A figura 3 mostra a curva típica de fornecimento de uma pilha seca comparada a de outros tipos.

Figura 3 – Curvas típicas de descarga de alguns tipos de células, inclusive recarregáveis (Nicad) Se examinarmos a pilha esgotada, veremos que a substância de seu interior se modificou e que um dos eletrodos se encontra corroído. Veja que as pilhas secas, possuem uma proteção adicional de papelão e aço sobre o copinho de zinco, justamente para evitar que a substância “vaze” quando a pilha se

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esgota. Essa substância é corrosiva, podendo afetar os aparelhos em que ela se encontrar, se o vazamento ocorrer. É por esse motivo que se recomenda retirar as pilhas dos aparelhos que vão ficar muito tempo sem uso. Mesmo sem usar, a reação ainda ocorre de forma muito vagarosa, mas ao final de muito tempo, uma pilha deixada num aparelho, se esgota e pode vazar...

Pilhas comuns não são recarregáveis Nas pilhas comuns (alcalinas, secas e outras) a reação que ocorre quando a energia é fornecida é irreversível, ou seja, “não tem volta”. Uma vez que a substância reagente entregue a energia. Em alguns casos, aquecendo um pouco a pilha ou ainda deixando-a em repouso pode-se reativar o restante da substância que ainda pode reagir e assim prolongar a vida útil da pilha. A ideia de que colocar as pilhas na geladeira, adotada por muitos, não é válida, pois o que faz a pilha reativar um pouco não é o frio, mas sim o repouso...

Pilhas ou Células Recarregáveis A ideia de se recarregar uma célula ou bateria é simples: se passarmos pela substância fornecedora de energia uma corrente no sentido contrário àquela que ela fornece normalmente, a reação se inverte e a substância “absorve” a energia liberada, voltando à sua condição inicial. A forma mais simples e mais tradicional de se fazer isso é com a bateria chumbo-ácido que é encontrada nos automóveis e que tem a estrutura mostrada na figura 4. Nela temos duas placas de chumbo que formam seus polos e o eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico (ácido sulfúrico diluído em água). Cada par de placas fornece uma tensão de 2 V quando carregada, o que significa que uma bateria de carro de 12 V tem 6 pares deste tipo.

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Quando a bateria está descarregada as duas placas são de chumbo puro. Ao se fazer circular uma corrente de carga nesta bateria, o ácido reage com uma das placas formando uma substância nova que é o óxido de chumbo o qual recobre a placa positiva. Esta substância contém a energia armazenada que a bateria pode fornecer depois numa reação química. Quando uma carga é ligada à bateria, uma lâmpada, por exemplo, conforme mostra a figura 5, a corrente começa a circular pela lâmpada e pelo eletrólito na forma de íons, dando início a uma reação que começa a consumir a substância em que a energia está armazenada.

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Figura 5 – Ligando uma lâmpada como carga. Esse fornecimento continua até o momento em que a substância armazenada na placa seja consumida totalmente, com o eletrodo de chumbo voltando à sua condição inicial. Se uma corrente for agora forçada a circular no sentido inverso, a reação inversa ocorre, com a placa recompondo a substância com a energia disponível. Nos automóveis, o alternador fornece esta corrente de carga quando o motor está em funcionamento, recompondo continuamente a substância que fornece energia. Outros tipos de células recarregáveis operam segundo o mesmo princípio, mudando apenas as substâncias envolvidas. Assim, nas células de Níquel-Cádmio ou Nicad, são estes os metais envolvidos no processo de reações, conforme mostra a estrutura de uma dessas células na figura 6. 119

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Figura 6 – Estrutura de uma pilha de NiCad Veja que o número de vezes que uma célula pode ser recarregada, ou seja, o número de ciclos de carga e descarga não é ilimitado. A substância usada como eletrólito com o tempo perde suas propriedades químicas e até mesmo os eletrodos podem sofrer desgastes e rupturas. Nas baterias de carro, por exemplo, o efeito da dilatação e contração que ocorre no processo de carga e descarga pode acabar por trincar as placas, tornando assim inoperante a bateria. Todos que já tiveram um carro com baterias desse tipo, as que não são seladas do tipo antigo, onde era preciso completar com água destilada de tempos em tempos o nível do eletrólito, devem se lembrar do teste feito pelo eletricista de autos que, colocando uma forte carga na bateria para ela fornecer uma corrente intensa, fazia com que o eletrólito do par de placas danificadas fervesse.

O Carregador Um carregador simples consiste numa fonte que estabelece uma corrente em sentido contrário na célula, pilha ou bateria que deve ser recarregada. Como a resistência interna de uma bateria varia com a carga e normalmente é muito pequena, 120

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é preciso agregar à essa fonte algum dispositivo para limitar a um valor seguro a corrente de carga, conforme mostra a figura 7.

Figura 7 – Um carregador simples de bateria – G1 e G2 são ligados aos polos da bateria e o resistor de 10 ohms serve como limitador de corrente. Nos carregadores mais simples, o que se tem é apenas um limitador de corrente com um valor que determine a corrente que no tempo indicado pelo fabricante consiga repor toda sua carga. Veja que não devemos (e não podemos) fazer circular uma corrente excessiva no processo de recarga. Ao circular, a corrente não só repõe a energia na célula como também, devido à sua resistência elétrica, gera calor aquecendo a bateria. O aquecimento excessivo pode ter consequências perigosas para a integridade da bateria indo desde o dano dos eletrodos e da própria substância química do eletrólito até a explosão da bateria pela formação de gases sob pressão! Nas células recarregáveis de todos os tipos é indicada a corrente recomendada pelo fabricante para uma carga segura, conforme mostra a figura 8.

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Figura 8 – Nestas baterias a corrente de carga é normalmente 1/10 da capacidade (400 mA para uma bateria de 4000 mAh) e é indicado seu valor para 16 horas. Para carga rápida, a corrente é maior. No entanto, as baterias modernas e os carregadores exigem mais cuidados do que simplesmente aplicar uma corrente no sentido inverso por certo tempo. Isso nos leva aos carregadores “inteligentes”.

Carregadores Inteligentes Para se obter uma carga mais rápida, mais eficiente (com menor gasto de energia) e que também prolongue a vida útil da célula, pilha ou bateria, são usados diversos recursos nos carregadores. Assim, um primeiro recurso simples para a carga consiste em se utilizar o regime de corrente constante. Numa célula completamente descarregada a tensão nos seus terminais é baixa. Assim, ao aplicarmos a tensão do carregador, a diferença entre sua tensão e a da bateria é elevada. Isso faz circular uma corrente inicial elevada, conforme mostra a figura 9.

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Figura 9 - À medida que a bateria se carrega a corrente através dela diminui À medida que a bateria se carrega, a tensão nos seus terminais sobe se contrapondo à tensão do carregador. Com isso a corrente na bateria diminui gradualmente até que no final do processo ela é pequena. A curva de carga não é, portanto, linear, conforme mostra a figura 10.

Figura 10 – Curva de carga para a tensão, numa bateria de carro 123

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Uma fonte de corrente constante faz circular uma corrente por uma carga com uma intensidade que independe da sua resistência ou da tensão que ela apresenta. Assim, o processo de carga de uma bateria com uma fonte de corrente constante se faz com a mesma intensidade do início ao final. Outro recurso encontrado em alguns carregadores consiste na temporização automática. O carregador interrompe a corrente depois de certo tempo programado, que é o especificado. Mas os carregadores mais sofisticados são muito mais completos contendo recursos como o monitoramento constante da carga, da temperatura e outras características importantes da célula.

Monitorando a Carga Diversos fabricantes de microcontroladores apresentam projetos de carregadores inteligentes de baterias que possuem recursos importantes. Estes recursos vão desde a adoção de regimes especiais para a carga em termos de tempo, como também a monitoração da tensão. Assim, damos como exemplo a curva de carga de um carregador sugerido pela Texas, que o leitor interessado pode encontrar em artigo completo no site em MIC008, utilizando o microcontrolador MSP430

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Figura 11- Carga inteligente com o MSP430. Veja que neste circuito, a corrente varia com o tempo no processo de carga completa. Seu funcionamento pode ser explicado da seguinte forma: A capacidade de uma bateria é expressa como capacidade C, dada em mA-h. Por exemplo, uma bateria de 500 mAh tem uma taxa C de 500 mA. A correspondente da 1 C é 500 mA e a corrente de 0,1 C é de 50 mA. Assim, levando em conta essa informação, a carga de uma bateria Li-Ion deve ser feita em três etapas:  Carga lenta – uma pré-carga feita com uma corrente de 0,1 C.  Carga rápida – uma carga com corrente constante feita com 1 C.  Etapa de tensão constante Durante a carga lenta, a bateria é carregada com uma corrente de 0,1 C. Isso vai ocorrer quando a bateria estiver com uma tensão menor do 2,5 V.

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Algumas baterias de Nicad são recarregadas sem que haja necessidade de uma descarga completa, o que faz com que elas passem a apresentar o “efeito memória” As baterias Li-Ion não têm esse problema, podendo ser totalmente carregadas antes de uma descarga total. Portanto, o procedimento de carga lenta raramente é empregado com esse tipo de bateria. A carga rápida (com corrente constante e tensão constante) é a fase mais importante no processo com esse tipo de bateria. Muitas baterias Li-ion estarão plenamente carregadas com uma tensão de 4,1 V ou 4,2 V. Assim, a bateria é carregada com corrente constante de 1 C até a tensão alcançar 4,1 V ou 4,2 V. O circuito mede continuamente a corrente de sensoriamento - a corrente num resistor sensor ligado em série (Rsense) ajustando o ciclo ativo do PWM com o Microcontrolador. Quando a tensão alcançar esse valor, o circuito passará a operar no modo de carga com tensão constante. Quando isso acontece, o circuito passa a funcionar como uma fonte de tensão fixa de 4,1 V ou 4,2 V. Nesse ponto, a resistência interna da bateria começa a cair, o que exige uma compensação para manter a corrente abaixo de 0,1 A. Quando a bateria está completamente carregada, a maior parte da energia será convertida em calor. Assim, uma sobrecarga pode causar um sobreaquecimento e até explosão. De qualquer forma, isso reduz a vida útil da bateria. As baterias Li-Ion são extremamente sensíveis a sobrecarga, o que significa a necessidade de se controlar com precisão de 50 mA a tensão de 4,1 V ou 4,2 V do processo de recarga. Alguns métodos permitem determinar quando uma bateria está completamente carregada. Esses métodos são:  

Durante o processo de carga com tensão constante, quando a corrente cai para 0,1 °C a bateria se encontra completamente carregada. Determinar a temperatura da bateria de modo a se determinar quando começa a ocorrer o sobreaquecimento. Usar um método de temporização seguro. Quanto mais o 126

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tempo passar de um valor considerado ideal para a carga, a bateria poderá ser considerada completamente recarregada.

O Efeito Memória O efeito-memória que pode aparecer em baterias recarregáveis (Nicad) de telefones sem fio, telefones celulares, e muitos outros aparelhos, sejam de tipos antigos quer sejam novas, mas de marcas pouco recomendáveis é bastante desagradável. Este efeito consiste no fato de que a bateria "memoriza" a carga adquirida no último processo de carga e não consegue ultrapassá-lo. Se a bateria, uma vez que seja, foi carregada com apenas uma pequena parcela de sua carga total, nas cargas seguintes ela não consegue mais adquirir a carga completa por mais tempo que a deixemos no carregador, conforme mostram as curvas da figura 12.

Figura 12 As baterias modernas, principalmente as usadas nos telefones celulares não possuem mais este efeito e podem ser carregadas com facilidade até o máximo em qualquer condição. 127

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Existem também aquelas que podem ser recuperadas se, ao manifestarem o efeito memória, forem descarregadas completamente e depois submetidas a uma carga completa. A descarga completa pode ser feita com sua ligação a um dispositivo de certo consumo como, por exemplo, uma lâmpada incandescente comum, conforme mostra a figura 13.

Figura 13 No entanto, para os casos em que este procedimento não resolve existe uma possibilidade interessante que é a base de nosso artigo.

Como Funciona Quando a bateria não consegue mais ultrapassar certo valor de carga o que se pode fazer é forçar por um pequeno intervalo de tempo a passagem de uma corrente intensa através dela, o suficiente para "quebrar" o efeito-memória e a carga prosseguir. É claro que isso não pode ser feito de modo descontrolado, pois uma corrente muito intensa pode danificar a bateria que então ficará irremediavelmente perdida.

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Uma possibilidade é a explorada neste artigo e adotada por muitos técnicos: uma descarga de um eletrolítico de alto valor. Temos então o circuito simples da figura 14 que consiste num "recuperador de baterias com efeito-memória" e que usa pouquíssimos componentes.

Figura 14 Quando ligamos o circuito em poucos segundos o capacitor de 2 200 uF se carrega com uma tensão da ordem de 16 volts (pico da tensão de 12 volts do transformador). Pressionando S1 por um instante este capacitor se descarrega pela bateria "quebrando" a barreira imposta pelo efeito memória. Para usar basta pressionar o interruptor algumas vezes em intervalos de 3 a 4 segundos (de modo a dar tempo para a carga do capacitor) e depois levar a bateria ao carregador normal. Não deixe o interruptor pressionado por muito tempo nem utilize o procedimento muitas vezes. Este procedimento também pode funcionar na recuperação de baterias que já não mais aceitam carga alguma. É importante também manter o resistor de qualquer maneira no circuito, pois ele limita a corrente na bateria mesmo quando o interruptor é fechado.

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LISTA DE MATERIAL T1 - Transformador com primário de acordo com a rede de energia e secundário de 12V x 500 mA. D1, D2 - 1N4002 - diodos de silício S1 - Interruptor de pressão NA C1 - 2200 uF x 12 V - capacitor eletrolítico Diversos: ponte de terminais ou placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de força, fios, solda, etc.

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Os Discos Rígidos Os programas usados pelos computadores são cada vez maiores assim como a quantidade de dados com eles devem trabalhar. A necessidade de um meio em que estes dados possam ser gravados em quantidades cada vez maiores é sentida por todos os usuários de computadores. (*) (*) O artigo é algo antigo, mas o princípio de funcionamento de mantém. Fizemos algumas atualizações, lembrando que já existem as unidades de armazenamento equivalentes de estado sólido. O principal dispositivo usado como memória de massa nos PCs é o disco rígido, um periférico que funciona baseado em princípios magnéticos e que pode armazenar centenas de milhões ou bilhões de bytes (megabytes ou gigabytes) de informação que não se perdem mesmo quando a energia é cortada. Nem sempre os discos rígidos foram usados nos PCs. Os primeiros modelos lançados pela IBM não tinham discos rígidos e tudo que se fazia precisa ser previamente carregado a partir de disquetes. Os primeiros discos rígidos dos PCs eram extremamente "pequenos" em comparação com os atuais pois armazenavam algo em torno de 10 ou 20 megabytes. No entanto, as tecnologias foram evoluindo e hoje os tipos de mais de 10 gigabytes já começam a se tornar frequentes e os mais comuns são os que estão na faixa de 1 a 4 gigabytes.

A Ideia Básica Os primeiros computadores que usaram sistemas baseados em magnetismo para armazenar informações eram enormes e gastavam uma quantidade de energia suficiente para alimentar uma vila. Neles, as memórias consistiam em anéis de ferrite que se magnetizavam na presença de um sinal. Dependo 131

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do sentido do campo magnético deste anel, o bit armazenado seria interpretado como 0 ou 1, conforme mostra a figura 1.

Posteriormente, novos meios de armazenamento de informações baseados em magnetismo foram criados como as fitas contínuas e os próprios disquetes. A ideia do disco rígido vem do próprio disquete: um disco recoberto de uma substância que pode ser magnetizada por um sinal elétrico que seja aplicado a uma cabeça, conforme mostra a figura 2. Dependendo do bit que se deseja gravar, os pequenos imãs elementares que formam o material da superfície do disco, se orientam criando campos que podem ter direções opostas. Quando o disco gira, a cabeça cria regiões magnetizadas em sequência conforme os bits que precisam ser gravados. Quando a mesma cabeça passa sobre o material para fazer a leitura, as regiões magnetizadas induzem sinais cuja polaridade depende justamente da sua orientação. Assim, conforme os bits gravados sejam zeros ou uns, o sinal obtido terá na saída a polaridade correspondente e pode ser interpretado por um circuito de leitura, conforme mostra a figura 3.

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Quando este princípio de funcionamento de uma memória em meio magnético usada nos disquetes (que são flexíveis) passou a ser usado com maior eficiência usando-se um disco 133

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rígido de metal, surgiu o que se denomina de disco rígido ou hard-disk, abreviado por HD em muitos manuais ou publicações técnicas. Mas, se o princípio de funcionamento é o mesmo, a ideia de se usar um disco de metal recoberto de substância magnetizável em lugar de um disco flexível de plástico (como nos disquetes) não era simplesmente a mudança do material. Com um disco rígido de metal e um material magnetizável com partículas elementares mais finas, seria possível gravar cada bit num espaço menor. Em outras palavras, seria possível gravar muito mais informações ou bits por centímetro, conforme mostra a figura 4.

Além disso, seria possível "empilhar" vários discos, de modo que eles funcionassem paralelamente, facilitando assim o acesso rápido as informações e ao mesmo tempo obtendo-se uma capacidade muito grande de armazenamento.

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É claro que, com o aumento da densidade das informações, surgiu a necessidade de se utilizar um sistema muito mais delicado e preciso de gravação e leitura. Assim, com a utilização de um mecanismo muito mais preciso que o tornava vulnerável à presença das menores partículas de sujeira como, por exemplo, poeira em suspensão foi necessário vedar todo o sistema numa caixa evitando seu contato com o ar ambiente. Uma simples partícula de poeira ou de fumo que penetre no sistema e caia na superfície magnetizável pode impedir a leitura de diversos bits afetando assim o funcionamento de um disco rígido. É por este motivo que os discos rígidos usados nos computadores são vedados e de modo algum devemos abri-los. A manutenção destes discos é feita em salas especiais com atmosfera controlada (sem impurezas) e por pessoas que vestem trajes especiais.

As Tecnologias O nome disco rígido, hard-disk ou HD não é o único usado para denominar este dispositivo. A IBM, por exemplo, o chama de disco fixo (fixed disk), mas existem ainda outros nomes e alguns deles associados à tecnologia empregada e que merecem explicações.

a) Winchester Este, sem dúvida é um dos nomes mais usados para o HD, e não são poucas as pessoas que se referindo a este meio de armazenamento de arquivos dizem que seu PC tem "uma winchester de tantos gigabytes". Na verdade, estas pessoas estão associando um tipo de disco rígido (que talvez não seja o usado no seu PC) com o tipo de dispositivo. Winchester é o nome da tecnologia usada num tipo especial de disco rígido e que foi lançada pela IBM quando apresentou sua unidade de disco rígido 3030. Ela recebeu este

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nome porque tinha um disco de duas faces e em cada uma delas era possível gravar 30 megabytes de informações. Muitas pessoas associam o nome winchester ao famoso rifle que era usado pelos cowboys, e que ajudou na conquista do oeste americano, ao mesmo tempo em que outros dizem que o nome se deve ao fato da tecnologia ter sido desenvolvida na cidade de mesmo nome. Não consegui ainda saber qual das afirmações é verdadeira. O importante é saber que na tecnologia winchester para os discos rígidos existe um cabeçote de leitura e gravação que é dotado de um pequeno aerofólio, como nos carros de corrida, figura 5.

Quando o disco gira em alta velocidade é criada uma corrente de ar, que passando pelo aerofólio que tem o perfil de uma asa de avião, faz aparecer uma força que o levanta alguns milionésimos de polegada. Desta forma, a cabeça de leitura "flutua" acima do disco rígido sem tocar nele, mas a uma distância suficientemente pequena para poder magnetizar os imãs elementares quando ele estiver gravando ou para perceber os campos dos imãs elementares quando estiver sendo feita a leitura de informações. O fato do cabeçote não tocar na superfície do disco é muito importante, pois evita o desgaste por atrito. Este funcionamento explica por que se recomenda com tanta ênfase que não se balance o computador com um disco rígido tipo winchester funcionando, pois se o cabeçote tocar na superfície do disco, ele pode raspá-lo de tal modo que os dados no local do risco serão perdidos. 136

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b) Tecnologia Whitney Uma forma de se obter um disco rígido mais eficiente, com a eliminação de alguns problemas da tecnologia winchester estão é a dos discos tipo Whitney. Neles, temos um cabeçote que se movimenta por um líquido que tem o mesmo efeito do ar, mas com maior viscosidade impedindo assim as oscilações que eventualmente possam ocorrer devido a turbulências.

c) Tecnologia Bernoulli Esta é uma tecnologia extremamente interessante apresentada pela primeira vez pela Iomega Corporation. A ideia de se fazer com que o disco rígido (não tão rígido) se dobre pela força do ar em movimento quando gira justamente junto a cabeça de leitura de modo a não encostar nele. A ideia básica vem do princípio de Bernuilli (um físico suíço) que diz que, quando um fluxo de ar ou qualquer fluido se movimenta a energia total em qualquer ponto do sistema é constante. De uma maneira simples de entender, isso significa que, se acelerarmos a passagem de um fluido, por exemplo estreitando o tubo por onde ele passa, a pressão nestes pontos diminui, conforme mostra a figura 6.

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Os Discos Rígidos Na Prática Os discos rígidos modernos constam de diversos discos de metal empilhados que giram em conjunto acionados por um motor em comum. Para cada disco ou face em que as informações podem ser gravadas existem cabeças de leitura e gravação. O uso de diversos discos empilhados tem vantagens e desvantagens. A vantagem está no fato de que em um determinado instante temos diversas cabeças posicionadas para a leitura em discos diferentes ao mesmo tempo, conforme mostra a figura 7.

As trilhas que estão prontas para serem acessadas naquele instante fazem com que seja formado uma espécie de superfície que lembra um cilindro virtual. Assim, este conjunto de trilhas acessadas ao mesmo tempo pelas cabeças recebe o nome de cilindro. Assim, gerenciando o modo como são feitas as gravações podemos aumentar a velocidade de acesso, pois existe uma probabilidade maior de uma cabeça estar perto da informação desejada ou do local em que desejamos fazê-lo quando usamos diversas delas, do que se usássemos uma só. 138

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A desvantagem está no fato de que diversos discos significam uma inércia maior para acionamento e, além disso, aumentar a altura do dispositivo. Os primeiros discos rígidos usavam lâminas circulares de metal de 8 polegadas que logo passam a ter apenas 5 e 1/4". Hoje temos discos rígidos que usam lâminas circulares de 2,5 , 1,8, 1,3 polegadas e até menores como os que encontramos em laptops, notebooks e palmtops. Estas lâminas circulares são feitas de alumínio extremamente fino (a espessura típica é da ordem de micropolegadas) mas existem tipos que são feitos de vidro e até mesmo de cerâmicas. Os mais comuns, entretanto, são os que usam lâminas de alumínio. A substância magnética que recobre as lâminas pode variar de fabricante para fabricante, mas a principal característica é dada pela densidade espacial, ou seja, quanto de dados pode ser gravado por unidade de área do material usado. Nos primeiros tipos de discos rígidos utilizava-se o mesmo material das fitas comuns de áudio, ou seja, óxido de ferro ou ferroso ou ainda cromo. No entanto, como essas partículas não tem as propriedades exigidas para o armazenamento de informações com grande densidade como por exemplo a baixa coercitividade, novas substâncias passaram a ser usadas. O que se usa atualmente são os meios peliculares (thin film) que consistem numa camada de espessura microscópica de um metal puro ou ainda de uma mistura de metais que são depositadas sobre o disco por processos eletrolíticos (deposição) ou ainda por vaporização (sputtering) conforme mostra a figura 8.

Figura 8 139

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Com uma espessura muito menor os campos elementares que correspondem aos bits têm menos espaço para se espalhar e assim podem ocupar menos espaço. A informação pode ser gravada mais densamente nestes discos. A deposição permite ainda que as superfícies sejam extremamente lisas e com isso o cabeçote pode ficar mais próximo. Outro ponto importante é que a maior coercibilidade que faz com que os campos de cada bit sejam mais intensos facilitando a leitura. Para os tipos comuns os valores de densidade são de 200 Megabits por polegada quadrada ou mais dependendo do tipo. Os locais em que as informações podem ser gravadas são dividias em trilhas e setores de modo que existe um mecanismo que movimenta as cabeças para se posicionarem nas trilhas nas quais estão as informações que devem ser lida ou onde devem ser gravadas as informações, conforme mostra a figura 9.

Os cabeçotes de leitura e gravação é que são responsáveis pelo acesso aos diversos pontos dos discos. Estes cabeçotes 140

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consistem em bobinas que ficam na ponta de braços que podem se mover acionados por um mecanismo apropriado denominado atuador de cabeçotes. A importância da proximidade do cabeçote da superfície do disco se deve ao fato de que os campos magnéticos se espalham e são tanto mais fracos quanto mais longe estiverem da fonte que os produz. Assim, quanto mais próximo passar o cabeçote dos pontos em que estão os imãs elementares que armazenam as informações mais facilmente será feita a leitura e, além disso, mais próximos podem estar os imãs elementares aumentando a densidade de gravação. O mecanismo que movimenta o cabeçote deve ter uma enorme precisão para posicioná-lo exatamente sobre a trilha em que desejamos gravar a informação ou lê-la. Quanto maior for a precisão deste mecanismo mais próximas podem estar as trilhas e com isso maior quantidade de informações pode ser gravada no disco. Existem diversos tipos de atuadores que são (ou foram) usados nos discos rígidos. Os tipos mais antigos e que não mais são usados são os de loop aberto. Os tipos atuais de loop fechado o que significa que existe um sistema de realimentação que permite ao circuito saber quando ele posiciona na trilha certa. Estes sistemas de atuadores podem empregar diversas tecnologias como: 141

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a) Band-stepper Trata-se de um sistema bastante semelhante aos usados nos drives de disquetes. O que existe é um sistema mecânico com um motor de passo que movimenta o braço onde está o cabeçote até a trilha em que se deseja ler ou gravar dados. O número de pulsos que o motor recebe indica para qual trilha ele deve se deslocar. Se bem que este sistema seja simples, ele tem algumas desvantagens como por exemplo a limitação do número de trilhas que pode ser acessadas já que o motor para cada passo acessa apenas um trilha e a velocidade que é relativamente pequena, dada a inércia do próprio motor e do sistema de atuação. Na figura 11 temos um diagrama simplificado deste tipo de atuador.

Figura 11 Os discos rígidos que usam este sistema de atuador já não mais são fabricados. b) Servo-Voice Coil Como o nome sugere, este sistema utiliza o mesmo princípio de funcionamento dos alto-falantes: uma bobina móvel. O que temos é então uma bobina que está acoplada ao braço que prende o cabeçote. Quando esta bobina é percorrida 142

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por uma corrente, o campo magnético criado faz com que surja uma força que tende a movimentá-la e com isso o braço que pode então se deslocar varrendo as diversas trilhas do disco rígido. O deslocamento do braço é proporcional à tensão aplicada à bobina e por meio de um circuito de realimentação (loop fechado) pode-se saber exatamente onde está o cabeçote posicionando-se com precisão sobre a trilha desejada, conforme mostra a figura 12.

Figura 12

Como este sistema tem uma inércia muito menor e não precisa contar pulsos para ir até a trilha desejada, pois ele faz seu movimento baseado numa tensão que varia linearmente, sua velocidade é muito maior assim como a precisão no posicionamento dobre a trilha desejada. Mesmo este sistema tem suas desvantagens, pois se trata de um sistema mecânico onde a inércia não pode ser completamente eliminada. Assim, uma maneira que os fabricantes encontraram para se obter uma velocidade de acesso maior as trilhas, é com a utilização de dois atuadores. 143

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A Conner Peripherials, por exemplo, desenvolveu um disco rígido com dois atuadores. Em lugar de usar um cabeçote por disco, o sistema utiliza dois cada qual tendo o seu sistema de atuadores independente. Usando circuitos multiplexados, recebendo sinais que são distribuídos por um programa "inteligente", ele faz com que, tão logo um cabeçote se posicione numa trilha para ler ou gravar uma certa quantidade de dados, o outro já fica esperando na trilha que deve ser acessada imediatamente, colocando assim o tempo de acesso sobreposto ao tempo de uso eficaz na gravação ou leitura de dados, conforme sugere a figura 13.

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É claro que o uso de discos rígidos deste tipo exige versões especiais do DOS que já preveem esta possibilidade.

Conclusão As capacidades dos discos rígidos aumentam dia a dia e avanços tecnológicos mostram que é possível gravar cada vez mais dados em discos menores com trilhas mais "apertadas" e materiais com propriedades magnéticas apropriados. No entanto, os discos rígidos que usamos nos nossos computadores ainda usam o mesmo princípio básico dos primeiros HDs que equipavam computadores de duas décadas atrás. O que muda é a tecnologia, mas o princípio de funcionamento que estudamos se mantém e deve ainda ficar assim por um bom tempo, até que alguma inovação os torne obsoletos.

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Pulso Eletromagnético (EMP) Não precisamos falar muito dos efeitos destrutivos diretos de uma explosão nuclear. Temperaturas de milhões de graus são produzidas no centro do evento causando a vaporização instantânea de qualquer substância conhecida, além da emissão de enorme quantidade de radiação. A onda de choque que se segue arrasa qualquer coisa que ainda tenha permanecido em pé. Mesmo depois de algum tempo decorrido os efeitos ainda persistem, com a queda dos resíduos lançados na atmosfera que trazem enorme quantidade de radioatividade, comprometendo assim a vida nas imediações e mesmo em locais mais distantes. Todas essas consequências são terríveis trazendo preocupações a muitos governos quanto à maneira de se proteger as populações com abrigos, sistemas de salvamento ou deslocamento de pessoas atingidas. No entanto, além desses perigos, uma explosão nuclear também pode comprometer diversos tipos de serviços importantes no momento crítico como, por exemplo, as telecomunicações e a própria transmissão de energia, mesmo sem atingir de modo visível qualquer equipamento. Isso acontece porque existem efeitos elétricos poderosos, que acompanham uma explosão nuclear, capazes de destruir diversos tipos de equipamentos, e a distância de dezenas ou mesmo centenas de quilômetros do local da explosão. Que tipos de efeitos elétricos ocorreriam numa explosão? Que tipo de destruição pode causar o EMP ou Pulso Eletromagnético? Este será o assunto analisado nas próximas linhas.

O EMP ou Pulso Eletromagnético O ar em condições normais é isolante, não conduzindo a eletricidade, mas deixando passar diversas formas de sinais eletromagnéticos como, por exemplo, a luz e as ondas de rádio. No entanto, elevadas temperaturas podem ionizar o ar, ou seja, arrancar elétrons de seus átomos, tornando-o assim um 146

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excelente condutor de eletricidade. Quando isso acontece, as propriedades condutoras influem diretamente na capacidade do ar de deixar passar radiações eletromagnéticas e muito mais que isso, pode provocar a própria produção dessas radiações. Temos um exemplo disso nas próprias descargas naturais que ocorrem durante uma tempestade, conhecidas como raios, em que além da forte onda de choque e boa quantidade de luz produzida, também temos uma movimentação de cargas elétricas que produz uma radiação eletromagnética cobrindo uma boa faixa das comunicações. (figura1)

Sintonizando seu rádio de AM fora de estação em dia de tempestade você pode ouvir as fortes interferências, na forma de estalos, produzidas por estas descargas elétricas. Entretanto, as descargas produzidas por um simples raio não significam muito em relação ao que pode ocorrer com a ionização provocada pela explosão de uma bomba atômica. As elevadíssimas temperaturas geradas no local de uma explosão nuclear ionizam o ar e com isso manifestam-se fenômenos elétricos de enorme intensidade. A própria radiação atômica ajuda a excitar o ar ionizado provocando a produção de impulsos elétricos de curtíssima duração, mas de enorme intensidade. Estes impulsos podem se propagar pelo espaço, do mesmo modo que qualquer onda de raio (eletromagnética), e ao atingir equipamentos sensíveis causam sua destruição. 147

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A sensibilidade dos equipamentos eletrônicos a impulsos elétricos que se propagam tanto pelo espaço como por elementos condutores materiais é bem conhecida. Os equipamentos de telecomunicações, por exemplo, que trabalham com sinais recebidos por uma antena, não podem admitir em seus circuitos tensões acima de certos valores. Se um sinal acima de certa intensidade os atingir, a tensão em seus circuitos ultrapassa os limites admitidos e os danos permanentes ocorrem. Mesmo os equipamentos de computação são sensíveis a estes sinais de grande intensidade. Atingindo as linhas de alimentação ou mesmo suas estruturas, os pulsos podem induzir tensões suficientemente elevadas para causar danos imediatos. Na figura 2 damos as características comparadas do pulso eletromagnético gerado por uma explosão atômica e do pulso gerado por um raio numa tempestade.

O pulso eletromagnético tem uma duração muito menor que o produzido pelo raio, concentrando assim mais energia num espaço menor de tempo, o que significa um maior efeito destrutivo. 148

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O espectro de frequências que este pulso abrange também é importante, pois se estende a centenas de MHz (Megahertz), afetando inclusive equipamentos de comunicações na faixa de VHF. Propagando-se com a velocidade da luz, este pulso corresponde a um campo elétrico/magnético capaz de efeitos bastante destrutivos sobre aparelhos eletrônicos.

Como o EMP é produzido Os efeitos de um pulso eletromagnético gerado por uma explosão nuclear já haviam sido notados há um bom tempo, por exemplo, em 1958, quando um este nuclear no Pacífico conseguiu paralisar momentaneamente a rede de iluminação no Havaí a 1 000 quilômetros de distância. No entanto, foi somente depois de 1962 que maior atenção começou a ser dada ao fenômeno. Se bem que todas as explosões nucleares possam produzir um pulso eletromagnético, sua intensidade varia de acordo com a maneira como a explosão se realiza. Isso nos leva a pensar no dia em que as potências militares se preocuparem com o EMP como um recurso tático, produzindo-o de modo controlado com a finalidade de danificar apenas os meios de comunicação inimigos. O que se sabe hoje, por exemplo, é que uma explosão a baixa altitude, até 100 metros do solo, não produz um pulso de maior intensidade. O que ocorre neste caso é que o pulso é dirigido para cima, conforme mostra a figura 3. Se a explosão ocorre em uma altitude maior, digamos entre 100 metros e 10 quilômetros, os efeitos do pulso já serão maiores. O aquecimento violento no local da explosão ioniza o ar, e excita com isso elétrons que, movimentando-se em alta velocidade, criam as correntes capazes de gerar o pulso. O caso mais grave é quando a explosão ocorre acima da atmosfera, em altitudes entre 10 e 1 000 quilômetros. Uma explosão acima da ionosfera, ou nela, por exemplo, a mais de 500 quilômetros de altura, teria consequências gravíssimas em termos de pulso gerado. Nesta altura não existe um meio material suficientemente denso para absorver a energia irradiada. 149

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O resultado é que a partir do local da explosão, a energia liberada se propaga na forma, principalmente, de raios X e raios gama que podem então atingir a camada superior da atmosfera numa frente relativamente ampla, conforme mostra a figura 4.

Ao atingir a camada superior da atmosfera, ocorre então uma ionização que curto circuita o ar, tornando-o condutor, e provocando gigantescas movimentações de cargas elétricas. 150

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Gera-se então o forte pulso eletromagnético que se propaga em todas as direções a partir desse ponto. Na figura 5 mostramos um gráfico em que colocamos as intensidades de campo produzidas por uma explosão de 20 megatons (1 megaton equivale ao poder detonante de 1 milhão de toneladas de TNT), em diversas distâncias.

Veja que, a 8 quilômetros do local do evento, a intensidade de campo chega a 10 000 volts por metro! Objetos metálicos de grandes dimensões funcionariam como verdadeiras “antenas" recolhendo a energia deste pulso com o aparecimento de tensões elevadíssimas. Aparelhos eletrônicos com antenas externas, ou dependentes de linhas de transmissão, seriam extremamente vulneráveis ao pulso, pois ficariam sujeitos à indução de tensões suficientemente altas para causar a destruição dos componentes mais sensíveis. Dentre os aparelhos que podemos destacar como sensíveis estão os receptores de rádio com semicondutores e que possuem antenas externas (mesmo telescópicas), as linhas telefônicas, os 151

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computadores e microcomputadores ligados na rede de alimentação local e não dotados de recursos para eliminar transientes, instalações com lâmpadas fluorescentes etc. Tensões de milhares de volts induzidas nestes elementos poderiam causar sua destruição imediata!

Precauções É interessante observar que dispositivos elétricos e eletrônicos como as lâmpadas incandescentes, as válvulas eletrônicas e mesmo os rádios portáteis dotados apenas de antenas de ferrite (sem antenas externas) são relativamente imunes ao pulso eletromagnético. Num aparelho com válvulas, por exemplo, na presença da tensão elevada induzida pelo pulso, ocorre simplesmente um arco entre os elementos internos capaz de absorver a energia que, de outra forma, destruiria o componente. No entanto, no caso de dispositivos semicondutores que têm conexão com antenas ou linhas que possam trazer a alta tensão induzida pelo pulso, os efeitos são destrutivos. Todos sabem o que ocorre com microcomputadores e outros dispositivos semelhantes quando um transiente, muito menor que o produzido pelo EMP, consegue chegar ao circuito, daí as precauções na forma de filtros e aterramentos que normalmente são tomadas. Não há arco entre eletrodos, pois não há meio gasoso entre eles. O arco, na realidade, fura as capas isolantes das camadas semicondutoras, como nos transistores de efeito de campo, causando sua imediata destruição. Talvez seja importante que as autoridades militares, tão preocupadas com problemas estratégicos, se preocupem também com o fato das forças do Pacto de Varsóvia somente usarem em seus equipamentos de telecomunicações antiquadas (?) válvulas e não transistores. Não seria isso antes um produto de uma inteligente estratégia e não uma demonstração de atraso tecnológico? Diversas são as precauções que podem ser tomadas para se evitar efeitos destrutivos em equipamentos elétricos e eletrônicos. Como cabos condutores e elementos metálicos de 152

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grande porte são ótimos captadores do pulso, será conveniente desconectar qualquer aparelho da rede ou de antenas na iminência de um conflito nuclear. Receptores comuns podem ser protegidos com a ligação de protetores, como diodos em oposição e com polaridade oposta, como mostra a figura 6, formando assim um sistema amortecedor de pulsos.

Equipamentos sensíveis como microcomputadores, receptores como semicondutores etc., devem ser instalados dentro de gabinetes metálicos e ligados à terra. Finalmente, é conveniente deixar de reserva e funcionando, em bom estado, aquele velho rádio de válvulas do tempo do vovô. Ele pode ser útil.

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Como Funciona O GPS A Guerra do Golfo revelou ao mundo civil a existência de fantásticos dispositivos eletrônicos militares que tornam infalíveis muitas armas. Mísseis voando baixo sobre Bagdá e identificando seus alvos a ponto de poder acertar a entrada de ar condicionado de um silo de foguetes mostra a que ponto a precisão eletrônica pode chegar. No entanto, tais recursos para a destruição também podem ser usados com outras finalidades, que não sejam militares, e ao alcance do público comum como é o caso do GPS. Neste artigo mostramos de que modo o chip da guerra do golfo que orientou as armas contra o Iraque pode ser usado para nos dizer em que ponto do mundo estamos com uma exatidão que chega a poucos metros e de que modo isso pode nos ajudar em muitas de nossas atividades do dia a dia. Obs. Este artigo é do ano 2000. Hoje o GPS está presente em celulares, relógios inteligentes, carros, vestíveis, IoT, etc. As cenas de foguetes voando baixo sobre Bagdá na Guerra do Golfo e o acerto de alvos de poucos centímetros com precisão incrível a distâncias muito grandes, vistas nas televisões de todo o mundo, certamente impressionaram a todos, principalmente os mais ligados à eletrônica, como nossos leitores. A utilização de recursos eletrônicos fantásticos nessas armas, possibilitando sua orientação quase que infalível, mostraram que não há limite para o que esta ciência pode fazer. No entanto, um fato importante consequente do desenvolvimento desta tecnologia militar é que os recursos desenvolvidos para a orientação dessas armas não são apenas um segredo militar mas podem ser compartilhados com o público civil de uma forma atenuada, num sistema que certamente vai revolucionar nossos costumes e já está gerando novos dispositivos fantásticos. 154

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Como um foguete pode saber exatamente em que lugar ele está, identificando os obstáculos com precisão de modo a contorná-los e sabendo exatamente onde está seu alvo? A resposta está no sistema denominado GPS ou Global Positioning System.

O GPS A ideia de se criar um sistema de orientação eficiente vem da segunda guerra mundial quando os sistemas Loran (nos Estados Unidos) e Decca (na Europa) foram criados. Tais sistemas consistiam basicamente numa rede de estações transmissoras de rádio em locais bem determinados e que enviavam sinais para os receptores nas aeronaves e navios que procuravam se orientar. Tais sinais eram codificados de tal forma, que pela sua recepção era possível, por triangulação, determinar com boa precisão o ponto em que o receptor se encontrava.

No entanto, para que tal sistema pudesse ser usado, o receptor deveria estar dentro do alcance dos transmissores, o que significava uma dificuldade muito grande para se cobrir um território maior e o que não dizer do mundo inteiro. A ideia de um sistema que pudesse ter cobertura mundial surgiu em 1973 a partir de um programa da força aerea americana denominado Navstar GPS ou Navstar Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global Navstar) e 155

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que teve seu primeiro teste efetivo feito em 1977 com o lançamento de um satélite especial.

Figura 2- Dezenas de satélites como este recebem os sinais dos equipamentos GPS e fornecem por triangulação a sua posição na superfície da terra. Os testes realizados com o satélite tiveram tanto sucesso que o programa foi então implantado definitivamente com o lançamento de uma rede de satélites em torno da terra capaz de dar cobertura mundial para o sistema. Tais satélites formariam uma rede de tal forma que, em cada ponto da superfície terrestre sempre haveria um ou mais na "linha de visão" do receptor.

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Evidentemente, como o sistema funciona com sinais de rádio existem problemas que devem ser considerados. Um deles é a distorção dos sinais causada pela ionosfera que pode afetar a precisão de tal modo a limitá-la a algo em torno de 20 a 30 metros. Outro problema é que os sinais de alta frequência operando em alguns gigahertz têm dificuldade em penetrar em certos locais do mesmo modo que no caso dos telefones celulares. Mas, mesmo assim a precisão obtida é incrível. O que temos então é uma rede de satélites girando em torno da terra e que emitem sinais de tal forma codificados que sua recepção por um circuito especial e processamento por equipamento conveniente permite determinar com precisão de metros sua posição sobre o globo terrestre.

É claro que a possibilidade de se ter acesso a tal sistema de orientação foi uma grande preocupação dos seus criadores. Em mãos erradas poderia ser usado para dirigir mísseis ou bombas voadoras capazes de espalhar terror em toda a terra. 158

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Por este motivo, os militares americanos que o desenvolveram cuidaram para que sua utilização pelos inimigos em potencial não pudesse ser feita de forma total com uma precisão que fosse ameaçadora, fixando seu modo de uso civil com uma precisão "menos perigosa". Assim, foram criadas duas versões do GPS (Global Positioning System): Militar e Civil. Na versão militar existe um código especial de processamento dos sinais que permite obter uma precisão da ordem de menos 20 metros na determinação da posição e este código é mantido secreto. O código P, como é conhecido, na verdade permite até um aumento da precisão pela utilização de sistemas diferenciais chegando a alguns milímetros! Na versão civil, a precisão é menor, por motivos óbvios, ficando na ordem de 20 a 100 metros. O importante é que o acesso a versão civil pode ser feito por qualquer um, o que leva a criação de sistemas de orientação fantásticos e que já estão influindo em muitas atividades de nosso dia a dia. Com o desenvolvimento de chips que contém todos os elementos para a elaboração do receptor, aparelhos portáteis de localização usando o sistema GPS já são comuns com custo bastante acessível como o mostrado na figura 6 da Garmin que custa apenas 139,95 dólares.

Figura 6 - GPS 38 da Garmin de uso portátil (alimentado por 4 pilhas AA comuns) e é ideal para exploradores, iatistas, etc. (Um dos primeiros modelos, do ano 2000 – quando o artigo foi escrito) 159

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Assim, no iate, no ultraleve, na moto, no carro ou mesmo levando na mochila, o viajante em qualquer instante pode saber sua posição exata sobre o globo terrestre simplesmente consultando um aparelho semelhante a uma calculadora, conforme mostra a figura 7.

Figura 7 - Um GPS do tipo console para ser instalado no painel de barcos. (modelo antigo) Mapas baseados nas indicações de tais aparelhos já estão sendo elaborados de modo a facilitar viajantes de todos os tipos na sua localização a qualquer momento. Mas, o mais interessante é o seu uso no carro. Os automóveis Audi e Mercedes de alguns modelos já são equipados com sistemas de navegação que permite que o motorista possa saber sua posição a qualquer momento. Com mapas de alta precisão e acoplado a um receptor que recebe os sinais do sistema GPS, o aparelho fornece ao motorista em qualquer instante sua posição em qualquer parte do mundo em que ele se encontrar, colocando num visor de alta definição semelhante ao de um computador um mapa com esta localização! Um primeiro chip que pode servir de base para o receptor e processador de sinais do GPS desenvolvido pela Plessey tem seu diagrama de blocos mostrado na figura 8.

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O GP1010 contém todos os elementos para a elaboração de um receptor, mais todos os elementos que digitalizam esta informação para uso do microprocessador que fornece a posição final do usuário. Com base neste chip passamos a explicar como funciona eletronicamente o GPS.

Como Funciona o Gps Em torno da terra existe um anel de satélites que orbitam a uma altura de 20 200 quilômetros, dando duas voltas em torno da terra a cada dia sideral. O dia sideral é mais curto que o dia comum, pois leva em conta a translação da terra em torno do sol e não somente a sua rotação. Esse dia sideral tem 23 horas e 56 minutos de duração. Devido a esta órbita, a cada volta o satélite passa pela mesma posição sobre a terra 4 minutos mais cedo. O anel de 18 satélites tem 6 planos orbitais com três satélites cada um, posicionados com uma inclinação de 55 graus (figura 5). Cada um dos satélites transmite sinais continuamente na mesma frequência de 1575 MHz. O processo de modulação é o Spread Spectrum Modulation em que a portadora tem constantemente sua fase invertida por um código pseudorrandômico na frequência de 1,023 MHz. A recuperação do sinal original é feita pela multiplicação por uma cópia do código usado que é mantida na memória do receptor. Conforme foi visto, existem duas versões para este

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código: a conhecida por todos que é para uso civil e a secreta de alta precisão para uso militar. Cada um dos satélites leva ainda um código próprio de identificação de sua posição e de temporização. A temporização, para se obter a precisão necessária, é feita por meio de relógios atômicos. Para saber sua posição o receptor e seu circuito de processamento utilizam o seguinte processo: Em primeiro lugar o receptor mede o deslocamento da frequência resultante do Efeito Doppler devido ao movimento do satélite em relação á terra. Depois, em segundo lugar, o circuito mede o intervalo de propagação do sinal entre diversos satélites. Na memória do microprocessador existem informações sobre as órbitas dos satélites em cada instante e, portanto, sobre suas posições em relação a terra. Combinando os resultados das medidas dos sinais com os dados da memória do microprocessador o circuito fornece as coordenadas exatas do local em que ele se encontra.

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O Radar Uma curiosidade muito grande sempre cercou os leitores refere-se ao funcionamento dos aparelhos de ralar. É claro que a montagem de um verdadeiro aparelho de radar com quilômetros de alcance além de exigir equipamentos ultra potentes de micro ondas envolve problemas locais de emissão de sinais. No entanto, se na para a parte prática desta edição damos um projeto experimental de bom desempenho, e aqui explicamos o seu princípio de funcionamento. Nota: apesar do artigo ser antigo (1988) o princípio de funcionamento dos radares modernos é o mesmo. Muda a tecnologia que faz uso de componentes mais modernos, por exemplo, usando displays digitais, processamento e muito mais. Veja também neste livro O Radar nas Estradas. O radar se baseia no fato de que as ondas de rádio podem ser absorvidas ou refletidas por determinados objetos, Quanto mais alta for s frequência de um sinal de rádio, menor será o comprimento de sua onda (já vimos isso em diversos artigos anteriores), o que significa também que menor será o objeto que pode causar alguma influência na sua propagação. Teoricamente, a presença de um objeto no caminho de propagação de uma onde começa a se fazer sentir, se este objeto possuir dimensões que correspondam pelo menos e 1/10 do comprimento da onda. Assim, para um sinal de 300 MHz (300 000 000 Hz), que corresponde a um comprimento de onda de 1 metro, um objeto de 10 cm começa a fazer algum efeito sobre a propagação do sinal. Que tipo de efeito pode ter este objeto sobre o sinal de rádio? Se o objeto for de metal, como mostra e figura 1, pode haver reflexão de volta de parte do sinal emitido. 163

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Em outros casos, o sinal pode ser absorvido e sua intensidade depois do objeto ficará reduzida. Em outras palavras, se emitirmos um potente sinal de rádio numa determinada direção e nela existir algum objeto que possa refletir parte deste sinal, teremos um "eco" que podemos receber e com isso perceber a presença deste objeto. Os radares usados pelas forças armadas, na ajuda à navegação aérea, operam segundo este mesmo princípio, mas possuem estruturas bastante sofisticadas que os tornam instrumentos muito precisos. (figura 2)

Assim, começamos pelo transmissor que possui potências incríveis, da ordem de milhões de watts de modo que, mesmo sendo um objeto pequeno e distante, a energia que ele pode refletir é grande o suficiente para poder ser captada pelo 164

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receptor. O comprimento de onda deve ser muito curto, da ordem de alguns centímetros, o que implica em frequências de milhares de quilohertz, ou seja, gigahertz (1 gigahertz vale 1 000 000 000 Hz) o que possibilita a detecção de objetos muito pequenos. É comum a montagem da antena do transmissor em um sistema rotativo que possibilita a emissão de feixes muito estreitos de ondas em direções que são ”varridas”. (figura 3)

Assim, dirigindo os feixes através de antenas direcionais (parabólicas, por exemplo), pode-se ter o eco com a determinação precisa da sua direção. No receptor, é montado um tubo de raios catódicos que tem uma varredura circular que acompanha o movimento da antena. Se ocorre algum eco que corresponde a reflexão do sinal (num avião inimigo, por exemplo), no ponto correspondente aparece uma mancha luminosa, sendo esta logo identificada pelo operador. Pela posição na tela, ele sabe a distância que o avião está assim como sua direção. Observe que se não houver reflexão de sinais num objeto, ele não será detectado pelo radar. Este é o fato que leva muitos países como, por exemplo, os Estados Unidos, tentarem projetar um avião “invisível" ao radar. Este avião teria então superfícies de tal maneira projetadas e com materiais tais, que não haveria reflexão dos sinais de microondas do radar. Tal avião – que dizem já estar em fase bastante adiantada de projeto - não seria detectado pelos radares, pois não haveria reflexão dos sinais emitidos. (figura 4)

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A eficiência do radar na detecção dos objetos distantes não vem apenas da precisão com que determinamos sua posição e sua distância. Os sinais de rádio se propagam com uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo, o que significa que a detecção é instantânea. A propósito, é pelo fato de conhecermos a velocidade de propagação dos sinais de rádio que conseguimos saber a distância que o objeto se encontra. O receptor possui elementos que possibilitam medir o tempo que o sinal demora para ir e voltar até o objeto, ou seja, o intervalo entre o sinal (normalmente um impulso) e o eco, um impulso mais fraco, conforme mostra a figura 5.

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Além da detecção instantânea, existe um efeito denominado Doppler que faz com que a frequência de um sinal se altere sensivelmente quando ele reflete num objeto que esteja em movimento, e esta alteração pode ser medida. Como esta alteração depende da velocidade do movimento do objeto, pela alteração podemos ter uma informação a mais sobre nosso “alvo": sua velocidade. Existem diversos tipos de radar que são utilizados com as mais variadas finalidades. O primeiro tipo que analisamos é o de onda continua (CW = continuous wave) que corresponde justamente ao tipo que estamos montando na nossa parte prática. Neste tipo de radar existe uma antena única ligada a um transmissor em contínuo funcionamento e que emite um sinal de altíssima frequência, sem modulação alguma. Para o receptor, existe uma segunda antena apontada para o local de onde deve vir um eventual eco, se algum objeto entrar no campo de ação da antena transmissora. (figura 6)

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Este tipo de radar não pode indicar a distância do objeto pois não existe um padrão de tempo, ou seja, não há uma referência entre o instante que o sinal sai e é refletido de volta. Podemos usar este tipo de radar apenas para acusar a presença do objeto. Um segundo tipo mais sofisticado emprega pulsos de curta duração e de frequências altíssimas. Existe então um transmissor que é ligado a uma antena e emite um pulso de curta duração na direção em que se pretende detectar algum objeto. Podemos usar um receptor ligado à mesma antena ou a outra antena, para este tipo de radar. Se o receptor for ligado à mesma antena, existe um dispositivo que conecta o transmissor e desconecta o receptor apenas no instante em que é emitido o pulso. Depois disso, fica conectado o receptor à espera do eco. (figura 7)

Neste caso, pelo tempo que o eco leva para voltar, temos a possibilidade de saber a distância em que se encontra o objeto. Se forem usadas antenas se- paradas, os aparelhos podem ficar ligados permanentemente. As aplicações práticas para os radares são inúmeras. Além na defesa aérea, no controle de tráfego, existem muitas outras. No Brasil, por exemplo, o radar é usado pelos pesquisadores do INATEL (Instituto Nacional de Telecomunicações de Santa Rita do Sapucaí - MG) no estudo das formações de chuvas, já que as nuvens e mesmo as gotas de água podem 168

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refletir determinados comprimentos de ondas o que possibilita sua detecção a distância. (*) Atualmente temos radares nos sites da Climatempo, IPMET e Simepar que fornecem imagens das chuvas obtidas com seus instrumentos. A polícia rodoviária usa um radar Doppler que justamente além de acusar a passagem do veículo, pela alteração que ele provoca na frequência do sinal, consegue medir com extrema precisão sua velocidade. (figura 8)

Nota: veja artigo neste livro sobre o Radar nas Estradas. O uso de um radar de enorme potência, apontado para o Planeta Vênus, permitiu determinar com extrema precisão sua distância. As mesmas experiências de reflexão, para medida precisa da distância, foram repetidas com o Sol e com a Lua. Para você ter uma ideia da sensibilidade que deve ter o receptor numa experiência dessas, imagine que o sinal tem de viajar quase que 16 minutos e meio, a uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo, o que resulta em 149 milhões de quilômetros, a distância entre a Terra e o Sol. Pesquisadores também usam os radares para detectar meteoritos que penetram à todo momento na atmosfera da terra, estabelecendo sua trajetória e velocidade. 169

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Código De Barras Atualmente, não existe praticamente nenhum produto industrializado que saia das linhas de produção sem uma identificação através do código de barras. Da mesma forma, até pequenos estabelecimentos já fazem o controle de seus produtos através de códigos de barras. Indispensável no comércio e na indústria, o código de barras já começa também a invadir as residências com o oferecimento de leitoras que permitem a realização de pagamentos através da Internet. Veja neste artigo como funciona o código de barras e qual é a importância da sua utilização no seu ramo de negócios. A ideia de um sistema de marcação de produtos e documentos que possa ser lido por uma máquina não é nova. Já no final da década de 50 foram feitos estudos visando a sua criação. A ideia básica era usar um conjunto de barras que pudesse levar informações capazes de serem lidas por um sistema óptico simples. A utilidade prática, entretanto, só começou na década de 60 quando o exército dos Estados Unidos adotou um primeiro tipo de codificação denominado NW7. No entanto, foi somente na década de 70 que começou realmente a difusão do uso do código de barras, adotando-se então o código denominado 39. A partir desse código foram criados novos códigos como o UPC e EAN, que passaram a ser utilizados de uma forma mais ampla no comércio. Em 1977 foi fundada a EAN (European Article Numebering Association) nome que foi mudado logo depois para International Association for Article Numbering. Os códigos adotados por essa associação são os que predominam no mundo, apesar de que nos Estados Unidos, ter existido um esforço para se padronizar o código UPC. No Brasil, o código de barras começou a ser utilizado nos anos 80, ocorrendo a filiação de nosso país ao EAN em 1985. Criou-se na época a ABAC (Associação Brasileira de Automação Comercial) que depois passou a ser chamada EAN Brasil.

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Hoje, não podemos imaginar caixas de supermercados, caixas de bancos e outros estabelecimentos que devem totalizar custos e valores de milhares de documentos sem o uso de um sistema de códigos de barras. Como podemos codificar informação através de um conjunto de barras escuras e regiões claras que possam ser lidas, de forma segura e rapidamente, por sistemas comuns é algo que certamente interessa a quem trabalha com eletrônica. Assim, antes de passarmos aos diversos tipos de códigos adotados, devemos começar pela análise de como um código é estruturado.

Estrutura Básica De uma forma simplificada, para melhor entendimento, podemos analisar um código der barras como uma forma melhorada do Código Morse, onde temos pontos e traços que codificam informações. Passando diante de um sistema de leitura, conforme mostra a figura 1, um fotodiodo recebe de volta a luz refletida, diferenciando as regiões claras e escuras de tal forma a reproduzir a informação digital representada.

Uma característica importante dos códigos é que eles são estruturados de tal forma que a leitura pode ser feita em ambos

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os sentidos, ou seja, da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda. O sistema leva em conta tanto a relação de larguras entre as barras como os espaços, de acordo com cada tipo de código. Assim, mesmo existindo diversos códigos, eles são estruturados sempre de duas maneiras apenas. Existem assim os códigos que usam apenas 2 dimensões de barras e espaços e os códigos que usam quatro dimensões de barras e espaços. Um exemplo pode ser dado na figura 2, em que temos uma codificação 128, com duas larguras de barras e duas larguras de espaços.

As larguras e os espaços são padronizados, sendo medidos em MIL (Milésimos de Polegadas). Para o dimensionamento das barras e do espaço existe o conceito de “módulo”. O Módulo dá as dimensões mínimas que devem uma barra ou espaço. Por exemplo, um código que tenha um módulo 1 mil, com dois tamanhos de barras/espaço isso significa que tanto a barra mais fina como o espaço mais fino terão 1 mil e a barra mais larga e o espaço mais largo terão 2 mil. Para um código de 4 tamanhos de barras, como o EAN13, as larguras das barras e espaço serão fixas e podem ter 4 valores diferentes:  Barra/espaço mais fino (módulo)  2 vezes a barra/espaço mais finos  3 vezes a barra/espaço mais finos  4 vezes a barra/espaço mais finos 172

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Outro ponto que deve ser considerado na elaboração de uma marca através de código de barras é a Margem de Silêncio. Trata-se do espaço sem marcação alguma que ficam nas extremidades do código, conforme ostra a figura 3.

Essa região tem sua largura definida pelo tipo de código e é expressa no número de vezes que ela é maior do que a largura da barra mais fina. Por exemplo, para o EAN8/13, essa largura deve ser 13 vezes a largura da barra mais fina.

O Contraste É comum vermos em supermercados que determinadas etiquetas impressas com códigos de barras usando cores que não à preta, as vezes não são lidas pelos equipamentos usados, ou então encontram dificuldades para isso. O que determina a capacidade que um sistema de leitura tem para poder ler um código é o contraste. O contraste mínimo que deve existir entre a barra escura e a barra clara deve ser de 75%. Isso significa que a barra escura deve refletir, no máximo 25% de luz e a barra clara, no mínimo 50% de luz. O gráfico da figura 4 mostra o que ocorre.

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É importante notar que esse contraste deve ocorrer para o comprimento de onda da luz emitida pelo Laser do equipamento de leitura. Uma barra que, numa determinada cor reflete bem a luz de determinada cor (verde, por exemplo), pode não refletir bem essa mesma cor quando iluminada por um laser vermelho... Podemos comparar essas taxas de reflexão aos níveis lógicos dos circuitos integrados que definem as regiões que vão ser interpretadas com nível lógico 0 ou 1.

Densidade Se as barras de uma etiqueta estiverem muito próximas, o dispositivo usado na leitura pode não ter a capacidade de definilas, afetando assim a leitura. Isso significa que as barras devem ter uma certa densidade, compatível com a capacidade de leitura do sistema. Assim, define-se densidade como “a relação entre a quantidade de caracteres codificados e a largura que o código ocupa” depois de impresso. Na figura 5 mostramos exemplos de códigos impressos com altas e baixas densidades.

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Altura Também é necessário definir a altura das barras, conforme a aplicação. O processo de leitura usado tem dificuldades em ler uma faixa estreita de barras a uma distância maior. Uma etiqueta com um código baixo e comprido exige um processo de focalização mais crítico, dificultando assim a leitura.

Razão de Aspecto A relação entre a altura e largura do código de barras numa etiqueta é outra característica importante a ser considerada. Denominada Aspect Ratio, na terminologia inglesa ela pode estar de acordo com três tipos de codificação: Oversquare – são códigos em que a razão altura/largura é maior que 1, conforme mostra a figura 6. Nesses códigos, a altura das barras é maior que a largura total da etiqueta. Um exemplo de aplicação é no controle de bagagens de aeroportos.

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Square – nesses códigos a razão é 1. A altura das barras é igual à largura total da etiqueta, conforme mostra a figura 7. Os códigos usados na identificação de mercadorias em supermercados são deste tipo.

Undersquare – nesses códigos, a altura das barras é menor do que a largura total da etiqueta. Exemplos desse tipo de código encontramos nos documentos pagos em bancos. Na figura 8 temos um exemplo desse tipo de código.

Fator de Magnitude As dimensões do código podem variar a partir da referência que é o padrão EAN. Assim, se um código estabelece que a barra mais fina deve ter 13 mil, um código que tenha 90% dessa dimensão terá um fator de magnitude igual a 0,90. Para os códigos EAN, o fator de magnitude ou FM deve ficar na faixa que vai de 0,8 a 2 (80% a 200 %). 176

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Códigos Especiais Existem aplicações para as quais os códigos convencionais não são os mais apropriados. Podemos citar como exemplo, aquelas em que grande quantidade de informações deve estar contida numa etiqueta. Para esse caso temos o código PDF. Outro caso é aquele em que não pode haver dano ao código, o que pode ocorrer dadas suas condições de uso. Nesse caso é usado o código RFID. Finalmente temos o caso em que é preciso atualizar as informações de um código em tempo real, caso em que se utilizam os códigos RF. Desses códigos falaremos numa próxima oportunidade em artigos especiais.

Padrões de Códigos de Barras A tabela seguinte fornece as características e usos dos principais códigos em uso. Padrão CODE 39

Características Alfanumérico; Comprimento variável ; dígitos, letras maiúsculas e símbolos

CODE 128

Alfanumérico, codifica a tabela ASCII ; comprimento variável; incorpora três subconjuntos para compressão de dados e uso de caracteres especiais Numérico; comprimento fixo (13 dígitos para o EAN13 e 8 dígitos para o EAN8) – para produtos em massa Numérico; comprimento fixo (12 dígitos para o UPCA e 8 dígitos para o UPC E) – para produtos em massa Numérico; comprimento variável

EAN13/EAN 8 UPC-A

INTERLEAVE D 2 OF 5 (*) PDF-417

Alfanumérico, codifica a tabela ASCII, comprimento variável, armazena até 1,2 kbytes, bidimensional, 8 níveis de segurança (*) Intercalado 2 de 5

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Uso Hospitais, Bibliotecas, Indústria Industria – Uso Geral

Varejo Varejo (USA e Canadá) Embalagens de embarque e uso geral Uso Geral (documentos)

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