Medir o Mundo – Parte IV

measures

Na terceira parte falei de electrostática e da medição de carga eléctrica. Passo agora à carga em movimento, isto é, corrente eléctrica. Irei também falar de medir tensões eléctricas e campos magnéticos. Compreender e medir o electromagnetismo esteve na base de uma das maiores revoluções civilizacionais que a humanidade protagonizou.

Medir corrente eléctrica

amperimetro

Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Ørsted (1777 – 1851) descobriu que a agulha de uma bússola era deflectida quando uma corrente eléctrica passava por um fio próximo da agulha. Este foi o nascimento do electromagnetismo: o reconhecer que os efeitos eléctricos e magnéticos estão relacionados. Cargas eléctricas em movimento produzem campos magnéticos! Onze anos depois, Michael Faraday (1791-1867) descobriu o efeito recíproco, a indução electromagnética: campos magnéticos (variáveis) produzem correntes eléctricas!

Como o leitor já terá deduzido, um dos primeiros medidores de corrente eléctrica fez uso do fenómeno descoberto por Ørsted: a deflexão da agulha é uma medida indirecta da corrente eléctrica. Quanto maior a deflexão, maior a corrente. O que significa uma “maior corrente”? Tal como a corrente do rio é tanto maior quanto maior for o caudal, também a corrente eléctrica é tanto maior quanto maior for o número de cargas eléctricas que passam num dado ponto por unidade de tempo.

Note-se que este instrumento usava o campo magnético terrestre como referência (ou, se preferirem, como força restauradora da agulha, isto é, o campo magnético terrestre impelia a agulha a voltar à posição de equilíbrio, em linha com o campo, tendo um papel semelhante ao de uma mola numa balança). Ora, o campo magnético terrestre é uma péssima referência, não só por ser um campo relativamente fraco e variável, como também por ter uma direcção fixa. Isto implicava ter o cuidado de posicionar o medidor sempre alinhado com essa direcção, pois caso contrário o instrumento não estaria calibrado. Assim, medidores posteriores fizeram uso de outros campos magnéticos produzidos, por exemplo, por ímans.

Os medidores de correntes eléctricas são chamados de amperímetros visto que a corrente eléctrica é quantificada em amperes. O nome desta unidade física deve o seu nome ao físico francês André-Marie Ampère (1775–1836), um dos fundadores do electromagnetismo.

 

Medir diferenças de potencial eléctrico

voltimeter

Para que haja corrente eléctrica é necessário haver uma diferença de potencial eléctrico. Tal como o rio só corre em direcção ao mar por este estar a uma altitude inferior, também a carga eléctrica só “anda” num dado sentido se existir uma diferença de potencial eléctrico que a force nesse sentido. A diferença de potencial pode ser produzida, por exemplo, num gerador eléctrico. Note-se que uma simples carga eléctrica produz diferença de potencial eléctrico à sua volta. A atracção e repulsão entre cargas são fenómenos descritos pela diferença de potencial eléctrico que estas partículas produzem. Quanto maior a acumulação de carga, maior o potencial eléctrico.

Um voltímetro mede diferenças de potencial eléctrico em volts. A unidade física faz neste caso homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745–1827). O potencial eléctrico é também por vezes designado por tensão eléctrica ou voltagem (este último termo é por norma desaconselhado para evitar confusões entre grandezas físicas e respectivas unidades).

A corrente eléctrica está intimamente relacionada com a diferença de potencial eléctrico através da Lei de Ohm: a corrente é proporcional à diferença de potencial e a constante de proporcionalidade é o inverso da resistência eléctrica (já falei de resistências eléctricas quando expliquei o funcionamento de lâmpadas de incandescência). Assim, é possível construir voltímetros a partir de amperímetros, usando uma resistência eléctrica de referência e a Lei de Ohm: faz-se passar a corrente eléctrica por uma resistência eléctrica conhecida, mede-se a corrente e fica-se a saber que a diferença de potencial corresponde ao valor da corrente a dividir pelo valor da resistência de referência.

 

Medir campos magnéticos 

magnometer

Já conhece a bússola: trata-se de um medidor de direcção de campos magnéticos. Pode ser usada para detectar a direcção de outros campos magnéticos para além do terrestre. Como referi antes, correntes eléctricas em movimento produzem campos magnéticos e estes conseguem alterar a direcção do Norte na bússola…

Materiais magnéticos (ou magnetizados) produzem campos magnéticos. O material tem um pólo norte e um pólo sul e podem-se representar linhas de campo a ligar estes dois pólos:

6913769

Para observar este efeito é comum fazer-se a experiência clássica da limalha de ferro:

 

Algo de semelhante pode ser feito com um conjunto de bússolas:

2870591

Além da direcção, podemos também querer medir a magnitude do campo magnético, isto é, a “força” do campo.

Uma vez que afirmei antes que campos magnéticos variáveis produzem correntes eléctricas, é fácil de imaginar que uma forma de medir a magnitude de um campo magnético é fazê-lo variar de uma forma conhecida e consequentemente medir a corrente eléctrica produzida num circuito eléctrico de referência (se se tratar de um íman, podemos fazê-lo vibrar, o que resulta numa variação espacial do campo magnético). Resolvendo a Física e a Matemática envolvidas é possível deduzir a magnitude do campo magnético em causa.

 

Dou este artigo por concluído. Ressalvo que mostrei apenas um pedacinho da ponta do icebergue… Por um lado é possível medir estas grandezas de muitas outras formas, por outro não fiz uma exposição sistemática de todas as grandezas físicas conhecidas. Se o leitor desejar conhecer a forma como outras grandezas físicas são medidas poderá pedi-lo nos comentários e, se se justificar, poderei escrever uma quinta parte devota a essas medições.

 

P.S.: Sabia que vai ser lançado um livro baseado em artigos deste blogue? O livro vai ser apresentado em Lisboa (2 de Março de 2018), Aveiro (3 de Março de 2018), Coimbra (3 de Março de 2018) e Leiria (4 de Março de 2018).
Pode fazer a sua pré-encomenda aqui.

 

'Yes, there's something wrong: The voltmeter shows a very low reading...'

Dr. G. Palmalodos: “Sim, há algo de errado: o voltímetro mostra um valor muito baixo.”
(O diagnóstico do doutor peixe está errado, pois um dos eléctrodos deveria estar ligado à terra.)

 

Marinho Lopes

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