Relatório final

Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Mestrado em Ensino da Física e da Química no
3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário
RELATÓRIO DE ESTÁGIO
2013/2014
MANUEL JOAQUIM COELHO BARROS
JULHO 2014

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Comunicação de Informação a Longas Distâncias
Utilizando Microondas

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Sob orientação científica:
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Abílio de Jesus Monteiro Almeida
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Índice
1. Introdução .................................................................................................................5
2. Movimento ondulatório............................................................................................6
2.1. Considerações históricas .......................................................................................6
2.2. Considerações teóricas e aplicações......................................................................8
2.2.1. Principio da sobreposição e interferência de ondas: ondas
eletromagnéticas ..................................................................................................................8
2.2.2. Reflexão e refração!........................................................................................................!8!
2.2.3. Difração!.............................................................................................................................!9!
2.2.4. Interferência!..................................................................................................................!10!
! 2.2.5. Tipos de ondas eletromagnéticas!............................................................................!11!
2.2.6. Inovação tecnológica – o futuro!.............................................................................!13!
3. Trabalho laboratorial - Introdução.......................................................................14
3.1. Equipamento microondas....................................................................................15
3.1.1. Transmissor!...................................................................................................................!15!
!!!!!!!!!!!!!!!!!3.1.2. Receptor!..........................................................................................................................!15!
!!!!!!!!!!!!!!!!!3.1.3. Acessórios!......................................................................................................................!16!
!!!!!!!!!!!!!!!!!3.1.4. Montagem experimental!...........................................................................................!17!
3.2. Trabalhos realizados ...........................................................................................18
3.2.1. Estudo das caraterísticas do equipamento ................................................18
3.2.2. Estudo do fenómeno óptico da reflexão!...............................................................!22!
3.2.3. Estudo da refração num prisma de cera....................................................24
3.2.4. Estudo da polarização da radiação............................................................25!
3.2.5. Estudo da difração!.......................................................................................................!28!
4. Aplicação do material de microondas em ambiente de aula...............................29
4.1. Objetivos a atingir com a implementação das atividades .................................29
4.2. Plano de aula ......................................................................................................30
4.2.1. Estudo das propriedades do sistema de microondas!........................................!32!
4.2.2. Estudo do fenómeno óptico da reflexão!...............................................................!33!
4.2.3. Estudo do fenómeno óptico da refração num prisma de cera!!......................!33!
4.3. Avaliação crítica da aula ....................................................................................35
5. Conclusões ...............................................................................................................37
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Anexos
Bibliografia
Índice de figuras
Índice de tabelas
Índice de gráficos
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1. Introdução
A comunicação desenvolveu-se vertiginosamente, as pessoas comunicam por meio
de correio eletrónico e enviam mensagens por telemóvel. Apesar desta revolução, há
quem afirme que ainda nos encontramos na infância das telecomunicações.
Este trabalho tem como tema principal o estudo das comunicações. Além de se
descrever como as comunicações se desenvolveram ao longo da História da Humanidade
e de se analisar como se realiza a transmissão de informações nas suas diversas formas,
refere-se o processo de produção das ondas rádio nas comunicações. Destaca-se a
contribuição de Maxwell, a experiência de Hertz e os trabalhos de Marconi, relacionando
–se os trabalhos destes três homens com os meios de comunicação atuais.
Uma das componentes importantes deste trabalho é o estudo experimental das
propriedades da radiação electromagnética na frequência das microondas. O trabalho
experimental foi realizado utilizando um equipamento constituído por um gerador de
microondas com o comprimento de onda de aproximadamente 2,8 cm, um detetor e
diversas componentes. Este equipamento tem a vantagem em relação a outros
equipamentos de permitir o estudo de fenómenos ondulatórios à escala centimétrica.
Além disso o equipamento é robusto, de fácil transporte e montagem, sendo por isso
adequado para a realização de experiências na sala de aula.
Considerando que a comunicação é um dos aspectos marcantes dos conteúdos
programáticos do Programa de Física e Química A, Componente de Física do 11º ano,
subtema “Comunicação de informação a longas distâncias”, neste trabalho é evidenciada
a importância que a radiação eletromagnética tem no dia a dia e como tem contribuído
decisivamente para a alteração dos hábitos da sociedade. Também se mostra que
dependendo da frequência das radiações utilizadas é possível transmitir informação de
vários tipos, utilizando diferentes equipamentos.
Uma vez que este trabalho se enquadra no programa de Física do 11º ano, foi
escolhido um conjunto de seis trabalhos experimentais realizados e três atividades para
serem apresentadas e realizadas em sala de aula.
Este relatório está dividido em cinco capítulos. No capítulo um faz-se uma pequena
introdução, onde se aborda o objetivo do trabalho realçando como o uso das microondas,
contribuiu para o avanço tecnológico na Humanidade. Neste trabalho em particular
destaca-se como o estudo das microondas pode contribuir para o desenvolvimento do
conhecimento dos estudantes do ensino secundário, na área da Física. No capítulo dois,
ponto um, através de considerações históricas faz-se a abordagem das comunicação e da
sua evolução desde o início dos tempos até aos nossos dias. No ponto dois, são abordadas

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as considerações teóricas e aplicações das microondas, como por exemplo, o principio da
sobreposição de ondas eletromagnéticas, a 1ª e 2ª leis da reflexão e a refração. Aborda-se
ainda a difração, a interferência e os diferentes tipos de ondas eletromagnéticas. A seguir
mostra-se como a inovação tecnológica pode contribuir para o avanço da tecnologia no
futuro, e apresenta-se a investigação que tem sido feita até à implementação no mercado do
transístor de papel.
No capítulo três descreve-se o trabalho experimental realizado com a radiação de
microondas, desde o equipamento utilizado até às experiências realizadas.
No capítulo quatro aborda-se a utilização do material de microondas em contexto
de sala de aula. O plano de aula inclui para além de um breve introdução aos aspectos
teóricos da comunicação, uma proposta para a realização de algumas atividades
experimentais. Depois de se verificarem quais as características principais do
equipamento de microondas, serão estudados em sala de aula os fenómenos ondulatórios
da reflexão e da refração. Neste relatório será apresentada uma avaliação crítica da aula.
As conclusões serão apresentadas no capítulo cinco.
2. Movimento ondulatório
2.1. Considerações históricas
A palavra comunicação, deriva da palavra latina communicare, que significa
“tornar comum”, “partilhar” http://en.wikipedia.org/wiki/Communication.
No Império Romano foi concebido uma espécie de sistema postal, com o intuito de
centralizar o controle do Império. Comunicação é “compartilhar elementos de
comportamento ou modos de vida, pela existência de um conjunto de regras” (Cloutier,
1975). Desde o início dos tempos, que o homem tenta comunicar com os seus semelhantes,
o Homo Erectus comunicava através de palavras simples (uma espécie de grunhidos) e
assim dialogava, com os seus pares. Acredita-se que a linguagem humana, surgiu na época
do Neandertal (100000 A.C. – 30000 A.C.). Com o aparecimento do Homo Sapiens, mais
desenvolvido fisicamente, surgiu um maior desenvolvimento da linguagem e da fala. O
homem primitivo, não comunicava apenas através da fala, mas também através da pintura.
Pintava nas paredes das cavernas onde vivia com a finalidade de comunicar com os da sua
espécie, ou com as gerações futuras, qual era a sua maneira de viver e quais os seus
hábitos. As pinturas rupestres, constituem para o homem atual uma prova da sua passagem
pela Terra. Um dos maiores avanços da civilização foi a invenção da escrita. Encontraram-
se os primeiros indícios dessa invenção, nas antigas civilizações da Suméria e da
Mesopotâmia (3000 A.C.) e sabe-se que utilizaram a pedra, a cerâmica e o papiro como
suporte para escrever.

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Os Gregos (800 A.C.) obtiveram um avanço considerável na escrita pois foram eles
que conseguiram separar as consoantes das vogais. No ano 105 D.C. inventou-se o papel
na China, um novo suporte físico que permitiu anos mais tarde (Séc. XV), o aparecimento
dos livros. Em 1438 Gutenberg desenvolveu a prensa de Gutenberg que revolucionou toda
a impressão escrita, pois permitiu a impressão em série. Foi Gutenberg que imprimiu a
Bíblia, o livro mais vendido de sempre. Com a Revolução Industrial dá-se o aparecimento
do telégrafo, que recorria a um código inventado por Morse - código de Morse –
constituído por traços e pontos. O telégrafo funcionava com a transmissão de sinais
elétricos com duração diferenciada. Morse descobriu que após 32 km o sinal perdia
inteligibilidade, pelo que inventou um repetidor que repetia o sinal de 32 em 32 km
A uma velocidade incrível, entre 1864 a 1870 Portugal ficou dotado de uma rede
telegráfica em todo o seu território, (Vegar, 2013). Em 1876, Alexander Bell, registou a
patente de uma invenção que designou de telefone. Este aparelho é um dispositivo de
telecomunicações, arquitetado para transmitir sons por meio de sinais elétricos. Em
Portugal no ano de 1877, o Rei D. Luís assistiu a uma ligação telefónica e foi o primeiro
monarca europeu a estar ligado a uma rede pública. Mais tarde dá-se o aparecimento da
rádio, para o qual contribuíram vários cientistas: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave
- James Maxwell contribui com a teoria das ondas eletromagnéticas.
- Rudolf Hertz foi o primeiro a gerar essas ondas eletricamente.
- Guglielmo Marconi transmitiu os primeiros sinais a uma distância de 1,6 km.
A rádio prescindia de cabos, uma vez que a mensagem era transmitida por ondas
magnéticas. Tornou-se numa invenção extremamente importante para a marinha e outras
unidades militares, uma vez que a forma de comunicar passou a ser mais simples e
cómoda .
As comunicações rádio e telefónicas só foram superadas pelo satélite, anos mais
tarde, este dispositivo originou uma autêntica revolução das comunicações.
Os satélites, são aparelhos geoestacionários colocados no espaço que permitem a
recepção de dados e imagem. A sua utilização foi generalizada devido à rapidez e eficácia
como recebem e enviam mensagens de e para qualquer ponto do mundo. Esta utilização,
da transmissão via satélite é resultante do tratamento digital do sinal.
Os sistemas digitais permitiram uma grande evolução da televisão que a tornou nos
dias de hoje, o meio por excelência de difusão de imagens e mensagens para todo o mundo.
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_communications
A partir da década de 80, o satélite e a transmissão por cabo aumentaram as
capacidades de transmissão em tempo real de qualquer parte do mundo.

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Nos anos 80 deu-se o inicio da era digital devido à evolução da microelectrónica, o
que permitiu o fabrico de computadores. Abriu-se uma nova janela de oportunidades, a
partir do momento em que essas máquinas, se tornaram capazes de processar grandes
quantidades de informação. Este avanço tecnológico permitiu fazer três revoluções
fundamentais.
1- Introdução da fibra óptica nos cabos telefónicos, o que aumentou a capacidade de
transmissão.
2- Digitalização das redes (RDIS - rede digital de serviços integrados) que permitiu ligar
um maior número de telefones.
3- Aplicação da tecnologia celular aos telemóveis.
No início do aparecimento dos telemóveis o seu alcance era limitado, mas hoje em
dia já se envia voz, dados e imagem para praticamente todo o mundo.
2.2 Considerações teóricas e aplicações
2.2.1 – Princípio da sobreposição e interferência de ondas: Ondas
eletromagnéticas
O princpio da sobreposição de ondas eletromagnéticas afirma: quando duas ou
mais ondas incidem no mesmo ponto, a onda resultante é a soma algébrica dos
deslocamento das ondas individuais.
2.2.2. – Reflexão e refração
As leis da reflexão, http://www.explicatorium.com/CFQ8/Luz_Leis_da_reflexao.php
interpretam o que acontece quando uma radiação incide numa superfície polida. Neste caso
a onda apenas se propaga num meio físico. A onda ao incidir na superfície refletora,
inverte o sentido de propagação.
Fig.1. Reflexão da radiação numa superfície polida.
Fonte: http://www.explicatorium.com/CFQ8/Luz_Leis_da_reflexao.php
1ª lei – o raio incidente, o raio refletido e a normal ao espelho no ponto de incidência
estão no mesmo plano.

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2ª lei – O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
As leis de refracção permitem interpretar o que acontece à direção de propagação
de uma onda, quando passa de um meio de propagação para outro diferente.
Fig.2. A refração ocorre quando a luz passa de um meio (ar )
para outro meio (vidro).
Fonte: http://osfundamentosdafisica.blogspot.pt/2010_10_01_archive.html
Quando um raio incidente passa de um meio opticamente menos denso (ar) para um
meio mais denso (vidro), a radiação muda de direção. Nesta situação o raio refrato
aproxima-se da normal e obedece à lei da refração da luz ou lei de Snell-Descartes que
afirma o seguinte:
n1.sen (θ1) = n2.sen (θ2)
e θ1 é o ângulo que a onda incidente faz com a fronteira entre os dois meios e θ2 é o
ângulo da onda refratada. O índice de refração n é caraterístico do meio e indica a taxa
entre a velocidade da onda eletromagnética no vazio e a velocidade de propagação da
onda no meio.
! =
!
!
c – velocidade de propagação da onda eletromagnética no vazio
v - velocidade de propagação da onda eletromagnética no meio
2.2.3. – Difração
A difração (Alonso & Finn, 2001), é um fenómeno do movimento ondulatório que
consiste num desvio da propagação da onda quando encontra um obstáculo. O fenómeno
pode ser descrito como uma flexão aparente das ondas em torno de pequenos obstáculos e
também como o espalhamento, das ondas após passarem por pequenas aberturas ou fendas.
No dia à dia consegue-se visualizar este fenómeno a ocorrer para as ondas à superfície da
água, que consiste no espalhamento das ondas à volta de obstáculos que se interpõem no
seu caminho.

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Fig.3. Padrão de difração de um feixe de raios laser depois
de passar através de um orifício e ser projetado num alvo.
Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction
2.2.4. – Interferência
A interferência foi descrita por Thomas Young como um fenómeno que ocorre
quando duas ou mais ondas coincidem no tempo e no espaço. A interferência (Tipler &
Mosca, 2008), pode ser construtiva ou destrutiva, se as ondas se encontrarem na mesma
fase ou em fases diferentes.
A interferência entre ondas obedece ao principio da sobreposição.
Onda
resultante
Onda 1
Onda 2
Fig.4. Interferência construtiva. Fig.5 Interferência destrutiva.
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Interferência
Fig.4. – Quando duas ondas harmónicas têm a mesma frequência e estão em fase, a
amplitude da onda resultante é soma das amplitudes das ondas individuais.
Fig.5. – Quando duas ondas harmónicas têm a mesma frequência mas as fases, diferem de
180º a amplitude da onda resultante é a diferença das amplitudes das ondas individuais. Se
as ondas originais têm amplitudes iguais elas cancelam-se completamente.

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2.2.5. Tipos de ondas electromagnéticas
Segundo (Alonso & Finn, 2001), as ondas eletromagnéticas situam-se num
intervalo de frequências, ou de comprimentos de onda e são classificadas de acordo com a
sua fonte e com o seu efeito ao interagirem com a matéria. Não é possível definir limites
para a classificação, pois fontes diferentes podem produzir ondas cujo intervalos de
frequência se sobrepõem.
(i) Ondas de rádio - frequência:
- comprimento de onda desde alguns km a 0,3 m.
- frequência de alguns ( poucos ) Hz a 109
Hz.
São utilizadas nos sistemas de rádio e televisão, e são geradas por dispositivos
electrónicos. Também são utilizadas em imagiologia, através da ressonância
eletromagnética nuclear (NMRI, Nuclear Magnetic Resonance Imaging).
(ii) Microondas.
- comprimento de onda de 0.3 m a 10-3
m.
- frequência de 109
Hz a 3 x 109
Hz.
São utilizadas em sistemas de radar, telemóveis e outros sistemas de comunicações.
Como as ondas rádio também são geradas através de dispositivos electrónicos. Também
se designa a região dos microondas por UHF (Ultra High Frequency, frequência ultra
elevada em relação à rádio – frequência).
(iii) Espectro infravermelho.
- comprimento de onda de 10-3
m a 7,8 x 10-7
m (780 nm).
- frequência de 3 x 1011
Hz a 4 x 1014
Hz.
Estas ondas são provenientes de corpos aquecidos, cujos átomos são excitados
termicamente. Têm aplicação na astronomia, medicina e indústria.
(iv) Luz visível.
- comprimento de onda de 7,8 x 10-7
m a 3,8 x 10-7
m .
Hz a 8 x 1014
Hz.
A luz é produzida por átomos ou moléculas, devido a ajustes no movimento dos
seus componentes, principalmente os eletrões.
(v) Raios ultravioleta.
- comprimento de onda de 3,8 x 10-2
m a 6 x 10-10
m .
Hz a 3 x 1017
Hz.
O Sol é uma fonte de radiação ultravioleta, que reage com os átomos presentes nas
camadas mais elevadas da atmosfera e produzem iões, dando origem à ionosfera. Os raios

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ultravioletas são utilizados na medicina e em processos de esterilização, já que têm
capacidade de destruição de micro organismos.
(vi) Raios X.
m a 6 x 10-17
m .
Hz a 5 x 1019
Hz.
Os raios X são utilizados na medicina, para diagnóstico médico pois os ossos e os
tecidos absorvem os raios X de maneira diferente, o que permite um contraste que é
perfeitamente definido numa placa fotográfica (radiografia). Podem também causar danos
graves em tecidos e organismos vivos. São utilizados no tratamento do cancro, pois podem
ser direcionados para destruir tecidos doentes. No entanto podem ter efeitos secundários,
pois os tecidos sãos, também ficam expostos e são destruídos o que pode originar outras
doenças e até a morte.
(vii) Raios γ
m a 6 x 10-14
m .
Hz a 3 x 1022
Hz.
São produzidas por substâncias radioativas que estão presentes nos reatores
nucleares e na radiação cósmica.
A tecnologia das microondas que é utilizada nas comunicações, permite a
transmissão das ondas eletromagnéticas através de conexões ponto a ponto, isto é a
comunicação faz-se entre dois nós ou extremidades. Uma comunicação ponto a ponto é
por exemplo um telefonema, que se estabelece entre dois comunicadores e o que é
comunicado por um apenas pode ser ouvido pelo outro. As microondas são transmitidas
por feixes mais estreitos, que as ondas rádio e o facto das suas frequências serem
relativamente altas permite a realização de antenas com ganho elevado, com dimensões
aceitáveis, uma vez que o tamanho das antenas é inversamente proporcional à frequência
transmitida. As larguras da banda são elevadas e permitem altas taxas de transmissão de
dados. As fontes geradores de microondas podem ser transístores de efeito de campo,
transístores bipolares ou dispositivos a válvula como válvulas termiónicas.
Algumas das aplicações das microondas nas comunicações, são as redes locais sem
fios tais como bluetooth, wifi, wimax que utilizam as microondas numa faixa de 2,4 a 5,8
GHz. http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave
A televisão por cabo e a internet de banda larga por cabo coaxial, assim como
algumas redes de telemóvel, também utilizam microondas mas de frequências mais
baixas.

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2.2.6. Inovação tecnológica – o futuro
No presente basta ter um telemóvel e tem-se acesso a vários equipamentos
integrados como o relógio, a calculadora científica, câmara de filmar, máquina fotográfica
e acesso à internet.
Futuramente talvez seja possível ter-se tudo isto num relógio de pulso, com a
capacidade de um computador convencional.
Fig.6. Modelo de i-watch em desenvolvimento pela Apple.
Fonte: http://media.t3.com/img/resized/ap/xl_Apple%20iWatch.jpg
Os indivíduos estão a ser cada vez mais solicitados a utilizar meios informáticos
como o computador o telemóvel e os “tablets” entre outros instrumentos eletrónicos para
estudar e comunicar. O facto de se utilizar massivamente estes componentes (monitores
de computadores, televisões, circuitos impressos, telemóveis, etc.), origina uma quantidade
enorme de lixo eletrónico difícil de reciclar.
Os circuitos eletrónicos contêm substâncias químicas como o mercúrio, chumbo,
arsénio, cádmio e berílio e o plástico, altamente tóxicas para o meio ambiente e para o ser
humano.
Fig.7. Aterro de lixo eletrónico.
Fonte: lixoeletronico.org/tag/legislação
Anualmente são lançadas milhares de toneladas destes resíduos nos oceanos e em
particular no Oceano Pacífico Norte o que irá provocar uma diminuição das espécies de

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animais marinhos. Se não for lançado no Oceano, queima-se ou é pulverizado em
partículas pequenas extremamente tóxicas que são libertadas para atmosfera. Ao optar por
os colocar em aterros sanitários envenena-se os solos e os aquíferos. Como tal deve-se
encontrar novas soluções entre as quais a eletrónica descartável e biodegradável. Por isso
tem-se investigado a possibilidade de utilizar papel (de um jornal por exemplo) como
substrato para a fabricação de monitores, memórias digitais e baterias auto recarregáveis
através de energia solar (Fortunato & Martins, 2013). A impressão a jato de tinta permite
“desenhar o circuito”.
Fig.8. Transístor de papel em que o papel
funciona como material isolante e substrato.
Fonte: http://expresso.sapo.pt/portugueses-e-brasileiros-
fabricam-primeiros-transistores-de- papel-do-mundo=f629278
Num futuro próximo, o telemóvel e outros dispositivos que permitem a
comunicação deverão ser feitos de material cem por cento, biodegradável e ecológico.
Segundo Isabel Ferreira, membro da equipa de investigadores da FCT “ O nosso
objetivo final é fabricar todos os dispositivos eletrónicos em e com papel, incluindo os
ecrãs iterativos. Não faz sentido ter telemóveis com baterias em papel, assim como não
faz sentido ter transístores em papel alimentados por baterias clássicas”.
3. Trabalho laboratorial
– Introdução
O estudo de fenómenos ópticos na frequência de microondas tem uma vantagem
importante, pois as propriedades físicas passam a ser observadas a uma escala visível,
uma vez que a radiação utilizada tem um comprimento de onda da ordem dos
centímetros. Neste trabalho laboratorial vai ser usado um sistema de microondas, capaz
de gerar e detetar radiação microondas com um comprimento de onda de 2,85 cm. Este
equipamento é constituído por um emissor, um receptor e um conjunto de acessórios, que
podem ser utilizados para a realização de diversas experiências.

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3.1. – Equipamento microondas
O equipamento é constituído por diversas partes que serão apresentadas a seguir.
3.1.1.Transmissor
O transmissor é um dispositivo capaz de gerar uma emissão coerente e polarizada
linearmente de ondas, com um comprimento de onda de 2,85 cm e com uma potência de
15 mW.!
Fig.9. Díodo transmissor “Gunn”
Fonte: http://www.pasco.com/prodCatalog/WA/WA-9316_advanced-microwave-optics-
system/#
Esta unidade consiste num díodo “Gunn” colocado numa caixa ressonante de
10,525 GHz, um cone para direcionar o sinal de saída e um suporte de 18 cm de altura
para minimizar os efeitos provocados pela mesa de trabalho. O transmissor pode ser
alimentado diretamente a partir dos 230 V utilizando o transformador de corrente
fornecido com o sistema. Possui um LED indicador e uma escala rotativa para medir o
ângulo de polarização. (0º corresponde a polarização vertical). O díodo atua como uma
resistência não linear que oscila na banda de microondas.
A saída está polarizada linearmente ao longo do eixo do díodo e o cone radia um
feixe de radiação de microondas centrada ao longo do seu eixo.!
http://www.pasco.com/prodCatalog/WA/WA-9316_advanced-microwave-optics-
system/#resourcesTab
3.1.2 Receptor
Um cone de microondas idêntico ao transmissor recebe o sinal gerado por este e
dirigi-o para um díodo de Schottky inserido numa cavidade de ressonância de 10,525
GHz. O díodo responde apenas à componente do sinal de microondas que está polarizada
ao longo do eixo principal do díodo, produzindo uma tensão de corrente contínua que
varia de acordo com a amplitude do sinal.

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O receptor tem quatro níveis de amplificação (1 a 30 x ) e um potenciómetro que
permite ajustar a amplificação a cada gama de frequências. O receptor possui um terminal
de saída que pode ser ligado a um osciloscópio. É alimentado por uma pilha e tem um
LED que indica se o ligador está ligado ou não. Tal como o transmissor, é constituído por
um suporte de 18 cm de altura que minimiza os efeitos provocados pela mesa do trabalho.
Pode rodar em torno de um eixo e modificar o ângulo de polarização. Uma escala
circular permite medir convenientemente o ângulo de polarização (0º corresponde a uma
polarização vertical).
3.1.3 Acessórios
Fig.10. Goniómetro
Fonte: http://jroma.pt/PDFS/manual_microondas_WA9314B.pdf
Fig.11. Mesa rotativa
Fig.12. Suporte de componentes Fig.13. Suporte de componentes rotativo

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Fig.14. Refletor metálico Fig.15. Refletor metálico parcial
Fig.16. Polarizador Fig.17. Braço de extensão para fixação de acessórios
Fig.18. Espaçador curto Fig.19. Espaçador longo
3.1.4. Montagem experimental
Os acessórios como os refletores, os refletores parciais, os polarizadores, os
espaçadores de fendas e o braço de extensão são fixos por meio de bandas magnéticas.
Fig.20. Suporte magnético para acessórios
O transmissor deve ser colocado no braço fixo do goniómetro, pois deste modo
mantêm-se uma relação fixa entre o feixe de microondas e os componentes colocados no
braço fixo ou na placa circular graduada. O receptor move-se com mais facilidade, se for
montado no braço móvel do goniómetro e permite uma melhor detecção do sinal de saída.

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Quando se move um dos braços do goniómetro, com a outra mão deve-se manter
o outro braço fixo.
3.2. – Trabalhos realizados
3.2.1. – Estudo das caraterísticas do equipamento
Equipamento necessário:
• Transmissor
• Receptor
• Goniómetro
Objetivo
Esta atividade experimental, vai permitir fazer uma introdução ao sistema de
microondas, permitindo obter uma melhor compreensão das medidas efetuadas.
Procedimento
Fazer a montagem como indica a Fig.21. Ajustar o transmissor e o receptor para a
mesma polarização. Ligar os aparelhos e ajustar o valor de R de modo que o ponteiro
indique 1,0 (toda a escala). Registar para um gama suficientemente alargada de valores de
R o valor (M) indicado no receptor.
Fig.21. Ajuste do transmissor e receptor para a mesma polarização.
Sabe-se que o campo elétrico de uma onda eletromagnética é inversamente
proporcional à distância da fonte (E =
!
!
! ) e que a intensidade de uma onda
eletromagnética é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte ( I =
!!
!!
!).
Utilizar os dados das tabelas para determinar a relação da leitura (M) com as
grandezas referidas.

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Resultados
Tab.1. Relação da leitura (M) para cada medida com a distância R (polarização vertical).
Polarização*vertical*
R(cm)* 1/R(cm51
)* 1/R2
(cm52)
* M(u.arb.)*
49,7% 0,020% 0,00040% 1%
55% 0,018% 0,00033% 0,86%
58,9% 0,017% 0,00029% 0,76%
62,9% 0,016% 0,00025% 0,64%
72,1% 0,014% 0,00019% 0,5%
82,2% 0,012% 0,00015% 0,31%
92,2% 0,011% 0,00012% 0,2%
Tab.2. Relação da leitura (M) para cada medida com a distância R (polarização horizontal).
Polarização*horizontal*
R(cm)* 1/R(cm51)
* 1/R2
(cm52)
* M(u.arb.)*
31,4% 0,032% 0,0010% 1%
40,1% 0,025% 0,0006% 0,72%
49,9% 0,020% 0,0004% 0,52%
60% 0,017% 0,0003% 0,38%
69,8% 0,014% 0,0002% 0,24%
81,4% 0,012% 0,0002% 0,17%
Gráfico.1. Variação de M em função de 1/R (polarização vertical e horizontal).
0!
0,2!
0,4!
0,6!
0,8!
1!
1,2!
0! 0,01! 0,02! 0,03! 0,04!
M"(u."arb.)"
1/R"(cm/1)"
M"="M(1/R)"
M=M(1/R)!
polarização!
vertical!
M=M(1/R)!
polarização!
horizontal!
Linear!(M=M(1/
R)!polarização!
vertical)!

! 20!
Gráfico.2. Variação de M em função de 1/R2
(polarização vertical e horizontal).
O gráfico 1 mostra que as leituras M estão relacionadas linearmente com o
inverso da distância quer para a polarização vertical quer para a polarização horizontal.
Como o campo eléctrico é proporcional ao inverso da distância, podemos concluir que o
receptor detecta o campo eléctrico da radiação. Pelo contrário, verifica-se no gráfico 2
que a relação de M com 1/R2
não é linear pelo que o sinal no detector não é função da
intensidade da radiação. A polarização é um fator a ter em conta, já que na polarização
vertical o sensor é mais sensível a variações do campo eléctrico.
Fez-se variar o ângulo do receptor em relação ao emissor como está indicado na
Fig.22. tendo-se registado os valores quer na polarização vertical quer na polarização
horizontal.
Fig.22. Ajuste do transmissor e receptor para variar o ângulo.
0!
0,2!
0,4!
0,6!
0,8!
1!
1,2!
0! 0,0005! 0,001! 0,0015!
M"(u."arb.)"
1/R2"(cm/2)"
M"="M(1/R2)"
M=M^(1/R2)!
polarização!
vertical!
M=M(1/R2)!
polarização!
horizontal!
Poly.!(M=M^(1/
R2)!polarização!
vertical)!

! 21!
Tab.3. Variação das leituras (M), R= 37,6 cm, polarização horizontal, (M1),
R= 65,3 cm, polarização horizontal, (M2), R= 65,3 cm, polarização vertical
com o ângulo do receptor (Θ).
Ângulo**
do*
receptor*
(Θ)*
Leitura*
no*
medidor*
(M)*(mA)*
Gauss*
Leitura*
no*
Medidor*
(M1)*(mA)*
Leitura*
no*
Medidor*
(M2)*(mA)*
-50% 0% 3,73E-06% 0% 0%
-45% 0% 4,01E-05% 0% 0%
-40% 0% 3,35E-04% 0% 0%
-35% 0% 2,19E-03% 0% 0%
-30% 0% 1,11E-02% 0% 0%
-25% 0,02% 4,39E-02% 0% 0%
-20% 0,1% 1,35E-01% 0,02% 0,16%
-15% 0,32% 3,25E-01% 0,2% 0,38%
-10% 0,64% 6,07E-01% 0,66% 0,68%
-5% 0,9% 8,82E-01% 0,9% 0,96%
0% 1% 1,00E+00% 1% 1%
5% 0,9% 8,82E-01% 0,92% 0,96%
10% 0,64% 6,07E-01% 0,66% 0,68%
15% 0,32% 3,25E-01% 0,2% 0,38%
20% 0,1% 1,35E-01% 0,02% 0,16%
25% 0,02% 4,39E-02% 0% 0%
30% 0% 1,11E-02% 0% 0%
35% 0% 2,19E-03% 0% 0%
40% 0% 3,35E-04% 0% 0%
45% 0% 4,01E-05% 0% 0%
50% 0% 3,73E-06% 0% 0%
Gráfico.3. M=M (Θ) para leituras (M), R= 37,6 cm, polarização horizontal, (M1), R= 65,3 cm,
polarização vertical, (M2), R= 65,3 cm, polarização horizontal.
Concluiu-se que para uma distância de 37.6 cm o receptor com a polarização horizontal
capta o sinal até ∓ 25º. Aumentou-se a distância com a polarização horizontal e o valor
G0,2!
0!
0,2!
0,4!
0,6!
0,8!
1!
1,2!
G60!G50!G40!G30!G20!G10! 0! 10! 20! 30! 40! 50! 60!
Leitura"(M)"
Θ""(o)"
M=M(Θ)"
!(M)!Pol.!Horizontal!R!=!37,6!
cm!
Gauss!
!(M1)!Pol.!Horizontal!R!=!65,3!
cm!
!(M2)!Pol.!Vertical!R!=!65,3!cm!
Expon.!(!(M)!Pol.!Horizontal!R!
=!37,6!cm)!

! 22!
do ângulo de captação diminuiu de ∓ 5o
, o que permite constatar que o sinal sofre uma
atenuação já que a banda tem um maior espalhamento. Com a polarização vertical o
espalhamento não é tão grande já que a intensidade do sinal na chegada ao receptor é
superior ao polarizado horizontalmente.
Aproximaram-se os valores a uma curva de Gauss e constata-se que seguem os
valores teóricos da relação M= M cos (!).
3.2.2. – Estudo da reflexão
Procedimento
1. Montar o equipamento, como mostra a fig. 23.
Fig.23. Montagem do equipamento para o estudo da reflexão.
2. Certificar-se que o transmissor e o receptor têm a mesma polaridade.
3. Ligar o transmissor e colocar a intensidade no receptor na posição 30x.
4. Colocar o reflector de modo a que o ângulo de incidência seja 45º.
5. Registar os valores no receptor numa gama em que se espera encontrar o feixe
refletido. Neste caso, entre 240 º e 290º.

! 23!
Resultados
Tab.4. Medição de valores de intensidade para um ângulo de reflexão de 45º
Ângulo%de%reflexão%
(θ)%
Leitura%no%
medidor%
(mA)%
Gauss%
2900
%% 0,11% 0,0376%
2850
%%%% 0,48% 0,1726%
2800
%% 0,92% 0,5357%
2750
%% 1,24% 1,1252%
2740%
% 1,33% 1,2455%
2710%
% 1,48% 1,5380%
2700%
% 1,52% 1,5992%
2690%
% 1,62% 1,6372%
2680%
% 1,69% 1,6500%
2670
%% 1,62% 1,6372%
2660%
% 1,52% 1,5992%
2650%
% 1,48% 1,5380%
2600%
% 1,33% 1,0008%
2590%
% 1,15% 0,8763%
2570%
% 0,78% 0,6411%
2550%
% 0,54% 0,4406%
2500%
% 0,16% 0,1313%
2450%
% 0,03% 0,0265%
Gráfico.4. Leitura do medidor na gama de registo de sinal.
Tendo em conta que a posição da normal ao refletor na geometria utilizada
corresponde a um ângulo de 315º e ainda os dados do gráfico 4, o ângulo de reflexão
medido experimentalmente é de aproximadamente 47º. O erro em relação ao valor
esperado, 45º, é de 5%.
0,00!
0,20!
0,40!
0,60!
0,80!
1,00!
1,20!
1,40!
1,60!
1,80!
240! 250! 260! 270! 280! 290! 300!
Leitura"no"Medidor"(M)"
Ângulo""(o)"
Re<lexão"
ReQlexão!
Gauss!

! 24!
3.2.3. – Estudo da refração num prisma de cera
Procedimento
1. Fazer a montagem conforme a Fig.24.
2. Rodar o braço móvel do goniómetro e localizar o ângulo θ, para o qual o sinal
refratado é máximo.
3. Calcular o índice de refração do material.
Fig.24. Montagem do equipamento para
determinar o índice de refração.
Resultados
Tab.5. Cálculo do índice de refração.
Ângulo*(θ)* Ângulo*(θ1)* Ângulo*(θ2)* n1*
13% 45% 58% 1,2%
Localizou-se o ângulo θ pelo qual o sinal refratado é máximo. Tendo em conta o
diagrama abaixo.
Fig.25. Diagrama que permite calcular o ângulo refratado
pela lei de Snell Descartes.
Calculou-se o ângulo refratado pela lei de Snell Descartes, n1.sen (θ1) = n2.sen (θ2) , com
n2 = 1 (índice de refração do ar). O índice de refração obtido foi de 1,2.

! 25!
3.2.4. – Estudo da polarização da radiação
Procedimento
1. Fazer a montagem conforme a Fig. 26
Fig.26. Montagem do equipamento para estudo da polarização,
através da variação do ângulo do polarizador.
2. Registar os valores lidos no medidor com o emissor e o receptor com
polarização vertical com as grelhas do polarizador na posição horizontal
para os seguintes ângulos, de -90º, -67,5º, -45º, -22,5º, 0º, 22,5º, 45º,
67,5º, 90º.
3. Registar os valores medidos para as seguintes situações:
3.1 Ângulo de 0º entre o emissor e o receptor com polarização vertical, o receptor
com polarização horizontal e a grade de polarização na horizontal.
3.2 Ângulo de 90 º entre o emissor e o receptor com polarização vertical, o
receptor com polarização horizontal e a grade de polarização na horizontal.
3.3 Ângulo de 45º entre o emissor e o receptor com polarização vertical, o receptor
com polarização horizontal e a grade de polarização na horizontal.
3.4 Ângulo de 22,5º entre o emissor e o receptor com polarização vertical, o
receptor com polarização horizontal e a grade de polarização na horizontal.
3.5 Registar ainda os valores para ângulos de - 90º, -67,5º, -45º e -22,5º.
Tab.6. Registo da intensidade com o emissor e receptor em polarização vertical.
Ângulo*de*polarização*
Leitura*do*medidor*
(mA)*
Lei*de*Malus*
-90% 0% 3,75247E-33%
-67,5% 0,1% 0,146%
-45% 0,43% 0,5%
-22,5% 0,78% 0,854%
0% 1% 1%
22,5% 0,78% 0,854%
45% 0,43% 0,5%
67,5% 0,1% 0,146%
90% 0% 3,75247E-33%

! 26!
Étienne Louis Malus foi oficial do exército, físico e matemático francês. É
conhecido pela lei de Malus que diz o seguinte: A intensidade de uma onda
eletromagnética polarizada linearmente transmitida através de um polarizador é
diretamente proporcional ao quadrado do cosseno do ângulo θ dado entre a direção de
polarização do feixe de microondas e do eixo de transmissão do polarizador isto é:
I(θ)= I0 cos2
(θ) em que:
I(θ) é a intensidade medida depois da polarização
I0 – intensidade máxima quando θ = 0º http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Malus
Gráfico.5. Leitura da intensidade do Medidor em função do ângulo. Emissor vertical, receptor
vertical.
Concluiu-se, como se pode observar do gráfico 5, que estando o emissor e o
receptor com polarização vertical o máximo de intensidade de energia recebida no
receptor dá-se para um ângulo de 0º e vai diminuindo conforme se varia o ângulo de
polarização de uma forma crescente. O polarizador transmite apenas a componente da
onda paralela do polarizador que é uma fração da onda total.
Tab.7. Registo da intensidade com o emissor com polarização vertical e receptor horizontal
Ângulo*de*polarização*
Leitura*do*medidor*
(mA)*
função*
-90% 0% 1,50099E-32%
-67,5% 0,4% 0,5%
-45% 1% 1%
-22,5% 0,4% 0,5%
0% 0% 0%
22,5% 0,4% 0,5%
45% 1% 1%
67,5% 0,4% 0,5%
90% 0% 1,50099E-32%
0!
0,2!
0,4!
0,6!
0,8!
1!
1,2!
G100! G50! 0! 50! 100!
Leitura"Medidor(M)"
Ângulo"de"polarização"
Polarização"
Leitura!do!medidor!
Linha!malus!

! 27!
Gráfico.6. Leitura da intensidade do Medidor em função do ângulo. Emissor vertical, receptor
horizontal.
Fez-se ainda o estudo do comportamento das ondas eletromagnéticas ao passarem
pela grade de polarização, com ângulos de 0º, 22,5º 45º, 67,5º e 90º entre o emissor
com polarização vertical, o receptor com polarização horizontal e as grelhas do
polarizador na horizontal.
Concluiu-se que, como se pode observar do gráfico 6, não há recepção de energia
no receptor para ângulos de polarização de 0º e 90º pois esta é totalmente absorvida pelo
polarizador, uma vez que a direção principal que permite a passagem de energia no
polarizador é normal às grelhas. Para os ângulos de 22,5º, 45º, 67,5º o receptor acusa a
passagem de energia devido à passagem da componente horizontal da onda
eletromagnética, sendo que para um ângulo de 45º se obtém um máximo de intensidade.
Estes valores são ajustados a I(θ)= I0 cos2
(θ)sen2
(θ) que resulta da aplicação sucessiva da
lei de Malus.
3.2.5. – Estudo da difração
Tab.8. Variação do ângulo de difração com a intensidade
Ângulo*
Leitura*do*
Medidor*
32% 0,14%
30% 0,08%
28% 0,04%
26% 0,03%
24% 0,06%
22% 0,1%
21% 0,12%
20% 0,2%
0!
0,2!
0,4!
0,6!
0,8!
1!
1,2!
G100! G50! 0! 50! 100!
Leitura"Medidor"(M)"
Ângulo"de"polarização"
Polarização"
Leitura!do!Medidor!
Função!

! 28!
Gráfico.7. Medidas das intensidades obtidas pela difração das microondas para uma fenda de
7,6 cm para encontrar o primeiro mínimo.
Esta experiência tem como finalidade, encontrar o ângulo para o qual se obtêm
o primeiro mínimo do padrão de difração das microondas que passam através de uma
fenda. A onda eletromagnética que é difratada na parte superior da fenda interfere
destrutivamente com outra no meio da fenda, quando a diferença entre os seus percursos
é de
!
!
. Teoricamente, o primeiro mínimo calcula-se através da expressão :
d.sin (θ) = n λ http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction
sendo d – a espessura da fenda.
λ - Comprimento de onda da radiação.
(θ) – ângulo para o qual se espera que ocorra um mínimo.
n = 1,2,3...
Para n= 1 e para uma espessura de fenda (d = 7 cm) o ângulo teórico para
encontrar o primeiro mínimo é de: 24º
Analisando o gráfico 7, podemos determinar a partir do polinómio de 2º grau o
valor mínimo, obtendo 26,2º. Este valor tem um erro de 8% em relação ao valor teórico
indicado acima.
y!=!0,0037x2!G!0,1945x!+!2,6039!
0!
0,05!
0,1!
0,15!
0,2!
0,25!
20! 22! 24! 26! 28! 30! 32!
Leitura"no"Medidor"(M)"
Ângulo"
Difração"através"de"uma"fenda"
Difração!/!
Intensidade!
Poly.!(Difração!/!
Intensidade)!

! 29!
4. Aplicação do material de microondas em ambiente de aula
- Introdução
Atualmente as comunicações desempenham um papel fundamental no dia à dia
das pessoas e no desenvolvimento económico e social de qualquer nação. A evolução
cultural e social das sociedades modernas depende das telecomunicações. Foi através da
Física que se promoveu o avanço tecnológico, na área das comunicações.
A radiação eletromagnética é a principal responsável pelo sucesso da forma de
comunicar atual devido ao seu alcance, à sua velocidade de propagação e à possibilidade
que tem de ser modulada por sinais.
A atividade laboratorial irá ser orientada para a seguinte questão - problema:
Nas comunicações por telemóvel e via satélite são utilizadas microondas de
determinadas gamas de frequências. Nas grandes cidades são construídas torres altas
que suportam um conjunto de antenas parabólicas de modo a permitir a propagação
ponto a ponto da radiação microondas acima do topo dos edifícios.
Com base na realização da atividade experimental os estudantes deverão saber
interpretar corretamente esta questão – problema.
4.1. - Objetivos a atingir com a implementação das atividades
As atividades pratico - laboratoriais irão permitir aos estudantes compreender os
princípios básicos da transmissão de informação por radiação eletromagnética, a partir de
observações experimentais dos fenómenos de reflexão, absorção e difração. Devem
reconhecer que parte da energia de uma onda eletromagnética incidente na superfície de
separação de dois meios é refletida, parte é transmitida e parte é absorvida e que esta
repartição de energia refletida, transmitida e absorvida depende de fatores como:
• A frequência da onda incidente;
• A inclinação do feixe;
• As propriedades dos materiais.
Explicitar quando ocorre a reflexão total exprimindo-a através do índice de
refração.
Os estudantes deverão constatar que estes fenómenos são comuns a qualquer tipo de
ondas e como tal podem ser observados com microondas, ultra-sons ou luz visível.

! 30!
4.2. - Plano de aula
Atividade Prática Laboratorial – Atividade baseada na APL 2.3. Comunicações
por radiação eletromagnética.
Pré – requisitos
• Aplicações das ondas eletromagnéticas nas telecomunicações
• Propriedades da luz
Conteúdos
• Transmissão de informação por radiação eletromagnética
• Reflexão, refração, reflexão total, absorção e difração
• Bandas de frequência para diferentes tipos de transmissão
Recursos, materiais e equipamentos
• Equipamento de microondas
Estratégias
Montar o equipamento de microondas de forma a realizar o estudo da:
• Dependência da intensidade da onda eletromagnética com a distância percorrida.
• A reflexão e/ou absorção de radiação pela superfície de um material
• As leis de reflexão e da refração
• A lei de Snell – Descartes
Sumário (5min)
Atividade prática laboratorial – Comunicações por radiação eletromagnética.
Espectro eletromagnético e comprimento de onda. Microondas.
Introdução às leis da reflexão. Refração.

! 31!
Guião.
(1ª Parte) (15 a 20 min)
• Relembrar o que são ondas eletromagnéticas e que o conjunto de todas as ondas
eletromagnéticas constitui o espectro eletromagnético.
• Referir que as diferentes radiações eletromagnéticas diferem no comprimento de onda
e na respetiva frequência.
• Fazer notar que o espectro eletromagnético é constituído por:
1. radiações visíveis – radiações luminosas ou luz.
2. radiações invisíveis que são as ondas rádio, microondas, radiações infravermelhas,
radiações ultravioletas, raios X e raios γ (gama).
Fig.27. Espectro eletromagnético
Fonte: http://hertzianosfq.webnode.pt/introdução-teorica/radiações/
• Referir que as ondas eletromagnéticas mais utilizadas nas telecomunicações para
transmitir informação são as ondas rádio, as microondas e a luz.
• Fazer notar que a radiação eletromagnética se propaga no vazio aproximadamente à
velocidade de 300 000 km.s-1
e a sua velocidade decresce quando se propaga noutros
materiais.
(2ª Parte) (60 a 65 min)
• Apresentar o equipamento de microondas e informar que é constituído, por um
emissor e um receptor e por outros acessórios como o goniómetro (que permite medir
ângulos) um polarizador e um refletor.

! 32!
Fig.28. Comprimento de onda. Máximo de intensidade.
Fonte: http://anasoares1.wordpress.com/2011/01/31/som-e-caracteristicas-do-
som- frequencia-amplitude-e-timbre/
4.2.1. - Estudo das propriedades do sistema de microondas
• Questionar os estudantes sobre o que aconteceria, à intensidade do sinal se
aumentássemos a distância entre o emissor e o receptor.
• Montar o equipamento de microondas conforme a Fig. 29. e registar a distância para
a qual o sinal é máximo.
• Fazer variar a distância entre o emissor e o receptor e retirar conclusões sobre o que
acontece à intensidade do sinal.
Fig.29. Ajuste do transmissor e receptor para estudo
das propriedades do sistema de microondas.
• Os estudantes deverão chegar à conclusão que as ondas eletromagnéticas diminuem
de intensidade com a distância e que esse fenómeno se designa por atenuação.
Fig.30. Atenuação da onda eletromagnética
Fonte: http://www.mar.mil.br/dhn/bhmn/download/cap-34.pdf

! 33!
4.2.2. - Estudo do fenómeno óptico da reflexão
• Fazer notar que as microondas não sofrem reflexão na atmosfera e como tal não
podem ser captadas para além da linha do horizonte.
• Explicar que para se fazer a transmissão de microondas a grandes distâncias é
necessário construir uma rede de antenas receptoras, colocadas em locais altos ou utilizar
satélites de comunicação que funcionem como antenas repetidoras, para evitar a perda de
sinal devido ao fenómeno da reflexão.
• Referir que a antena receptora e a emissora são semelhantes na sua construção.
• Questionar os estudantes sobre qual será a relação entre o ângulo de incidência e o
ângulo de reflexão.
1. Tendo em conta a questão colocada, com a ajuda dos estudantes, montar o
equipamento como mostra a Fig. 31. e procurar a direção de máxima intensidade obtida
na reflexão.
Fig.31. Montagem do equipamento para o estudo da reflexão
2. Os estudantes deverão propor e discutir com o professor um procedimento que permita
concluir que o ângulo refletido deverá ter o mesmo valor do ângulo de incidência
realizando pelo menos duas medições.
4.2.3. Estudo do fenómeno óptico da refração através num prisma de cera.
• Fazer notar que as leis da refração, permitem interpretar o que acontece à direção de
propagação de uma onda, quando passa de um meio de propagação para outro diferente.
• Referir que quando uma onda eletromagnética atravessa a fronteira entre dois meios
diferentes a direção de propagação da onda sofre uma alteração que se designa por
refração.
• Esta alteração pode ser calculada pela relação matemática designada pela lei de Snell,
que afirma que:

! 34!
n1.sen (θ1) = n2.sen (θ2)
e θ1 é o ângulo que a onda incidente faz com a fronteira entre os dois meios e θ2 é o
ângulo da onda refratada. O índice de refração n1 é caraterístico do meio (ar) e é igual a 1,
n2 é o valor do índice de refração a calcular.
Fig.32. Estudo do fenómeno da refração
1. Os estudantes devem ter em conta a Fig.32., a montagem da Fig.33. e a tabela 9 e
realizar um procedimento e que permita determinar o índice de refração do prisma de
cera. (Devem orientar o receptor de maneira que o sinal recebido seja máximo).
Fig.33. Montagem para o estudo da refração das
microondas através de um prisma de cera.

! 35!
Tab.9. Ângulo de incidência, ângulo de refração e índice de refração
Retirar conclusões .
4.3. - Avaliação crítica da aula
A aula foi realizada na presença de dez estudantes do 10º ano, seis estudantes
responderam “Sim” e quatro “Não” à questão “Considera - se suficientemente informado
sobre comunicações? ”, conforme o gráfico 8.
Gráfico.8. “Considera-se informado sobre comunicações”
Os estudantes relembraram o capítulo “ondas de luz e a sua propagação” lecionado
no 8º ano e todos eles responderam afirmativamente que a tecnologia associada à
comunicação por telemóveis, se faz através de microondas e dialogaram com o professor
sobre os possíveis malefícios desta radiação.
Colocou-se a questão “Onde se deveriam colocar as antenas de comunicações por
telemóveis nas cidades? ” e conclui-se depois de relembrar os fenómenos de reflexão.
absorção e difração das ondas eletromagnéticas que as antenas deveriam ser colocadas
em pontos altos, livres de obstáculos para evitar estes fenómenos na comunicação ponto a
ponto e evitar a perda de sinal.
Montaram o equipamento conforme a fig.29 registaram a distância para a qual
intensidade do sinal é máximo, afastaram o emissor do receptor e todos os estudantes
presentes concluíram que as ondas eletromagnéticas diminuem de intensidade com o
aumento da distância entre o emissor e o receptor.
No estudo da reflexão, os estudantes foram convidados a relembrar a reflexão da luz
especular e fazer a comparação com o que acontece com a reflexão das ondas
Ângulo%(θ)% Ângulo%(θ1)% Ângulo%θ2=θ%+θ1%
!!
!!
%
% % % %

! 36!
eletromagnéticas, neste caso as microondas. Concluíram que o ângulo de reflexão era
igual ao ângulo de incidência. A maioria dos estudantes chegou a esta conclusão
facilmente, pois registaram o ângulo de incidência e visualizaram que para igual ângulo
refletido a intensidade registada no receptor era máxima.
Para estudar o fenómeno da refração relembrou-se uma atividade realizada no “Dia
do Patrono” que consistia em colocar uma vareta de vidro, inclinada num copo
transparente meio cheio de água. A vareta de vidro parecia estar “partida” na superfície
entre os dois líquidos. Tal era devido ao fenómeno de refração que a luz sofre na
superfície de separação daqueles dois meios transparentes com diferentes índices de
refração.
Os estudantes colocaram um prisma de material polimérico entre o emissor e
receptor e orientaram uma das faces do prisma de modo que o feixe incidisse
normalmente a uma das faces. O receptor foi colocado de forma a obter a intensidade
máxima do sinal, constaram que na realidade há um ângulo refratado por um meio
diferente do ar.
A aula foi realizada com uma turma do 10º ano do curso profissional de Técnicos de
Análises Laboratoriais e tendo em conta que estes conteúdos, não estavam inseridos no
programa seria importante realizar uma introdução teórica para relembrar conteúdos
como: a radiação eletromagnética e o espectro eletromagnético, as ondas de luz e sua
propagação e os fenómenos ópticos como a reflexão e a refração.
Esta aula foi de carácter demonstrativo e informativo, com a intenção de informar os
estudantes sobre comunicações, nomeadamente sobre comunicações móveis e através do
manuseamento do equipamento de microondas, compreenderem as comunicações por
telemóveis no dia à dia. Conseguiram responder a perguntas tais como:
1- O que é um emissor?
2- O que é um receptor?
3- Porque se colocam antenas de comunicações em pontos altos?
4- Como se relacionam ângulos de incidência com os refletidos?
5- O que é a refração?
Pena que estes equipamentos não se encontram disponíveis em todas as escolas e
como tal os estudantes, não realizem esta atividade, mesmo no 11º ano do Ensino
Secundário.
Todos os estudantes concluíram que as comunicações são um tema importante e que
foi proveitoso realizar esta atividade.

! 37!
5. – Conclusões
Este trabalho teve como tema central “A comunicação de informação a longas
distâncias utilizando microondas” e como objetivo estudar a forma como a radiação
eletromagnética, nomeadamente na frequência de microondas, tem contribuído para a
alteração na forma de comunicar da humanidade desde os primórdios até à atualidade.
Neste estudo de fenómenos ópticos na frequência de microondas, foi utilizado um
equipamento que permite gerar e detectar radiação microondas cujo comprimento de
onda é de 2,85 cm. A aprendizagem de manuseamento foi bastante gratificante o que vai
permitir, quando utilizado em conjunto com os estudantes uma divulgação dos
conhecimentos adquiridos.
Realizaram-se experiências que permitiram aprofundar o conhecimento do
equipamento e estudar os seguintes fenómenos ópticos como; a reflexão, refração num
prisma de cera, polarização da radiação e difração.
Para estudar as caraterísticas do equipamento, fez-se variar a distância entre o
emissor e o receptor a partir da leitura do valor máximo obtido no receptor para uma
polarização horizontal e para uma polarização vertical. Através da análise dos dados
obtidos e da análise gráfica conclui-se que as leituras efetuadas no medidor se relacionam
linearmente com o inverso da distância para ambas as polarizações e que o detetor é
sensível ao campo elétrico e não é função da intensidade da radiação. A polarização é um
fator importante pois na polarização vertical, o detetor é mais sensível às variações do
campo elétrico.
Conclui-se ainda que o sinal sofre atenuação com a distância do emissor ao
receptor pois através da experiência realizada verificou-se que a uma distância de
37,6 cm o receptor captou o sinal numa largura de banda de!∓ 25º e aumentando a
distância o ângulo de captação diminuiu de ∓ 5o
. Constatou-se ainda que na polarização
vertical o espalhamento do sinal é inferior ao polarizado horizontalmente, pois a
intensidade do sinal recebido é maior.
No estudo da reflexão partiu-se do pressuposto teórico que neste fenómeno o
ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência e estudou-se o erro associado ao
equipamento e ao seu manuseamento e concluiu-se que foi de 5%.
Ao estudar o fenómeno da refração num prisma de cera chegou-se à conclusão
que o índice de refração da cera obtido foi de 1,2 utilizando - se para o calcular para além
dos valores obtidos na experiência a lei de Snell Descartes.
Fizeram-se também experiências que permitiram estudar a polarização da
radiação e chegou-se à conclusão que para uma polarização vertical (emissor e receptor)

! 38!
e as grelhas do polarizador na horizontal o máximo de intensidade de energia recebida dá
–se para um ângulo de 0º e o valor mínimo para ∓90º , para valores intermédios há
recepção de energia decrescendo conforme se aumenta o ângulo de polarização.
Com o emissor na polarização vertical, o receptor com polarização vertical e as
grelhas do polarizador na horizontal, não há recepção de energia para ângulos de
polarização de 0º e ∓90º e o valor máximo de intensidade obtido foi para um ângulo de
45º.
Concluiu-se assim que o polarizador transmite apenas a componente da onda
paralela do polarizador que é uma fração da onda total.
No estudo da difração encontrou-se o primeiro mínimo do padrão de difração das
microondas que passam através de uma fenda. O valor teórico calculado foi de 24º e o
valor encontrado de 26,2º, portanto com um erro de 8%.
A realização deste trabalho foi extremamente importante, para o professor conseguir
manusear o equipamento de microondas, com relativa facilidade e ensinar aos estudantes
de forma construtiva, o que acontece na “ Comunicação de informação a longas
distâncias utilizando microondas”. Tal foi conseguido com a turma de 10 º ano desta
escola, mas com a consciência que o será sempre que for necessário dentro do âmbito dos
conteúdos programáticos do 11º ano do Ensino Secundário.

! 39!
Anexos
Questionário – Microondas nas comunicações.
Este questionário destina-se à recolha de dados sobre comunicações por radiação
eletromagnética.
O inquérito é confidencial. Responda de modo sincero e consciente. Coloque uma
cruz na resposta escolhida.
1. Considera-se suficientemente informado sobre comunicações ?
Sim___ Não___
2. Qual é o tipo de ondas que permitem comunicar por telemóvel?
Ondas de rádio – frequência ____ Microondas____ Espectro infravermelho____
Luz visível ____ Raios ultravioleta____
3. Onde é que se devem colocar antenas receptoras de comunicações por telemóveis?
Pontos altos____ Nos vales das montanhas ____
4. Quando comunicaste por telemóvel, num vale montanhoso ficaste:
Bastante satisfeito ____ Satisfeito____ Pouco satisfeito____ Nada
satisfeito____
Com a comunicação.
5. No fenómeno de reflexão a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão
é:
5.1 O ângulo de reflexão é maior que o ângulo de incidência. ____
5.2 O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. ____
5.3 O ângulo de reflexão é menor que o ângulo de incidência. ____
6. Propagação de ondas eletromagnéticas em meios materiais:
6.1 A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é maior que
no vidro____
6.2 A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é igual à
velocidade de propagação no vidro____

! 40!
6.3 A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é menor que
no vidro____
7. O fenómeno que consiste no desvio de uma onda eletromagnética quando muda de
meio óptico designa-se por:
Reflexão ____ Refração___ Difração____ Absorção____
8. Só ocorre difração das ondas eletromagnéticas (microondas) através de uma fenda se a
fenda for:
maior ____ menor____ igual ____ ao comprimento de onda.
Questões pré – laboratoriais
1. Quais são as propriedades comuns das ondas longitudinais e das ondas transversais?
2. Enuncie as leis da reflexão?
3. Assinale a afirmação verdadeira:
3.1. Uma onda ao propagar-se de um meio com um índice de refração superior para um
meio com um índice de refração inferior é refratada segundo um ângulo superior ao
ângulo de incidência.
meio com um índice de refração inferior é refratada segundo um ângulo inferior ao
ângulo de incidência.
meio com um índice de refração inferior é refratada segundo um ângulo igual ao ângulo
de incidência.
4. Quando é que ocorre reflexão total da luz?
5. Qual a razão porque se utilizam ondas eletromagnéticas nas comunicações a longas
distâncias?
6. Calcule a frequência da radiação microondas, para um comprimento de onda emitido
de 2,8 cm.

! 41!
Questões pós – laboratoriais
1. O que acontece à potência da radiação à medida que se afasta o emissor?
2. Qual a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão?
3. Enuncie a lei de Snell.
Respostas às questões pré – laboratoriais.
1- Reflexão, refração, absorção e transmissão.
2- 1ª lei – o raio incidente, o raio refletido e a normal ao espelho no ponto de
incidência estão no mesmo plano.
2ª lei – O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
3- Uma onda ao propagar-se de um meio com um índice de refração superior
para um meio com um índice de refração inferior é refratada segundo um
ângulo superior ao de incidência.
4- Quando o valor do ângulo de incidência é superior ao valor do ângulo
crítico, não ocorre o fenómeno da refração da luz. Toda a luz se reflete. Dá-se
reflexão total da luz.
Ângulo limite – é o ângulo de incidência ao qual corresponde um ângulo de refração
de 90º, este fenómeno só se verifica quando a luz passa de um meio opticamente mais
denso para um meio opticamente menos denso.
5- Utilizam-se ondas eletromagnéticas nas comunicações a longas distâncias porque a sua
absorção no ar é menor do que as ondas sonoras.
6- v = λ. f v = 3,0 x 10!
ms!!
- velocidade da luz
λ = 2,8 x 10!!
m f =
!
!
=
!,!!!!!"!!
!,!!!!!"!!
= 1,071 x 10!"
m
Respostas às questões pós – laboratoriais.
1. À medida que se afasta o emissor a potência recebida diminui pois há um decaimento
da radiação incidente
2. O ângulo de incidência e o ângulo de reflexão são iguais.
3. A lei de Snell descreve a relação entre os ângulos de incidência e de refração quando a
luz ou outro tipo de ondas (microondas), passam através de uma fronteira entre dois
meios isotrópicos diferentes como por exemplo a àgua e o ar.
sin θi .n1 = sin θr .n2
θi, θr – ângulo de incidência e ângulo de reflexão.
n1, n2 – índice de reflexão dos dois meios

! 42!
Bibliografia
Alonso, M. Finn, E.J., 2001, Physics, Pearson Education, New Jersey.
Communication, consultado em 25 de Outubro de 2013, disponível no site:
http://en.wikipedia.org/wiki/Communication.
Communications satellite, consultado em 29 de Outubro de 2013, disponível no site:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_communications
Cloutier, J., 1975, A era de EMEREC, consultado em 25 de Outubro de 2013, disponível
no site : http://www.univ-ab.pt/~bidarra/hyperscapes/video-grafias-292.htm
Fortunato, E., Martins, R., 2013, “ O futuro do papel ou o papel do futuro? Pasta e Papel ,
pág. 28-34.
Leis da reflexão, consultado em 13 de Novembro de 2013, disponível no site:
http://www.explicatorium.com/CFQ8/Luz_Leis_da_reflexao.php
Microwave, consultado em 7 de Novembro de 2013, disponível no site:
http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave
Vegar, J., Percurso das telecomunicações, consultado em 25 de Outubro de 2013,
disponível no site: http://www.fpc.pt
Tipler, A. P., Mosca, G., 2008, Physics for Scientists and Enginneers, New York.

! 43!
Índice de figuras
Fig.1. Reflexão da radiação numa superfície polida.......................................................8
Fig.2. A refração ocorre quando a luz passa de um meio (ar) para outro meio (vidro)
.............................................................................................................................................9
Fig.3. Padrão de difração de um feixe de raios laser depois de passar através de um
orifício e ser projetado num alvo....................................................................................10
Fig.4. Interferência construtiva......................................................................................10
Fig.5. Interferência destrutiva........................................................................................10
Fig.6. Modelo de i-watch em desenvolvimento pela Apple ..........................................13
Fig.7. Aterro de lixo eletrónico.......................................................................................13
Fig.8. Transístor de papel em que o papel funciona como material isolante e
substrato ...........................................................................................................................14
Fig.9. Díodo transmissor “Gunn” ..................................................................................15
Fig.10. Goniómetro.........................................................................................................16
Fig.11. Mesa rotativa......................................................................................................16
Fig.12. Suporte de componentes....................................................................................16
Fig.13. Suporte de componentes rotativo .....................................................................16
Fig.14. Refletor metálico ................................................................................................17
Fig.15. Refletor metálico parcial ...................................................................................17
Fig.16. Polarizador .........................................................................................................17
Fig.17. Braço de extensão para fixação de acessórios .................................................17
Fig.18. Espaçador curto .................................................................................................17"
Fig.19. Espaçador longo .................................................................................................17"
Fig.20. Suporte magnético para acessórios ..................................................................17"
Fig.21. Ajuste do transmissor e receptor para a mesma polarização ........................18
Fig.22. Ajuste do transmissor e receptor para variar o ângulo..................................20
Fig.23. Montagem do equipamento para o estudo da reflexão...................................22"
Fig.24. Montagem do equipamento para determinar o índice de refração...............24"
Fig.25. Diagrama que permite calcular o ângulo refratado pela lei de Snell
Descartes...........................................................................................................................24"
Fig.26. Montagem do equipamento para estudo da polarização através da variação
do ângulo do polarizador ................................................................................................25"
Fig.27. Espetro eletromagnético ....................................................................................31"
Fig.28. Comprimento de onda. Máximo de intensidade ..............................................32"
Fig.29. Ajuste do transmissor e receptor para estudo das propriedades do sistema de
microondas .......................................................................................................................32"

! 44!
Fig.30. Atenuação da onda eletromagnética .................................................................32"
Fig.31. Montagem do equipamento para o estudo da reflexão....................................33"
Fig.32. Estudo do fenómeno da refração .......................................................................34"
Fig.33. Montagem par o estudo da refração das microondas através de um prisma
de cera...............................................................................................................................34"
Índice de tabelas
Tab.1. Relação da leitura (M) para cada medida com a distância R (polarização
vertical) ............................................................................................................................19"
Tab.2. Relação da leitura (M) para cada medida com a distância R (polarização
horizontal) ........................................................................................................................19"
Tab.3. Variação das leituras (M), R= 37,6 cm, polarização horizontal, (M1),
R= 65,3 cm, polarização horizontal, (M2), R= 65,3 cm, polarização vertical com o
ângulo do receptor (Θ). ...................................................................................................21
Tab.4. Medição de valores de intensidade para um ângulo de reflexão de 45º..........23
Tab.5. Cálculo do índice de refração .............................................................................24"
Tab.6. Registo da intensidade com o emissor e receptor em polarização vertical.....25"
Tab.7. Registo da intensidade com o emissor em polarização vertical e receptor
horizontal..........................................................................................................................26
Tab.8. Variação do ângulo de difração com a intensidade ..........................................27"
Tab.9. Ângulo de incidência, ângulo de refração e índice de refração .......................35"
Índice de gráficos
Gráfico.1. Variação de M em função de 1/R (polarização vertical e horizontal). .....19
Gráfico.2. Variação de M em função de 1/R2
(polarização vertical e horizontal).)...20
Gráfico.3. M=M (Θ) para leituras (M), R= 37,6 cm, polarização horizontal, (M1),
R= 65,3 cm, polarização vertical, (M2), R= 65,3 cm, polarização horizontal. ..........21
Gráfico.4. Leitura do medidor na gama de registo do sinal ........................................23
Gráfico.5. Leitura da intensidade do Medidor em função do ângulo. Emissor
vertical, receptor vertical. ..............................................................................................26
Gráfico.6. Leitura da intensidade do Medidor em função do ângulo. Emissor
vertical, receptor horizontal. .........................................................................................27
Gráfico.7. Medidas das intensidades obtidas pela difração das microondas para uma
fenda de 7,6 cm para encontrar o primeiro mínimo. .................................................28
Gráfico.8. Considera-se informado sobre comunicações ............................................35

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Atmosfera
Poluição Atmosférica
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! 2!
Sob orientação científica:
!
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Maria Agostinha Ribeiro de Matos

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3!
Índice
Índice...................................................................................................................................3
1. Resumo ...........................................................................................................................4
2. Preâmbulo ......................................................................................................................4
3. Atmosfera .......................................................................................................................5
3.1. A origem e evolução do Universo ................................................................................5
3.2. A origem do sistema solar ............................................................................................5
3.3. Aparecimento e evolução da atmosfera........................................................................7
3.4. A atmosfera atual..........................................................................................................8
4. Poluição atmosférica....................................................................................................11
4.1. Considerações históricas.............................................................................................11
4.2. Toxicidade na atmosfera.............................................................................................13
4.2.1 Poluentes primários.. .........................................................................................13
4.2.2 Poluentes secundários........................................................................................14
4.3. Controle da poluição atmosférica...............................................................................14
5. Qualidade do ar no interior de edifícios ...................................................................15
5.1. Poluentes e efeitos na saúde pública...........................................................................17
5.1.1. Medidas de controle..........................................................................................18
5.2. O radão – poluente radioativo ....................................................................................19
6. Avaliação da toxicidade dos poluentes.......................................................................20
7. Chuvas ácidas ..............................................................................................................20
7.1. A acidificação da chuva..............................................................................................20
7.2. Causas das chuvas ácidas ...........................................................................................21
7.3. Efeito das chuvas ácidas.............................................................................................22
7.4. O controle das chuvas ácidas......................................................................................23
8. Atividade laboratorial ...................................................................................................26
Anexo.................................................................................................................................35
Referências bibliográficas .................................................................................................37

! 4!
1. Resumo
Neste trabalho vai-se abordar o problema da poluição atmosférica e no interior de
edifícios, suas origens, implicações e metodologias comportamentais e tecnológicas para
evitar e remediar essa poluição.
No ponto 3 aborda-se a origem da atmosfera, começando por se abordar a origem e
evolução do Universo, a origem do sistema solar e por fim o aparecimento e evolução da
atmosfera até à atmosfera atual.
Já no ponto 4 aborda-se a poluição atmosférica através da história, apresentam-se os
principais poluentes atmosféricos enquanto que no ponto 5 o alvo são os poluentes dos
ambientes interiores.
No ponto 6 têm-se em linha de conta, a avaliação da toxicidade dos poluentes e no
ponto 7 faz-se a abordagem do tema “as chuvas ácidas”, causas e efeitos, assim como o
seu controle.
Pretende-se realizar uma atividade laboratorial, cujo tema se centra em poluentes que
originam as chuvas ácidas e os efeitos no pH das águas.
2. Preâmbulo
! Os humanos devem respirar, se não “ar puro” pelo menos ar o menos poluído
possível. Deve-se melhorar a qualidade do ar nos espaços interiores, nas habitações,
escolas, creches e lares, mas também em todo o espaço exterior. Espera-se com este
trabalho sensibilizar os estudantes, para o facto de ter sido o ser humano que contribuiu
ao longo dos tempos, para o aumento da poluição atmosférica cujos malefícios são de
diversa ordem. Assim, o excesso de dióxido de carbono e de metano é responsável pelo
efeito de estufa e consequente aquecimento global do planeta e alterações climáticas, a
utilização de compostos CFC em sistemas de refrigeração, climatização e de pulverização
conduziu à diminuição da camada de ozono, que protege os seres vivos da radiação
ultravioleta, colocando em risco a biodiversidade. Por outro lado, as poeiras e compostos
voláteis em grande quantidade na atmosfera conduzem ao aumento das doenças
respiratórias como asma, rinite alérgica, bronquite crónica, enfisema pulmonar, doenças
do coração e cancro do pulmão entre outras.
Os estudantes como agentes da sociedade onde estão inseridos, devem saber que
a poluição é uma realidade do dia a dia e como encontrar soluções para a diminuir de
maneira, a viver um futuro não tóxico.

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!
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5!
3. A atmosfera
3.1 A origem e evolução do Universo
O Universo terá tido início como uma singularidade no espaço e no tempo,
conhecida por Big Bang, há cerca de 15 x 109
milhões de anos. No início “tudo” estaria
condensado num espaço extremamente pequeno com densidades e temperaturas elevadas.
Nos primeiros momentos apenas existiam os quarks, que se foram juntando para formar
protões e neutrões. Estas partículas agruparam-se para constituírem os núcleos de
hidrogénio, hélio e outros elementos como o lítio, boro e berílio. O Universo tem estado
sujeito a uma expansão contínua. A velocidade de expansão, é determinada pela lei de
Hubble, que estabelece que a velocidade de separação de quaisquer duas galáxias, v, é
diretamente proporcional à sua separação, r, sendo a constante de proporcionalidade, H,
ou parâmetro de Hubble, 22 km s-1
(taxa anual de expansão). (Alonso & Finn, 2001)
v = Hr
À medida que se dá a expansão, há uma diminuição da energia média por
partícula o que vai corresponder a uma diminuição de temperatura do Universo,
originando transições de fase. Estas transições originaram alterações na composição e
estrutura do Universo e evoluíram até cerca de 106
anos desde o Big Bang, quando o
Universo alcançou uma estrutura muito próxima da atual.
3.2 A origem do Sistema Solar
No Universo existem muitas nuvens de gases (90% de hidrogénio atómico ou
molecular, 9% de hélio e 1% de elementos pesados como o carbono, oxigénio, silício
magnésio, ferro). Estes elementos pesados deram origem a nebulosas de poeiras, a partir
das quais se formaram os sistemas do tipo solar. Nas nebulosas há forças opostas em
equilíbrio, uma força de contração, a gravidade, e uma força de expansão, a pressão
térmica. As nebulosas estão sujeitas a perturbações, como a aproximação de outra nuvem
ou a explosão de uma supernova, estas perturbações dão origem a contrações. Para que
essas contrações originem um sistema planetário é necessário uma conjugação de
determinados parâmetros, como a massa, densidade elevada, a nuvem ser relativamente
fria e estar animada de uma velocidade inicial de modo a acelerar a contração
gravitacional, num movimento de rotação.

! 6!
Fig.1. A “maternidade de estrelas” na galáxia M16
Fonte:http://www1.ci.uc.pt/iguc/atlas/01origem.htm
O meio interestelar contém um átomo de hidrogénio por centímetro cúbico e
aproximadamente cem grãos de poeira por quilómetro cúbico. Algumas nebulosas têm
cerca de 50 anos-luz de extensão. A contração é acompanhada por um aumento de
temperatura, mas desde que a massa da nebulosa seja suficiente, a força gravitacional
responsável pela contração, é sempre maior que a tendência para a expansão térmica.
Devido à contração a nebulosa tem um movimento de rotação e fragmenta-se. Estes
fragmentos tornam-se visíveis, quando atingem temperaturas de 2000 a 3000 K e são
designadas por proto estrelas. Uma delas, há cerca de 4650 milhões de anos, veio a dar
origem ao nosso sol. À sua volta, a matéria condensada (poeira), deu origem aos planetas,
meteoritos e asteroides (http://www1.ci.uc.pt/iguc/atlas/01origem.htm).
Fig.2. Formação do sistema solar
Fonte:!http://blogaula12.blogspot.pt/2010/04/formacao-e-composicao-do-sistema-
solar.html

!
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7!
3.3 Aparecimento e evolução da atmosfera
O planeta Terra, formou-se há cerca de 4540 milhões de anos (incerteza de 1%)
com uma atmosfera gasosa inicial à volta do núcleo terrestre, bastante denso e liquefeito,
estando os constituintes mais densos na parte central e os gases na parte exterior. Os
gases mais voláteis como H2 , H e He, escaparam facilmente e os menos voláteis como o
CH4 , NH3, CO, N2 e O2 , permaneceram. Devido à atividade vulcânica, os gases dos
vulcões, substituíram a atmosfera inicial, dando origem a uma atmosfera secundária,
constituída essencialmente por H2O , N2 , H2S, H2 , CH4 NH3 e CO (Beychok, 2011). Na
atmosfera secundária havia muito pouco O2 livre e como tal esta atmosfera era venenosa,
para as formas de vida atuais. À medida que a Terra foi arrefecendo, o vapor de água foi
condensando, precipitou e posteriormente deu origem aos oceanos.
Os óxidos de carbono e de azoto foram reduzidos pelo hidrogénio a metano, CH4, e
amoníaco, NH3.
CO2 (g) + 4 H2 (g) → CH4 (g) + 2 H2O (g)
CO2 (g) + 3 H2 (g) → CH4 (g) + H2O (g)
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
Provavelmente foi desta mistura de substâncias que nasceram as primeiras
moléculas orgânicas, que deram origem à vida nos oceanos, onde a luz U.V. não
penetrava.
O dióxido de carbono atmosférico foi dissolvido nos oceanos e precipitou sob a
forma de carbonatos sólidos (Beychok, 2011).
CO2 (g) + 2 H2O (l)!⇄ HCO!
!
(aq) + H3O+
(aq)
HCO!
!
!(aq)!+ H2O (l) ⇄! CO!
!!
(aq) + H3O+
(aq)
Há cerca de 3500 milhões de anos emergiram dos oceanos na forma de micro
organismos unicelulares (arqueia, domínio dos seres vivos relacionados com as
bactérias). Há cerca de 2700 milhões de anos deu-se o aparecimento das cianobactérias,
os primeiros organismos a produzir O2 livre. Levou algum tempo a transformar a
atmosfera com défice de O2, (atmosfera anóxica), para uma atmosfera com O2 (o
oxigénio, O2 , que atualmente faz parte da composição da atmosfera, tem origem na
fotossíntese). Este período é definido como a “Grande Oxidação” e resultou na extinção
em massa, de todas as formas de vida que existiram na atmosfera anóxica. A evolução da

! 8!
atmosfera oxigenada (terceira atmosfera) deu origem à formação da camada de ozono,
O3, que protege a vida na Terra, da agressão da radiação solar, nomeadamente a
penetração dos raios U.V., pois funciona como um filtro solar. (Beychok, 2011)
3.4 Atmosfera atual
A atmosfera terrestre é um invólucro de gás, em torno da Terra e estende-se desde
a superfície do planeta, até cerca de 16 km de altura, apresentando com a distância
temperaturas variáveis ora mais baixas ora mais elevadas, tornando-se cada vez mais
rarefeita, até um ponto onde não se consegue definir um limite entre a atmosfera e os
gases interplanetários.
A atmosfera é constituída essencialmente por O2 ( 21% ) e N2 ( 78 % ). As
moléculas destes gases são mais pesadas, que a molécula de H2O. As nuvens são
compostas, por partículas de água líquida ou micro partículas de gelo (dependendo da
altitude). Estas partículas de água ou de gelo, conseguem manter-se em suspensão na
atmosfera, aglutinadas em torno de partículas sólidas (poeiras) mais leves que o ar, que
também se encontram em suspensão na atmosfera.
http://www.ipma.pt/pt/educativa/faq/meteorologia/observacao/faq_0020.html.
Fig.3. Vários tipos de texturas de nuvens, mostrando uma vasta zona de
estratocumulus sobre o Atlântico e alguns cumulus no norte da Península Ibérica e
no Norte de Itália
Fonte:http://www.ipma.pt/pt/educativa/observar.tempo/index.jsp?page=satelite05.xml -

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9!
Podem considerar-se várias zonas na atmosfera; troposfera, estratosfera, mesosfera,
termosfera e exosfera, conforme a temperatura observável em cada uma.
Fig.4. A variação da temperatura com a altitude permite
considerar diferentes camada da atmosfera
Fonte: Manual de Física e Química A – Química 10º ano – 2011- Porto
Editora
A troposfera é a camada mais baixa da atmosfera, com uma altura média de 17 km
medida a partir do equador. A densidade e a temperatura do ar diminuem com a altitude.
A temperatura é de 14 – 15ºC, na superfície da Terra e atinge -45ºC na altitude máxima.
É na troposfera que se acumula cerca de 80% da massa da atmosfera e é aí que ocorrem
os fenómenos meteorológicos e onde vivem os seres vivos. Entre 11 a 16 km de altitude,
na transição para a estratosfera, encontra-se a tropopausa cuja temperatura é de -56ºC. A
troposfera e a tropopausa constituem a baixa atmosfera (Beychok, 2011).
A estratosfera situa-se acima da tropopausa até uma altitude de aproximadamente
50 km, onde a temperatura e a radiação solar aumentam com a altitude. É na estratosfera
que se encontra a camada de ozono e o aumento da temperatura é devido à absorção pelo
ozono da radiação ultravioleta emitida pelo Sol (Slanina, 2008). A reação que ocorre é a
seguinte:
2 O3 (g) + UV → 3 O2 (g) + calor
Na estratopausa a temperatura é de 0ºC, a pressão atmosfera é de cerca 1/1000 da
pressão atmosférica ao nível da água do mar (Pidwirny, 2010)A mesosfera estende-se até
uma altura de cerca de 80 km, e a temperatura diminui até atingir uma temperatura de

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-90º C (Pidwirny, 2010). Esta variação deve-se à diminuição da influência do ozono.
Apesar da diminuição da densidade dos gases, ainda não é o suficiente para destruir os
meteoritos que nela dão entrada. Na parte superior da mesosfera encontra-se a
mesopausa, com temperaturas de cerca de -120ºC (Beychok, 2011).
A termosfera estende-se desde a mesopausa a cerca de 80-85 km até uma altura
entre 500 a 1000 km e é denominada de alta atmosfera. A temperatura volta a aumentar
com a altitude e atinge valores superiores a 1000ºC. Na termosfera encontram-se
moléculas dissociadas e ionizadas. As temperaturas elevadas, são resultado do choque
entre as moléculas e iões. A termosfera divide-se em subcamadas, tendo em conta as suas
propriedades eletromagnéticas. A parte mais baixa da termosfera designa-se por
ionosfera, onde há uma grande ionização das moléculas (Beychok, 2011).
A exosfera é a camada onde se encontram os satélites em orbita á volta da Terra.
Estende-se entre os 500 e 1000 km e nesta camada quase não existem moléculas gasosas,
apenas iões, aqui praticamente não existem colisões entre partículas. É a zona mais
externa da atmosfera, em que praticamente se deixa a atmosfera e se entra no espaço
interplanetário.
Composição do ar atmosférico (ar seco ao nível do mar)
Gás Concentração
Nome Fórmula volume(%) ppm(v)*
Azoto N2 78,084 780,840
Oxigénio O2 20,947 209,470
Árgon Ar 0,934 9,340
Dióxido de carbono CO2 0,033 330
Néon Ne 0,001820 18,20
Hélio He 0,000520 5,2
Metano CH4 0,00020 2,00
Crípton Kr 0,000110 1,10
Dióxido de enxofre SO2 0,000100 1,00
Hidrogénio H2 0,00005 0,50
Óxido Nitroso N20 0,00005 0,50
Xénon Xe 0,000009 0,09
Ozono O3 0,000007 0,07
Dióxido de azoto NO2 0,000002 0,02
Tab.1. Composição do ar seco (Milton Beychok, 2011) * partes por milhão em
volume!

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Devido à ação da gravidade, a composição da atmosfera varia com a altitude. À
mesma altitude, a composição da atmosfera apenas varia na percentagem de H2O de local
para local. Na troposfera a percentagem de vapor de água varia entre 0,05 e 4%.
4. Poluição atmosférica
4.1. Considerações históricas
O nomadismo era o estilo de vida dos primeiros homens na Terra. Uma das causas
do nomadismo, tinha a ver com a necessidade de se afastarem dos maus cheiros dos
resíduos animais e vegetais por eles criados. Com a invenção do fogo apareceu outra
forma de poluição atmosférica, o fumo causado pela queima da madeira para
aquecimento e para cozinhar os alimentos. O facto da queima ser feita a céu aberto,
provocava incêndios por vezes com consequências devastadoras.
No ano (61 A.C.) o filósofo Romano Séneca afirmava:
“ Das chaminés de Roma saíam vapores e fumo com um cheiro pestilento, que alteravam
a minha disposição”.
A poluição do ar causada pela queima de lenha, no castelo de Tutbury em
Nottingham, Inglaterra foi considerada inaceitável por Eleanor de Aquitânia, esposa do
Rei Henrique II de Inglaterra, pois causava-lhe falta de ar, o que fez com que ela se
mudasse para outro lugar, decorria o ano de 1157. Em 1306 a queima de carvão em
Londres foi proibida e apenas podia ser feita em fornos com condições específicas para o
efeito.
As principais indústrias associadas à poluição atmosférica antes da revolução
industrial eram a metalúrgica, a cerâmica e a das conservas (fumeiros), já que
provocavam fumo e cinzas em abundância (Boubel et al., 1994).
A revolução industrial teve início com o aparecimento da máquina a vapor. Os
motores e as turbinas a vapor utilizavam caldeiras aquecidas a carvão, onde se vaporizava
a água. A poluição atmosférica no séc. XIX era causada pela queima de carvão que
alimentava fornos de fábricas, comboios a vapor e vasos de guerra e apresentava-se sob a
forma de fumos e cinzas, o que era já considerado pelas autoridades um problema de
saúde publica.
No início do séc. XX a utilização do carvão impregnava a atmosfera de poluentes
como os dióxidos de carbono e de enxofre. Quer o aquecimento doméstico, quer os
processos fabris tinham o carvão como a principal fonte energética. A expansão
industrial, com as fábricas de aço e produtos químicos movidas a carvão, contribuiu para

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o desenvolvimento económico dos continentes europeu e americano. As cidades
desenvolveram as redes de iluminação pública, sendo a eletricidade produzida em
centrais térmicas alimentadas a carvão. Na segunda metade do séc. XX deu-se o impulso
industrial no leste europeu, tendo a União Soviética assumido a liderança e o carvão
como principal fonte energética. Nos anos 70 a poluição atingia proporções elevadas
sendo a Silésia polaca a principal vítima, devido a ser atingida pelos ventos dominantes
de oeste. A esperança de vida nesta região diminuiu e aumentaram as mutações genéticas
e deficiências infantis. Com a queda do muro de Berlim e devido a legislações mais
apertadas, este tipo de poluição passou a ser relativamente mais acentuada no sudeste
asiático. A poluição devido às chuvas ácidas diminuiu na Europa a partir do final do séc.
XX, já que foi implementada legislação mais severa. Nos últimos anos, a industrialização
na China aumentou abruptamente e a poluição por chuvas ácidas passou a ser um motivo
de tensão entre a China e o Japão, pois a China não aplica medidas de controle de
poluição à sua industria e “exporta” os poluentes para os países vizinhos.!
Nos anos 90 a principal fonte individual de poluição atmosférica devia-se aos
automóveis. Há três grandes momentos na história do automóvel. Nos anos 20 do século
XX a montagem em série fez do automóvel um consumo de massas nos Estados Unidos e
era neste país que nos anos 50 havia mais de 50% da totalidade dos automóveis no
mundo. Mais tarde entre os anos 50 e 80 o automóvel generalizou-se na Europa. Nos anos
60 dá-se o aparecimento massivo do automóvel no Japão e estendeu-se ao território
chinês até à atualidade. No final dos anos 90 havia 777 milhões de automóveis
espalhados pelo mundo. Apesar dos avanços tecnológicos e com a diminuição das
emissões de monóxido de carbono e de chumbo para atmosfera, é certo que 1/5 das
emissões de dióxido de carbono, enviadas para a atmosfera é devida à poluição
automóvel. http://ecoline.ics.ul.pt/ecoline.asp?p02&4&173&hi
Fig.5. Cidade chinesa praticamente encerrada devido à poluição
Fonte: Jornal público 21/10/2013

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4.2. Toxicidade na atmosfera
A presença de constituintes nocivos na atmosfera pode ter origem em diversas
fontes relacionadas com a atividade humana, como fábricas, centrais termoelétricas e
automóveis ou resultar de fenómenos naturais como erupções vulcânicas, incêndios
florestais ou tempestades que trazem poeiras do deserto.
Os poluentes são de dois tipos, primários e secundários. Os primários são os
poluentes que são emitidos diretamente das fontes, como os emitidos pelas fábricas e os
secundários são os produtos da reação dos poluentes primários na atmosfera.
4.2.1. Poluentes primários
Os vulcões, os processos industriais e o tráfego de veículos motorizados emitem
poluentes atmosféricos ricos em óxidos de enxofre e em particular o dióxido de enxofre
(SO2).
Na atmosfera o (SO2) dissolve-se na água da chuva, dando origem a um ácido
forte, o ácido sulfúrico, (Poluição atmosférica, 2013) que reage com outros gases e
partículas e produz outros poluentes secundários.
SO2 (g) + H2O (l) → H2SO4 (aq)
A atmosfera possui um carácter levemente ácido, devido à presença do ácido
carbónico, um ácido fraco que resulta da dissolução de dióxido de carbono, CO2 (g) em
água segundo as seguintes reações : http://pt.wikipedia.org/wiki/Poluição_atmosférica
CO2 (g) + H2O (l) → CO2 (aq)
CO2 (aq) + H2O (l) → H2CO3 (aq)
O HNO3 e o H2SO4 estão relacionados com as chuvas ácidas provenientes da
oxidação de NOx e SO2.
O tráfego rodoviário e as reações de combustão a temperaturas elevadas, são os
principais responsáveis pela emissão de poluentes ricos em óxidos de azoto (NOx) e em
especial o dióxido de azoto (NO2).! http://pt.wikipedia.org/wiki/Poluição_atmosférica O
monóxido de azoto é oxidado pelo oxigénio do ar a dióxido de azoto.
N2 (g) + O2 (g) → 2NO (g)
2 NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
O dióxido de azoto também tem reações que dão origem ao ozono (O3), (Slanina,
2008) um gás muito tóxico e oxidante, que origina problemas de saúde graves ao ser
humano como dores torácicas, tosse e dor de garganta.

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NO2 (g) → NO (g) + O (g)
O (g) + O2 (g) → O3 (g)
O monóxido de carbono, CO existe nas atmosferas proveniente do tráfego
rodoviário intenso. A introdução de catalisadores nos veículos diminuiu
consideravelmente as emissões deste gás.
COVs – compostos orgânicos voláteis são produtos químicos, como o metano,
propano, butano xileno e benzeno que evaporam facilmente, pois têm pressão de vapor
elevada e são muito reativos pois reagem facilmente com radicais livres.
As partículas finas são uma mistura de substâncias orgânicas e inorgânicas como
o pó, fumos, pólen e partículas provenientes do solo. As partículas mais perigosas para a
saúde, pois a sua inalação causa problemas respiratórios graves são as PM10 (diâmetro <
10 µm). http://pt.wikipedia.org/wiki/Poluição_atmosférica
4.2.2. Poluentes secundários
Os poluentes secundários resultam de reações químicas e transformações físicas
dos poluentes primários.
Ozono troposférico ou smog fotoquímico é o termo que designa a concentração de
ozono na baixa atmosfera cuja origem é devida à reação de diversos poluentes emitidos
para a atmosfera.
Os aerossóis são pequenas partículas, suspensas no ar com um tempo de vida
curto, são classificados como aerossóis primários (poeira ou partículas provenientes da
combustão de gasóleo nos veículos motorizados), ou formados a partir da conversão de
dióxido de enxofre, óxidos de azoto, amónia e compostos orgânicos através de reações
químicas na atmosfera, a sulfatos, nitratos, compostos de amónia e compostos orgânicos
não voláteis.
4.3. Controle da poluição atmosférica
Reduzir os níveis de poluição deve ser uma preocupação para os governantes de
todos os países do mundo. A tarefa é árdua pois exige uma ação internacional concertada,
enormes investimentos e participação ativa dos cidadãos. Deve–se implementar um
conjunto de medidas, como por exemplo:
Instalação de dispositivos nas unidades industriais que diminuam e minimizem os
efeitos da emissão de gases e poeiras. Existem algumas tecnologias que permitem esses
efeitos tais como:

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1. Os ciclones de gases, que são separadores mecânicos de partículas, cujo principio de
funcionamento assenta na separação de partículas por densidade, quando um gás é
forçado a um movimento giratório. http://pt.wikipedia.org/wiki/Poluição_atmosférica
Fig.6. Ciclone de gases. ( http://www.geocities.ws/dmatias/trabalhos/cimento)
2. A câmara de precipitação eletrostática que captura as partículas e liberta o gás
“limpo” para a atmosfera.
3. Aplicação de conversores catalíticos a todos os automóveis novos, de modo a
diminuir a emissão de fumos e gases, nomeadamente CO2. Obrigatoriedade de
inspeções periódicas a todos os veículos automóveis e implementação de valores
máximos de emissão de CO2.
4. Substituição de produtos químicos perigosos, como por exemplo os CFC´s. que levam
à destruição da camada de ozono.
5. Aplicação de normas como a revisão da legislação comunitária, através da publicação
da Directiva 2008/50/CE de 21 de Maio, que permitiu incorporar os últimos
progressos científicos e técnicos neste domínio:
http://www.apambiente.pt/index.php?ref=16&subref=82&sub2ref=316
5 - Qualidade do ar no interior de edifícios
Os principais problemas, inerentes à qualidade do ar na saúde pública, são associados
à poluição atmosférica, no exterior dos edifícios. Não é no entanto em contato com o ar
exterior, que a maior parte das pessoas passa o seu tempo de vida, mas sim no interior de
edifícios, como habitações, creches, locais de trabalho, centros comerciais e lares para a
terceira idade.

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