Aula 8-Eletricidade Atmosférica

Download Aula 8-Eletricidade Atmosférica

Post on 05-Dec-2015

3 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

aula atmosfera

TRANSCRIPT

<ul><li><p>BC 1106 - CINCIAS ATMOSFRICAS </p><p>03-04-2014 10 Quadrimestre </p><p>ELETRICIDADE ATMOSFRICA </p><p>AULA 8 </p></li><li><p>Tpicos da Aula... </p><p> Os relmpagos e a origem da vida </p><p> Raio, relmpago e trovo; </p><p> Formao dos relmpagos; </p><p> Rigidez dieltrica; </p><p>Circuito eltrico global. </p></li><li><p>Estudos mostram que os relmpagos, podem estar relacionados formao dos primeiros compostos denominados aminocidos, que teriam se formado a partir da quebra de molculas de amnia, metano e hidrognio por descargas eltricas. Os aminocidos so estruturas bsicas para a formao de todas as protenas e indispensveis a todas as formas de vida em nosso planeta, pois atravs da energia dissipada pelas descargas, numerosos processos qumicos se desenvolveram, dando origem a diversos compostos que colaboraram enormemente para o surgimento das primeiras formas de vida. Para os seres humanos, por causa dos seus efeitos, sempre foram temidas, observadas e associadas a foras sobrenaturais, estando tambm intimamente ligadas descoberta e incio da utilizao do fogo. </p><p>AS DESCARGAS ELTRICAS E A ORIGEM DA VIDA </p></li><li><p>RAIO, RELMPAGO E TROVO </p><p>Raio descarga eltrica produzida pelo rompimento da capacidade isolante do ar, em funo da existncia de duas superfcies carregadas eletricamente com polaridades opostas, ocasionando o surgimento de um corrente eltrica muito intensa . </p><p>Relmpago corresponde luz emitida pelo raio, em funo do movimento rpido dos eltrons no canal de descarga formado. </p><p>Trovo O rpido aquecimento do ar pela corrente eltrica do raio produz o trovo o som provocado pelo aquecimento da atmosfera, devido descarga eltrica. A corrente do raio, ao passar pelo ar aquece-o e ele se expande com violncia, produzindo um som intenso e grave. </p></li><li><p>Desde o seculo XVIII, a partir dos experimentos de Benjamin Franklin (1706-179), sabe-se que os relmpagos so descargas eltricas que ocorrem devido ao acmulo de cargas eltricas em regies localizadas da atmosfera, em geral dentro de nuvens de tempestades, tambm conhecidas como cmulos nimbos. Quando o campo eltrico produzido por estas cargas excede a capacidade isolante do ar (rigidez dieltrica), a descarga eltrica ocorre. </p><p>FORMAO DOS RELMPAGO </p></li><li><p>RIGIDEZ DIELTRICA </p><p>A rigidez dieltrica de um certo material um valor limite de </p><p>campo eltrico aplicado sobre a espessura do material (kV/mm), </p><p>sendo que, a partir deste valor, os tomos que compem o </p><p>material se ionizam e o material dieltrico deixa de funcionar </p><p>como um isolante, passando a ser condutor. </p></li><li><p>A rigidez dieltrica uma propriedade do meio ou material. </p><p>RIGIDEZ DIELTRICA </p><p>MATERIAL RIGIDEZ DIELTRICA (kV/cm) </p><p>Ar 30 </p><p>Mica 600 </p><p>Vidro 75 a 300 </p><p>O valor da rigidez dieltrica depende de diversos fatores como: Temperatura; Espessura do dieltrico; Tempo de aplicao da diferena de potencial; Taxa de crescimento da tenso; Para um gs, a presso fator importante. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Do ponto de vista dos ons e da condutividade, a atmosfera pode ser dividida em: </p><p> atmosfera inferior (correspondente troposfera) </p><p>mdia atmosfera (correspondente estratosfera e mesosfera) </p><p>atmosfera superior (acima de 80 km, correspondente </p><p>termosfera). </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e </p><p>mesosfera) </p><p>A atmosfera inferior e a mdia atmosfera so fracamente condutoras devido presena de pequenas concentraes de ons. </p><p>Nestas regies, os ons so criados por: ionizao de molculas neutras do ar, geralmente molculas de nitrognio e oxignio, raios csmicos primrios e secundrios, partculas e radiao produzida pelo decaimento radioativo de substncias no solo como urnio e trio, e no ar como gs radnio. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e </p><p>mesosfera) </p><p>Aps os ons serem formados, eles reagem com as molculas neutras e prendem-se a molculas de gua, do vapor dgua sempre existente na atmosfera, formando aglomerados de ons. Estes aglomerados so relativamente estveis e constituem a maioria dos ons de tamanho molecular, tambm chamados de pequenos ons. Quando os pequenos ons agregam-se s partculas de aerossis, eles formam grandes ons. Em geral, grandes ons esto presentes na atmosfera em menores concentraes do que os pequenos ons, exceto em regies com altos nveis de poluio onde podem ser mais numerosos. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e </p><p>mesosfera) </p><p>A presena da superfcie da Terra influencia a concentrao de ons, aerossis e partculas radioativas atravs da distribuio de ventos, temperatura e vapor dgua. Tal influncia dominada pela turbulncia, sendo significativa na camada limite planetria (CLP). A maioria das medidas eltricas na atmosfera feita dentro desta camada. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Atmosfera superior (acima de 80 km, correspondente </p><p>termosfera) </p><p>Iniciando-se na parte superior da ionosfera e estendendo-se para cima, est localizada a magnetosfera, regio onde a dinmica das partculas governada pelo campo magntico da Terra. Os ons, prtons e eltrons nesta regio so originrios da ionosfera e do vento solar, um fluxo de partculas carregadas provenientes do sol que atinge a atmosfera da Terra. Na parte interna da magnetosfera, partculas carregadas so aprisionadas pelo campo magntico formando cintures de radiao ao redor da Terra. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Atmosfera superior (acima de 80 km, correspondente </p><p>termosfera) </p><p>Diferentemente da atmosfera inferior e da mdia atmosfera, na atmosfera superior existem alm dos ons negativos e positivos uma considervel quantidade de eltrons livres produzidos pela absoro da radiao solar por tomos e molculas. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Condutividade Eltrica </p><p>A capacidade da atmosfera de conduzir uma corrente eltrica </p><p>expressa em termos de sua condutividade. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA Condutividade Eltrica </p><p> A condutividade isotrpica na atmosfera inferior e mdia atmosfera, sendo dada pelo produto da densidade de ons, a carga dos ons e a mobilidade. A mobilidade a facilidade dos ons de se moverem atravs das partculas neutras, o qual depende da massa e da carga dos ons, da densidade de partculas neutras e da temperatura. Somente os ons pequenos contribuem para a condutividade, desde que a mobilidade dos ons grandes vrias ordens de grandeza menor. </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e mesosfera) </p><p>Nesta parte da atmosfera as condutividades dos ons positivos e dos ons negativos so aproximadamente iguais. </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Condutividade Eltrica </p><p>A camada de ar prxima superfcie da Terra apresenta baixo valor de condutividade, 10-14 a 10-12 Siemens/m (S/m); Na atmosfera a condutividade cresce rapidamente com a altitude, na mesma proporo que aumenta a densidade de ons no ar, segundo uma relao praticamente exponencial; Na atmosfera inferior e mdia o aumento da condutividade com a altitude devido , principalmente, devido ao aumento da mobilidade com a altitude em consequncia da diminuio da densidade da atmosfera. </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e mesosfera) </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Condutividade Eltrica </p><p>A condutividade tambm varia com a latitude devido variao da intensidade de raios csmicos, e tende a ser maior em altas latitudes. Prximo a superfcie da Terra, a condutividade sofre variaes associadas a umidade, neblina, poluio, alm de outros fatores meteorolgicos. </p><p>Atmosfera inferior e mdia (troposfera, estratosfera e mesosfera) </p></li><li><p>ESTRUTURA ELTRICA DA ATMOSFERA </p><p>Condutividade Eltrica </p><p>Na atmosfera superior, a condutividade anisotrpica devido ao fato da mobilidade de ons e eltrons depender da direo do campo magntico. </p><p>Atmosfera superior (acima de 80 km, correspondente termosfera) </p><p>Na atmosfera superior, que possui altas temperaturas, a ionosfera apresenta valor elevado de condutividade, da ordem de 1 S/m, resultante de uma grande quantidade de ons livres na regio, gerados por processos de ionizao. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>Em 1752, L. G. Lemonnier descobriu que mesmo quando no havia nuvens, situao conhecida como condio de tempo bom, uma fraca eletrificao existia na atmosfera. Ele encontrou, tambm, evidncias que esta eletrificao variava da noite para o dia e mais tarde detectou-se a existncia de variao diurna da eletrificao e confirmou-se que a polaridade eltrica na atmosfera, nesta condio era positiva e que mudava para negativa quando havia tempestades prximas, confirmando as observaes de Flanklin. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>Assim, o campo eltrico de tempo bom uma consequncia da existncia de uma carga na superfcie da Terra e da condutividade. </p><p>Nos continentes, o campo eltrico mdio de cerca de 120V/m. </p><p>Em funo, desta carga ser negativa, o campo eltrico est orientado no sentido da ionosfera para a superfcie da Terra; </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>O campo eltrico diminui exponencialmente com a altitude (a uma altitude de 30km, o campo eltrico prximo de 300mV/m); A integrao do campo eltrico da superfcie da Terra at a </p><p>ionosfera resulta em uma diferena de potencial de 200mV. Em consequncia disto uma corrente orientada para baixo, denominada de densidade de corrente de Maxwell, da ordem de 2,0x10-12 A/m2 est constantemente fluindo na atmosfera; </p></li><li><p>A existncia de uma densidade de corrente constante, implica </p><p>na existncia de uma fonte contnua de cargas. </p><p>Baseado nisto, em 1920 C. T. R. Wilson estabeleceu a hiptese </p><p>conhecida como a teoria do capacitor esfrico ou circuito </p><p>eltrico atmosfrico global. </p><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>As nuvens de tempestades, com os seus centros de cargas positivas e negativas separados funcionam como gerados do circuito. De forma, simplificada, eletricamente, o planeta pode ser visualizado como composto por duas camadas condutoras ( o solo e a ionosfera) separadas por uma camada de baixa condutividade (o ar), na qual se posicionam as nuvens de tempestade. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>No circuito, a corrente circula, do topo das nuvens, regio carregada positivamente, para a ionosfera. Segue pelos caminhos de alta condutividade desta regio e complementa o circuito retornando ao solo pela regio de bom tempo (regio sem tempestades). </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>O percurso da corrente se completa na regio abaixo da nuvem, que tem sua base carregada negativamente, na forma de descargas atmosfricas. Assim, as tempestades transferem parcelas de cargas negativas para a terra atravs dos seus raios. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>Neste circuito a superfcie da Terra e uma superfcie equipotencial em alguma altitude deveriam, comportar-se como placas de um capacitor esfrico carregado A camada equipotencial foi primeiramente chamada de eletrosfera e supostamente estaria localizada entre 40 e 60 km. Mais tarde, ela foi considerada ser coincidente com a ionosfera. Este capacitor esfrico carregado at uma diferena de potencial de 200 kV. As cargas entre as placas estariam se movendo rumo ao solo, constituindo uma corrente de fuga. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>Importante ressaltar que, apesar de amplamente aceita, esta teoria ainda apresenta algumas limitaes e estudos em desenvolvimento podem futuramente apresentar novos e/ou diferentes dados. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>A teoria do capacitor esfrico para o circuito global, entretanto, tem vrias limitaes, so elas: Embora a condutividade da ionosfera seja bastante alta, ela aumenta sistematicamente com a altitude, de modo que no exista uma camada equipotencial. Uma verso mais completa do circuito global tem sido proposta sem considerar a existncia de uma camada equipotencial superior. </p></li><li><p>CIRCUITO ELTRICO ATMOSFRICO GLOBAL </p><p>Tal fato torna possvel a influncia dos campos eltricos ionosfricos e magnetosfricos sobre a atmosfera inferior perto das regies polares; Variaes temporais no circuito global so, entretanto, predominantemente associadas com variaes na atmosfera inferior, principalmente na regio tropical. Em torno das tempestades, outras fontes de corrente existem tais como descargas pontuais, precipitao e relmpagos na parte inferior, etc. A importncia relativa de tais fontes, como geradoras para o circuito global, ainda no conhecida. </p></li><li><p>REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS </p><p>Pinto Jr., O.; Pinto, I.A. Relmpagos. So Paulo: Editora brasiliense, 20 ed., 95p., 2008. </p><p>Pinto Jr., O.; Pinto, I.A. Tempestades e Relmpagos no Brasil. So Paulo, 196p., 2000. </p><p>ELAT (Grupo de Eletricidade Atmosfrica do INPE) - http://www.inpe.br/webelat/homepage/menu/relamp/eletricidade.atmosferica/circuito.eletrico.atmosferico.global.php, acessado em abril de 2014. </p><p>Coelho, V. L. Anlise dos desempenhos de redes ereas de distribuio de mdia tenso frente ao das descargas atmosfricas. Tese do Programa de Ps Graduao em Engenharia Eltrica da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianpolis 2010. </p><p>Filho, S.V. Descargas atmosfricas Uma abordagem de engenharia. Editora Artliber, So Paulo, 2005. </p></li></ul>