Os Precursores da eletricidade como a conhecemos nos dias de hoje – Primeira Parte

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A História da eletricidade tem seu início no século VI A.C., na Grécia Antiga, quando o filósofo Thales de Mileto, após descobrir uma resina vegetal fóssil petrificada chamada âmbar (elektron em grego), esfregou-a com pele e lã de animais e pôde então observar seu poder de atrair objetos leves como palhas, fragmentos de madeira e penas.

Tal observação iniciou o estudo de uma nova ciência derivada dessa atração.

Os estudos de Thales foram continuados por diversas personalidades, como o médico da rainha da Inglaterra Willian Gilbert, que, em 1600, denominou o evento de atração dos corpos de eletricidade. Gilbert menciona em seu tratado “De Magnete” que outros corpos também podem ser eletrizados pelo atrito, como o vidro, o enxofre e o lacre.
Também foi ele quem descobriu que outros objetos, ao serem atritados com o âmbar, também se eletrizam, e por isso chamou tais objetos de elétricos.

Em 1730, o físico inglês Stephen Gray identificou que, além da eletrização por atrito, também era possível eletrizar corpos por contato (encostando um corpo eletrizado num corpo neutro). Através de tais observações, ele chegou ao conceito de existência de materiais que conduzem a eletricidade com maior e menor eficácia, e os denominou como condutores e isolantes elétricos. Com isso, Gray viu a possibilidade de canalizar a eletricidade e levá-la de um corpo a outro.

O químico francês Charles Dufay também contribuiu enormemente para a aprimoração dos estudos da eletricidade, quando, em 1733, propôs a existência de

dois tipos de eletricidade, a vítrea e a resinosa, que fomentaram a hipótese de existência de fluidos elétricos.

Essa teoria foi, mais tarde, por volta de 1750, continuada pelo conhecido físico e político Benjamin Franklin, que propôs uma teoria na qual tais fluidos seriam na verdade um único fluido. Baseado nessa teoria, pela primeira vez se conhecia os termos positivo e negativo na eletricidade, um assunto que veremos a seguir.

Iniciamos nesta  primeira parte com  os dados biográficos de Stephen Gray;

Era natural de Canterbury  uma cidade do sudeste da Inglaterra pertencente ao condado de Kent. É o principal centro religioso do Reino Unido por abrigar o arcebispo da Cantuária. ¹ , líder espiritual da Igreja Anglicana, com sede espiritual na catedral da Cantuária.

Nasceu em Dezembro de 1666.

Foi um físico e astrônomo amador inglês que trabalhava como tintureiro.

Nas suas pesquisas, descobriu que as cargas elétricas podiam ser transmitidas através de determinados materiais, mas permaneciam retidas em outros. Aqueles materiais nos quais as cargas "fluíam" foram chamados de condutores e aqueles nos quais ficavam retidas de isolantes.

Descobriu que era possível transferir para outros corpos a eletricidade produzida no vidro, por atrito, através de um grupo de materiais.

Foi o descobridor da eletrização por indução, preferencialmente observada em corpos metálicos. Explicou também as prioridades de condutores e isolantes.

Entre as contribuições de Gray à astronomia, encontram-se observações sobre as manchas solares e eclipses.

Apesar de seu notável trabalho, Gray quase não é citado na literatura corrente.

Foi laureado com as duas primeiras Medalhas Copley:

*                    1731 - "Por seus novos experimentos sobre eletricidade: como encorajamento devido à rapidez que sempre mostrou à Royal Society com suas descobertas e melhoramentos nesta parte das ciências naturais”. ¹

*                    1732 - "Pelos experimentos realizados durante o ano 1732”. 

Faleceu em  Londres, 7 de Fevereiro de 1736.

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O segundo personagem que entendo, de importância e seguindo um cronologia é Benjamin Franklin

Nasceu em 17 de Janeiro de 1706 na cidade de Boston.

Foi jornalista, editor, autor, filantropo, abolicionista, funcionário público, cientista, diplomata, inventor e enxadrista estadunidense. ¹

Foi um dos líderes da Revolução Americana, conhecido por suas citações e experiências com a eletricidade.

Religioso, calvinista, e uma figura representativa do iluminismo. Correspondeu-se com membros da sociedade lunar e foi eleito membro da Royal Society. Em 1771,  Franklin tornou-se o primeiro Postmaster General (ministro dos correios) dos Estados Unidos.

O seu pai, Josiah Franklin, era comerciante de velas de cera, e casou duas vezes. Benjamin foi o 17º filho de 20 crianças nascidas dos dois casamentos.

Deixou os estudos aos dez anos de idade e aos doze começou a trabalhar como aprendiz do seu irmão, James, um impressor que publicava um jornal chamado "New England Courant". Tornou-se colaborador da publicação e foi seu editor nominal, escrevendo as cartas, sob o pseudônimo de Silêncio Faz Bem, uma viúva de meia idade ^{[carece de fontes]}. Depois de uma discussão com o irmão, e Benjamin fugiu, indo primeiro a Nova Iorque e depois a Filadélfia, onde chegou em outubro de 1723.

Em breve encontrou trabalho como impressor, mas após alguns meses, foi convencido pelo governador Keith a ir para Londres, onde, desiludido das promessas de Keith, voltou a trabalhar como compositor tipográfico, até que um mercador chamado Thomas Denham o fizesse regressar a Filadélfia, dando-lhe uma posição na sua empresa.

Em 1732 começou a publicar o famoso Almanaque do Pobre Ricardo (Poor Richard's Almanac), no qual se baseia boa parte da sua popularidade nos EUA. Provérbios deste almanaque, tais como "um tostão poupado é um tostão ganhado", tornaram-se conhecidos em todo o mundo.

Franklin e outros maçons juntaram os seus recursos em 1731 e iniciaram a primeira biblioteca pública de Filadélfia. Fundaram para esse fim uma empresa, que encomendou os seus primeiros livros em 1732, na sua maioria livros de teologia e educacionais, mas em 1741 a biblioteca também incluía obras de história, de geografia, de poesia e de ciência.  Os sucessos dessa empreitada encorajaram a abertura de bibliotecas em outras cidades americanas e Franklin percebeu que tal iniciativa fazia parte da luta das colônias na defesa dos seus interesses.

Em 1758, o ano em que ele deixou de escrever para o almanaque, imprimiu O sermão do pai Abraão, hoje considerado o texto mais famoso da literatura produzida na América nos tempos coloniais.

Entretanto, Franklin estava preocupado cada vez mais com os assuntos públicos; fundou a Universidade da Pensilvânia e a sociedade filosófica americana, com o fim de fomentar a comunicação das descobertas entre os homens da ciência. Ele já tinha começado a pesquisa da estática, que o iria ocupar, juntamente com outros temas científicos, com a política e com os negócios, até ao fim da sua vida.

Em 1748 Franklin vendeu o seu negócio e, tendo adquirido uma riqueza notável, pôde dispor de mais tempo livre para os estudos. Num espaço de poucos anos fez descobertas sobre a eletricidade que lhe deram reputação internacional. ¹ Ele identificou as cargas positiva e negativa e demonstrou que os raios são um fenômeno de natureza elétrica.

As invenções de Franklin incluíram o pára-raios, o aquecedor de Franklin - franklin stove(um aquecedor a lenha que se tornou muito popular, debitando uma corrente de ar diretamente na área a aquecer), as lentes bifocais e o corpo de bombeiros norte-americano.

Franklin estabeleceu duas áreas de estudo importantes das ciências naturais: eletricidade e meteorologia. Na sua obra clássica A história das teorias da eletricidade e do Éter, Si rEdmund Whittaker refere-se à inferência de Franklin de que quando se esfrega uma substância não se cria nenhuma carga elétrica, mas esta é apenas transferida, de modo que "a quantidade total em qualquer sistema isolado é invariável". Esta asserção é conhecida como o "princípio da conservação da carga"...

Após seu retorno da França em 1785, Franklin dedicou-se à abolição da escravatura, tendo-se tornado presidente da sociedade que visava a esse fim e à libertação dos negros ilegalmente retidos em cativeiro.

O Poder das pontas:

O poder das pontas é a forma como é chamado o princípio físico que rege o funcionamento de alguns objetos do nosso cotidiano, como os para-raios e as antenas. Ele foi utilizado por Benjamin Franklin, em 1752, em sua famosa experiência da pipa, que deu origem à sua invenção mais famosa, o para-raios.

 Segundo este princípio, o excesso de carga elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio. É nas pontas que a energia é descarregada. Isso ocorre porque as extremidades são regiões muito curvas e, como a eletricidade se acumula mais nessas áreas, um corpo eletrizado dotado de pontas acumula nelas sua energia. A densidade elétrica de um corpo será sempre maior nas regiões pontudas em comparação com as planas.

Sendo assim, uma ponta sempre será eletrizada mais facilmente do que uma região plana. Isso também explica o fato de um corpo já eletrizado perder sua carga elétrica principalmente pelas terminações, sendo difícil mantê-lo dessa forma. Além disso, essa extremidade eletrizada tem sobre os outros corpos um poder muito maior do que as áreas que não são pontudas.

É devido a esse princípio que se recomenda, em dias de tempestade, a não permanência embaixo de árvores ou em  regiões descampadas, porque a árvore e o corpo humano atuam como pontas em relação à superfície do solo, atraindo os raios. Se estiver em um local sem proteção  é recomendado ficar abaixado, com os braços e pernas bem juntos, em forma de esfera, evitando que seu corpo funcione como uma ponta.

http://para-raio.info/mos/view/O_Poder_das_Pontas/

Faleceu em 17 de abril de 1790, em Filadélfia. Encontra-se sepultado no Christ Church Burial Ground, Filadélfia, Pensilvânia nosEstados Unidos.

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A partir deste próximo personagem veremos uma sequencia de precursores que foram contemporâneos.

Para encerrar esta primeira parte Charles Augustin de Coulomb

Coulomb nasceu em uma família abastada, filho de Henri Coulomb e Catherine Bajet. Sua família tinha se mudado para Paris, e lá Coulomb estudou no prestigiado Collège des Quatre-Nations. O curso de matemática, ministrado por Pierre Charles Le Monnier, motivou Coulomb a seguir a carreira matemática.

Nasceu em 14 de junho de 1736. Seus pais eram de famílias bem conhecidas na região de Angoulême, capital de Angoumois, no sudoeste da França. Após a educação básica em sua cidade natal, a família de Coulomb mudou-se para Paris, e Coulomb continuou seus estudos no Colégio Mazarin, recebendo o melhor ensino em matemática, astronomia, química e botânica..

Durante este período seu pai perdeu todo o seu dinheiro, devido a maus investimentos financeiros, decidindo ir para Montpellier, sua mãe permanecendo em Paris. Entretanto, devido a desentendimentos entre Coulomb e sua mãe a respeito de sua carreira, cujos interesses incluíam a matemática e a astronomia, Coulomb optou por partir para Montpellier com seu pai.³ Lá, entrou para a Sociedade de Ciências em 1757. Desejava entrar na “École Génie” em Mézières e, para isso, precisava se preparar muito para os exames. Desta forma, retornou a Paris em 1758 e foi preparado por Camus, examinador para os cursos de artilharia. Em fevereiro de 1760, Coulomb entrou na “École Génie”, onde viria a se 

formar engenheiro militar em novembro de 1761.

Passou nove anos (de 1764 a 1772) nas “Índias Ocidentais”, atual América, supervisionando os trabalhos de construção do “Fort Bourbon”, em Martinique (província francesa próxima da Venezuela), onde teve a oportunidade de realizar inúmeros experimentos sobre mecânica de estruturas, atrito em máquinas e elasticidade de materiais. Todavia, o extenso período na província abalou muito a sua saúde, o que fez com que, em 1772, regressasse a Paris, onde passou a dedicar-se somente à experimentação científica e a escrever importantes trabalhos a respeito de mecânica aplicada.

Seu primeiro trabalho, “Sur une application des règles, de maximis et minimis à quelque problèmes de statique, relatifs à l’architecture”, contribuiu muito para a utilização de cálculos precisos na área de engenharia.

Em um de seus trabalhos mais famosos Coulomb trata do equilíbrio de torção, mostrando como a torção pode viabilizar medidas de forças muito pequenas com grande precisão, descrevendo um método que utiliza fibras de diversos materiais, que foi um aperfeiçoamento da balança de torção, utilizada por Henry Cavendish para medir a atração gravitacional..

 Em 1779, Coulomb foi enviado a Rochefort para colaborar com o Marquês de Montalembert na construção de uma fortaleza. Este marquês, assim como Coulomb, possuía grande reputação entre os engenheiros militares. Durante este período, Coulomb aproveitou para continuar seus estudos e conquistou o grande prêmio na Academia de Ciências em 1781 (já havia conquistado outro em 1777 graças a um trabalho sobre o magnetismo terrestre) devido à sua teoria do atrito nas máquinas simples.¹ Nesse trabalho, Coulomb investigou o atrito estático e dinâmico entre superfícies e desenvolveu uma série de equações, estabelecendo a relação entre a força de atrito e variáveis como o força normal, tempo, velocidade, etc.⁴ Além do prêmio, Coulomb assumiu um posto permanente na Academia de Ciências, não assumindo mais nenhum projeto de engenharia (área onde passou a ser apenas consultor), dedicando-se exclusivamente à física.

Utilizando a metodologia de medir forças através da torção, Coulomb estabeleceu a relação entre força elétrica, quantidade de carga e distância, enfatizando a semelhança desta com a teoria de Isaac Newton para a gravitação, que estabelece a relação entre a força gravitacional e a quantidade de massa e distância. Além disso, estudou as cargas elétricas puntuais e a distribuição de cargas em superfícies de corpos carregados eletricamente. Em 1789 teve início a Revolução Francesa, ocasionando muitas modificações nas instituições às quais Coulomb estava ligado. A Academia de Ciências foi dissolvida, dando origem ao “Instituto da França”. Coulomb também se aposentou do exército, passando a realizar suas pesquisas em uma casa que possuía perto de Blois.

Publicou 7 tratados sobre eletricidade e magnetismo, e outros sobre torção, atrito entre sólidos, etc. Experimentador genial e rigoroso, realizou uma experiência histórica com uma balança de torção para determinar a força exercida entre duas cargas elétricas (lei de Coulomb)

A Lei de Coulomb;

 Lei de Coulomb é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. Foi formulada e publicada pela primeira vez em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do estudo da Eletricidade.

Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes (q₁ e q₂) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles. Esta força pode ser atractiva ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atractiva se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.

Após detalhadas medidas, utilizando uma balança de torção, Coulomb concluiu que esta força é completamente descrita pela seguinte expressão:1

,

em que:
 é a força, em Newtons (N);
 C2 N−1 m−2 (ou F m−1) é a constante elétrica,
r é a distância entre as duas cargas pontuais, em metros (m) e
q1 e q2, os respectivos valores das cargas, em Coulombs (C).
 é o vetor que indica a direcção em que aponta a força eléctrica.1

Por vezes substitui-se o factor  por
k, a constante de Coulomb, com k  N·m²/C².

Assim, a força elétrica, fica expressa na forma:

,

A notação anterior é uma notação vectorial compacta, onde não é especificado qualquer sistema de coordenadas.

Se a carga 1 estiver na origem e a carga 2 no ponto com coordenadas cartesianas (x,y,z) a força de Coulomb toma a forma:

,

Como a carga de um Coulomb (1C) é muito grande, costuma-se usar submúltiplos dessa unidade. Assim, temos:

1 milicoulomb = 10^ -3 C

1 microcoulomb = 10^ -6 C

1 nanocoulomb = 10^ -9 C

1picocoulomb = 10^ -12 C

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Coulomb

 Em 1802 assumiu o posto de inspetor geral de instrução pública, cargo que ocupou até o final da sua vida. Coulomb morreu em Paris em 23 de agosto de 1806. 

Fonte :Wikpédia.
 http://www.mundoeducacao.com/fisica/a-historia-eletricidade.htm

J.A.

Bateria de fluxo orgânica - nova promessa da energia renovável

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A Revista Inovação Tecnológica  publica  sobre os avanços na pesquisa em baterias de fluxo.

Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos, em vez de dentro do próprio recipiente da bateria. [Imagem: Eliza Grinnell/Harvard SEAS]

Reservas de energia

Tem havido muitas promessas, mas poucas realizações efetivas, no campo das baterias.

Além dos carros elétricos, há um sentido de urgência na busca de soluções para o armazenamento das fontes renováveis de energia, que permitam manter o abastecimento à rede elétrica quando o vento não está soprando ou o sol não está brilhando.

Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, acabam de classificar mais um participante para a final dessa corrida.

Eles construíram uma bateria de fluxo baseada em moléculas orgânicas, eliminando a necessidade dos metais que encarecem a tecnologia.

A bateria de fluxo sem metais baseia-se na eletroquímica de pequenas moléculas naturalmente abundantes, baratas e orgânicas (à base de carbono) chamadas quinonas, que são similares às moléculas que armazenam energia nas plantas e animais.

Baterias de fluxo

Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos - como nas células de combustível - em vez de dentro do próprio recipiente da bateria.

Os dois componentes principais - o equipamento de conversão eletroquímica por onde os fluidos correm (o que define a potência de pico da bateria), e os tanques de armazenamento dos compostos químicos (que definem a capacidade de carga) - podem ser dimensionados de forma independente.

Assim, a quantidade de energia que pode ser armazenada é limitada apenas pelo tamanho dos tanques, o que permite que grandes quantidades de energia sejam armazenadas a um custo menor do que com as baterias tradicionais.

Por exemplo, para armazenar 50 horas de energia de uma turbina eólica com capacidade de 1 megawatt (50 megawatts-hora), uma possível solução seria comprar baterias tradicionais com 50 megawatts-hora de capacidade, mas elas viriam com 50 megawatts de capacidade de energia - pagar por 50 megawatts de capacidade de energia quando apenas 1 megawatt é necessário faz pouco sentido.

Por esta razão, inúmeras equipes ao redor do mundo focaram sua atenção na tecnologia das baterias de fluxo. Mas, até agora, elas têm esbarrado em produtos químicos caros ou difíceis de manipular, elevando os custos de armazenamento de energia.

Bateria de fluxo orgânicas

Os componentes ativos dos eletrólitos na maioria das baterias de fluxo têm sido metais, sendo ovanádio utilizado nas versões mais avançadas. Embora eficiente, o vanádio é muito caro, estabelecendo um patamar de custo por quilowatt-hora muito elevado.

• Baterias líquidas chegam a meio caminho da energia limpa

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=baterias-liquidas-energia-limpa&id=010115120227

A nova bateria de fluxo baseada em materiais orgânicos elimina a necessidade do vanádio, sem voltar a depender dos eletrocatalisadores de metais preciosos, como a platina.

"Com as moléculas orgânicas, introduzimos um novo e vasto conjunto de possibilidades. Algumas delas serão ruins, mas outras serão realmente boas. Com estas quinonas, temos as primeiras que parecem ser muito boas," conta o professor Roy Gordon, um dos envolvidos no trabalho.

Quinonas

Para selecionar as melhores moléculas, a equipe está utilizando um grande banco de dados, já tendo analisado mais de 10.000 moléculas.

As quinonas são abundantes no petróleo bruto, assim como nas plantas verdes - a molécula que a equipe usou é quase idêntica à que se encontra no ruibarbo.

As melhores renderam baterias de fluxo que resistiram, até o momento da publicação dos primeiros resultados, a pelo menos 100 ciclos de carga e descarga.

A equipe está também trabalhando na questão da segurança das baterias de fluxo orgânicas: as quinonas são dissolvidas em água para que não peguem fogo.

Fonte:  http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=bateria-de-fluxo-organica&id=010115140121&ebol=sim

J.A.

Causo 34 - Quando o profissional torna o serviço inseguro e perigoso...

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Causo ! 

Uma das maiores preocupações do Estado é relacionada ao trabalho mais seguro possível aos trabalhadores em geral.

A NR 10 dispõe de informações básicas e classifica um trabalho seguro ou inseguro. No entanto, muitas vezes o profissional de forma negligente torna o trabalho inseguro, seja por não utilizar algum item de segurança seja por tomar ações e procedimentos inseguros.

Este causo me foi contado pelo chefe de manutenção em linha viva da multinacional que trabalhei por muitos anos.

Segundo ele, sua equipe especializada em manutenção em linha viva, estava fazendo a transposição de um ramal de 330 kV no Rio de Janeiro.

Ele sempre me dizia que gostavam de trabalhar em extra alta tensão que era mais segura para sua equipe. As distancias entre os condutores e carcaças aterradas eram fatores preponderantes. Trabalhar em 13,8 kV detestava, achava muito inseguro pelas proximidades dos condutores / caraças de painéis etc.
A roupa especial metalizada proporcionava uma proteção contra os campos elétricos nestes níveis.

Relatava-me que tinha mandado um dos seus funcionários especializado embora e por justa causa pelo seguinte fato;

“Em dado momento do serviço, ele movimento o dispositivo de deslocamento sobre o cabo para um local mais descampado. Então de lá começou a urinar.

Sabendo dos riscos o funcionário urinava aos poucos e de forma descontinua. “Quando a urina se aproximava do solo levanta um língua de fogo que subia cerca de 6 metros.”

Após o episódio, ele mandou o cara descer e voltar para o hotel e retornar para S. Paulo.

O alemão mineiro me dizia; 
- JÁ este desgraçado colocou a vida dele e de todos nós em  em altíssimo risco sem contar que poderia desligar metade do Rio de Janeiro.

Muitas vezes é o profissional que torna o trabalho inseguro, seja por imprudência ou por falta de conhecimento técnico da operação e seus riscos.
Tem um causo que roda a internet  já a um certo tempo sobre um disjunto de 13.8 KV. com defeito, vejam o resultado disso sem um teste anterior, lamentável.
Acidentes ocorrem também quando o profissional perde o medo e fica a um passo da negligência.

Este é causo serve como um alerta para quem trabalha com tensões perigosas.

J.A.

Meio século da invenção do laser - fibra óptica - Terceira Parte , Telecomunicações

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Meio século da invenção do laser - fibra óptica 

 Terceira Parte Telecomunicações

Alguém vai recordar que, no passado, para realizar uma simples ligação telefônica internacional precisava marcar hora na telefônica local. Outros lembrarão das transmissões das Copas de 58 na Suécia e  62 no Chile, as dificuldades que era para as emissoras de rádio transmitirem os jogos. Naquele tempo, algumas chegavam a alugar rádios de ondas curtas para transmitir determinado trecho ou entre um determinado local até que fosse possível seguir via telefônia. Ora isso, acabava impedindo o retorno para que o locutor no local escutasse seus estúdios e vice versa. Alguns transmitiam e narravam sem saber se estavam sendo escutados aqui. Algo inimaginável nos dias de hoje da TV digital , da internet e da telefonia celular.

Para ser um comparativo e avaliar melhor o salto tecnológico precisamos conhecer o inico histórico da telefonia e seus cabos  submarinos interligando continentes.

O primeiro cabo submarino para telefonia, ligando a Europa ao Brasil  foi uma obra do Barão de Mauá. Resultado do espírito empreendedor de Irineu Evangelista de Souza, Barão e depois Visconde de Mauá, que participou da organização e financiamento da instalação do cabo submarino.

Em 1893 a companhia inglesa South American Cables Ltd instalou um cabo submarino em Fernando de Noronha. Posteriormente, em 1914, a concessão deste cabo foi transferida para a França. Um segundo cabo submarino em Fernando de Noronha foi lançado pelos italianos da Italcable em 1925.

http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialcsub/pagina_2.asp

A evolução veio com o surgimento dos rádios micro-ondas , transmissões via satélite e finalmente as Fibras ópticas que é o que mostra o tópico.

 

Os cabos de fibra ótica são a espinha dorsal da Internet e da telefonia atualmente.
Mais de 95% do trafego mundial de dados passa por fibras óticas e menos de 5% por satélites

Em meados 1840 em Paris, Daniel Colladon and Jacques Babinet demonstraram o fenômeno da reflexão total da luz, principio básico de uma fibra ótica.

Em 1952, no Imperial College of Science and Technology de Londres, o fisico indiano Narinder Singh Kapany inventou a fibra ótica, baseado em estudos do físico inglês John Tyndall.

As primeiras fibras óticas foram usadas para endoscopia digestiva e não serviam para telecomunicações.

Para tornar a fibra ótica viável para telecomunicações, ela teria que ser fabricada de um vidro muito mais puro do que os usados em janelas e óculos, pois quanto mais impurezas, mais fraco o Laser a medida que for se propagando.

Para se ter uma idéia, se a água dos oceanos tivesse a mesmo grau de pureza do vidro de uma moderna fibra ótica, seria possível ver da superfície com clareza os restos do Titanic.

Em 1965, os engenheiros Charles K. Kao e George A. Hockham da empresa britânica Standard Telephones e Cabos (STC) demonstraram que impurezas no vidro causavam a perda (atenuação) de 1000 dB/km na fibra ótica, contra 10 a 50 dB/km de um cabo coaxial, tornando-a inviável para comunicações. Também demonstraram que essas impurezas poderiam ser removidas.

Em 1970, os pesquisadores Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, and Frank Zimar do fabricante de vidros americano Corning Glass Works conseguiram produzir fibras óticas com a pureza necessária (menos 20 dB/km) para seres usada em comunicações. Alguns anos depois Corning Glass Works estava fabricando fibras óticas com menos 4 dB/km.

Em 1988, entrou em operação o primeiro cabo transoceânico (Atlântico) de fibra ótica, construído pela AT&T , France Telecom e British Telecom com capacidade para 40 mil ligações telefônicas simultâneas.

Fibras óticas são usadas para “inspecionar” o corpo humano (endoscopia), e também na inspeção de maquinas, como motores a jato.

Varias fibras óticas podem operar próximas em um cabo sem haver interferência entre elas e alem disso elas não sofrem interferência eletromagnética.

Fibras óticas são mais finas do que um fio de cobre, consomem menos energia e possuem maior capacidade de transmissão de informação.

Os Lasers são usados nas fibras óticas para comunicação de grande distancia, devido a sua grande potência.

• fibras óticas monomodo (diâmetro do núcleo de 9 ¼m) usam Lasers semicondutores (diodo) [1300 a 1550 nm e 0,5 dB/km] e são usadas para longas distancias (maior largura de banda)

• fibras óticas multímodo (diâmetro do núcleo de 65 ¼m) usam LEDs [850 a 1300 nm e 1.5 a 3.75 dB/km] e são usadas para curtas distancias (menor largura de banda)

Existem vários processos de fabricação das fibras óticas, que são bastante complexos

Experimento com Laser e cilindro de acrílico demonstra o principio da reflexão total da Luz (Lei de Snell)

A parte interna (núcleo) das fibras óticas tem um índice de refração maior que a parte externa (casca) e ao incindir em um ângulo pequeno, a luz sofre reflexão total.

Cabo de fibra ótica terrestre

A fibra ótica é feita de um vidro muito puro, com baixa atenuação do sinal, mas a cada 100 km o Laser acaba ficando “fraco” e é necessário a instalação de repetidores, que são amplificadores óticos (amplificadores de fibra dopada com érbio - EDFA).

Os amplificadores óticos foram inventados na universidade de Stanford, na Califórnia e depois aperfeiçoados pelo Bell Labs.

Alguns navios são especializados em lançar cabos de fibra-ótica submarinos

Mapa com a rede mundial de cabos de fibra-ótica submarinos

Telecom Maps

Seguindo a evolução , este processo passou a ser utilizada em equipamentos nas diversas áreas do conhecimento. Mas o grande salto foi mesmo nas telecomunicações e redes de informática como por exemplo;

Consórcio apoiado pelo Google inicia instalação de fibra óptica submarina dos Estados Unidos ao Japão (10 mil km) de 4,8 Tbps ao custo de US$ 300 milhões

24 de junho de 2008

Tóquio - Cabo submarino Unity terá capacidade de 4,8 Tbps e inaugura participação do gigante de buscas, junto a operadoras, no setor infra-estrutura.

As empresas NEC e Tyco começaram a planejar juntas nesta terça-feira (24/06) o cabo submarino Unity, link de fibra óptica entre os Estados Unidos e o Japão apoiado pelo Google e por cinco operadoras de telefonia.

O cabo de 300 milhões de dólares terá inicialmente cinco pares de fibras - cabos duplos de fibra óptica, onde um é usado para serviços e outro para backup - mas será expandido para oito pares. Cada par é capaz de carregar 960 Gbps de dados dando ao sistema capacidade total de 4,8 Tbps.

Para comparar a capacidade e o impacto do Unity no setor de cabos submarinos, a TeleGeography afirmou que no final de 2007 a capacidade em uso dos cabos parou em 3,3 Tbps totais. Diversos cabos estão sendo atualizados para atender a demanda crescente e dois novos cabos, Trans-Pacific Express e Asia America Gateway, deverão estar online até o final do ano, totalizando capacidade de 7,2 Tbps.

O cabo está programado para começar a ser usado no primeiro trimestre de 2010, quando o Unity deverá representar, sozinho, cerca de 20% da capacidade disponível em transmissões pelo Oceano Pacífico.

Além do Google, os outros parceiros da implementação são as operadoras Bharti Airtel, da Índia; Global Transit, da Malásia; KDDI, do Japão e Pacnet e SingTel, de Cingapura.

A participação do Google no consórcio ganhou destaque quando foi anunciada em fevereiro, já que, normalmente, apenas operadoras estão envolvidas em projetos do tipo.

O Google anunciou, no final da semana passada, a conclusão do Unity, um novo sistema de cabos de fibra óptica submarinos que interliga os Estados Unidos e o Japão.

Anunciado oficialmente em fevereiro de 2008, a nova infra-estrutura Trans-Pacific possui 9.620 quilômetros de cabos e custou aproximadamente US$ 300 milhões. O Unity foi projetado para fornecer uma largura de banda de até 4,8 Terabits por segundo (Tbps), com uma capacidade de até 960 Gigabits por segundo (Gbps) para cada par de fibra óptica.

O consórcio Unity é um esforço em conjunto da Bharti Airtel, Global Transit, Google, KDDI Corporation, Pacnet e SingTel. O nome Unity foi escolhido para significar um novo tipo de consórcio, nascido entre sistemas potencialmente concorrentes, a emergir como um sistema dentro de um sistema, oferecendo propriedade e gestão individual de cada fibra pares.

"Após meses de testes para garantir que o sistema de cabo atende aos rigorosos padrões de transmissão especificados, o Unity está pronto para entregar a tão esperada capacidade de conectividade Trans-Pacific para atender as necessidades dos membros do consórcio", disse Chris Wilson, Presidente da Comissão Executiva do Unity.

O novo sistema conecta Chikura, no Japão, à Los Angeles, Palo Alto e San Jose, na costa oeste americana. Em Chikura, o Unity é interligado a outros sistemas de cabos, aumentando ainda mais a conectividade com a Ásia.

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Alcatel-Lucent bate recorde de transmissão: 15,5 Terabits por segundo para uma distancia de 7000 km.
Alta velocidade de transmissão de informoções equivale a 400 DVDs por segundo.

A Alcatel-Lucent anunciou que os cientistas do Bell Labs, setor de pesquisa da empresa, estabeleceram um novo recorde de transmissão óptica. 

Segundo informação da empresa, esse experimento de transmissão envolveu o envio do equivalente a 400 DVDs por segundo sobre 7.000 quilômetros (aproximadamente a distância entre Paris e Chicago). Trata-se da mais alta capacidade já atingida sobre uma distância transoceânica, e excede em dez vezes a distância dos atuais cabos submarinos comerciais. As transmissões foram feitas sobre uma rede na qual havia um espaço de 90 quilômetros entre os repetidores (dispositivos usados para sustentar sinais ópticos em longas distâncias). Esta distância é 20% maior do que aquela usualmente mantida nessas redes.

Para atingir os resultados, os pesquisadores do Bell Labs usaram novas técnicas de detecção e aproveitaram um conjunto diverso de tecnologias em modulação, transmissão e processamento de sinais.

Os pesquisadores também fizeram uso de processadores de sinais digitais com detecção coerente, uma nova tecnologia que possibilita adquirir detalhes para um número de propriedades de luz acima do que o método de detecção direta, que é normalmente aplicado nos sistemas de hoje. Com esta técnica, foi possível aumentar a capacidade e o número de fontes de luz introduzidas em uma única fibra, além da possibilidade de separação da luz em suas cores constituintes, assim que elas atingem seus destinos.

Para fazer isto, os cientistas do Bell Labs utilizaram cerca de 155 lasers, cada um deles operando numa frequência diferente e carregando cerca de 100 gigabits de dados por segundo. Multiplicando o número de lasers pela transmissão de dados, e temos um incrível número de 15.5 terabits por segundo, numa distância de 7000 quilômetros.

Para a empresa, este recorde de transmissão está relacionado a uma série de investimentos de redes ópticas do Bell Labs. Outros projetos para o setor de otimização de transferência de dados realizados pela segmentação da Alcatel foi a introdução de fibra de dispersão não zero, experimentos na área de Ethernet 100 Gigabits e o Differential Phase-Shift Keying (DPSK) a 40 Gigabits por segundo.

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Evolução Tecnológica e pesquisa;

Criada fibra óptica com cristal semicondutor

Um grupo de cientistas dos Estados Unidos anunciou o desenvolvimento de uma nova classe de fibra óptica.

Trata-se da primeira fibra com o interior feito com seleneto de zinco, um composto amarelo claro com propriedades semicondutoras.

A nova classe de fibra óptica que permite, segundo os autores, a manipulação mais eficiente da luz e poderá ser usada no desenvolvimento de tecnologias de laser mais versáteis para uso em medicina ou como sensores ambientais e químicos.

Núcleo semicondutor

John Badding, da Universidade da Pensilvânia, coordenador da pesquisa, explicou que a tecnologia de fibra óptica tem sido limitada pela utilização de um núcleo vítreo.

"O vidro tem um arranjo desordenado de átomos. Já uma substância cristalina, como o seleneto de zinco, é altamente ordenada. Essa ordem permite a transmissão de luz com comprimentos de onda mais longos, especificamente na região do infravermelho médio," disse ele.

Ao contrário de vidro de sílica, que é tradicionalmente utilizado na construção de fibras ópticas, o seleneto de zinco é um composto semicondutor.

Sabemos há muito tempo que o seleneto de zinco é um composto útil, capaz de manipular a luz de uma forma que a sílica não consegue,", disse Badding. "O desafio era colocar este composto em uma estrutura de fibra, algo que nunca havia sido feito antes."

Usando uma técnica de deposição química sob alta pressão, desenvolvida por Justin Sparks, coautor da pesquisa, os cientistas depositaram núcleos de seleneto de zinco no interior de capilaridades do vidro, criando esta nova classe de fibras ópticas.

Laser infravermelho

A nova fibra óptica demonstrou duas vantagens importantes.

Primeiramente, os pesquisadores descobriram que a nova fibra é mais versátil não apenas no espectro visível, mas também no infravermelho - a radiação eletromagnética com comprimentos de onda acima da luz visível.

A tecnologia atual de fibras ópticas é ineficiente na transmissão da luz infravermelha.

A quebra dessa barreira abre caminho para o uso das fibras ópticas na construção de lasers infravermelhos, potencialmente encontrando usos na área médica, em cirurgias, por exemplo.

Em segundo lugar, ela é mais eficiente na conversão de luz de uma cor para outra.

"Quando as fibras ópticas tradicionais são usadas em sinalização, exposições e em arte, nem sempre é possível obter as cores que você quer. O seleneto de zinco, por meio de um processo chamado de conversão de frequência não linear, tem maior capacidade de alterar as cores", disse Badding.

Detecção de poluentes

Os pesquisadores destacam ainda que a tecnologia poderá se mostrar útil na fabricação de novos detectores de poluentes e de toxinas.

"Moléculas diferentes absorvem luz de diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, a água absorve, ou pára, a luz com comprimento de onda de 2,6 micrômetros," disse Badding.

"Mas as moléculas de certos poluentes ou outras substâncias tóxicas podem absorver a luz de comprimentos de onda muito maiores. Se pudermos transportar luz de comprimentos de onda mais longos através da atmosfera, poderemos ver quais substâncias estão lá com muito mais clareza," concluiu.

Badding foi um dos líderes da pesquisa que resultou na construção de componentes eletrônicos no interior de uma fibra óptica.

Criada fibra ptica com cristal semicondutor

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Fibras ópticas ganham poder de processamento

O controle de disparo na potencia das válvulas tiristorizadas de Itaipu em CC, levam o sinal do controle digital até o potencial de 300 KV por fibra óptica. Uma evolução para este transporte de informações e controle é este novo tipo que esta sendo apresentado;

Os pulsos de luz (esferas brancas) viajando ao longo da fibra óptica podem ser convertidos em sinais elétricos (onda quadrada) dentro da própria fibra, por uma junção semicondutora.[Imagem: John Badding Lab/Penn State University]

Fibra óptica inteligente

Uma equipe de físicos, químicos e engenheiros conseguiu pela primeira vez inserir em uma fibra óptica materiais semicondutores que dão à fibra funções eletrônicas integradas de alta velocidade.

A aplicação mais imediata da tecnologia é o desenvolvimento de uma forma direta de troca de informações entre as fibras ópticas e os equipamentos eletrônicos que enviam e recebem essas informações.

As fibras ópticas são componentes estritamente passivos, responsáveis por transportar a luz na qual as informações estão codificadas. A parte "inteligente" do mecanismo é feita por componentes eletrônicos no interior dos microprocessadores, que trabalham com sinais elétricos.

Isto exige um grande aparato de equipamentos capazes de fazer a conversão eletro-óptica na ponta que transmite, e opto-elétrica na ponta que recebe os dados.

A incorporação dos cristais semicondutores cristalinos no interior vítreo da fibra óptica permite que os pesquisadores se aproximem da situação ideal na qual, em vez de acoplar a fibra óptica a um chip, a própria "fibra óptica inteligente" desempenharia funções eletrônicas.

Rede óptica só de fibras

Os pesquisadores das universidades da Pensilvânia (EUA) e Southampton (Reino Unido) afirmam que isso elimina também problemas bem mais prosaicos no acoplamento opto-elétrico: o fato de que a fibra óptica é cilíndrica, enquanto os chips são planares e muito finos.

Usando técnicas químicas de alta pressão, o grupo desenvolveu uma forma de depositar os materiais semicondutores, camada por camada, diretamente no interior de minúsculos buracos no material vítreo da fibra óptica.

Isto cria os transistores necessários para fazer o processamento eletrônico ativo.


Fibras ópticas com componentes eletrônicos integrados

Passo a passo do processo de fabricação do transístor no interior de furos feitos no material cristalino da fibra óptica. [Imagem: He et al./Nature Photonics]

Como não é necessário construir o chip inteiro dentro da fibra óptica - basta construir alguns poucos transistores necessários para a conversão dos sinais ópticos em sinais elétricos - o processo não exige os grandes equipamentos e as salas limpas necessárias à fabricação dos processadores.

Para Pier Sazio, um dos membros da equipe, um dos objetivos a ser atingido pelo trabalho da equipe é a construção de redes ópticas de transmissão de dados usando unicamente fibras: "Se o sinal nunca deixar a fibra, então a rede será mais rápida, mais barata e mais eficiente."

Aplicações

Mas a tecnologia tem outras aplicações além da transmissão de dados.

"Por exemplo, nosso trabalho representa uma abordagem diferente para fabricar junções semicondutoras, que nós estamos tentando usar como células solares," disse o Dr. John Badding, que apresentou os primeiros resultados na área há cerca de um ano, quando materiais semicondutores foram incorporados em uma fibra óptica.

Outras aplicações incluem novas formas de geração e aplicação dos raios laser e sensores menores e mais precisos.

Fibras pticas inteligentes tm transistores eletrnicos integrados

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Nos dias de hoje o laser esta incorporado a vida do homem e cada vez mais se encontra aplicações novas deste  invento.

Laser a calor emite luz sem gastar eletricidade

Esquema de um laser de cascateamento quântico, que poderá ser alimentado por calor, funcionando sem eletricidade.[Imagem: Christoph Deutsch]

Laser quente

Um exemplo clássico de como uma pesquisa básica pode revolucionar o mundo, o laser, inventado há apenas 50 anos, é hoje uma tecnologia onipresente.

E poderá ser ainda mais importante, quando os engenheiros construírem um novo laser proposto pela estudante Kathrin Sandner, da Universidade de Innsbruck, na Áustria.

Sandner estava tentando reduzir o aquecimento de um tipo especial de laser, chamado laser de cascateamento quântico, quando se deu conta de que o calor pode ser usado para gerar a emissão continuada de luz coerente.

Em termos mais simples, um laser alimentado por calor, que dispensa totalmente a eletricidade para gerar sua luz.

Laser de cascateamento quântico

Com toda a sua importância, os lasers atualmente cobrem apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético - nem todos os comprimentos de onda foram igualmente pesquisados até agora.

Por exemplo, na faixa do infravermelho distante e da radiação terahertz, a luz coerente é emitida por lasers de cascateamento quântico, que estão longe de serem eficientes porque aquecem demais - e, quando o calor é excessivo, a emissão do laser é interrompida.

Esses lasers são gerados por pilhas de várias camadas de materiais semicondutores, cada uma com espessura muito precisa e dopada com elementos diferentes.

"Os elétrons são transferidos através dessa estrutura em uma série específica de processos de tunelamento e saltos quânticos," explica o professor Helmut Ritsch, entusiasmado com a descoberta de sua aluna. "Entre essas camadas, os elétrons colidem com outras partículas, o que esquenta o laser.

Por essa razão, os lasers de cascateamento quântico só funcionam quando são fortemente resfriados.

Elétrons, fótons e fônons

Sandner acredita que não precisa ser assim. Na verdade, segundo ela, o aquecimento dos lasers de cascateamento quântico não apenas pode ser evitado, como o próprio calor pode ser usado para fazer o laser funcionar.

O truque consiste em "reverter" o aquecimento, o que pode ser feito alterando com precisão a espessura das diversas camadas de semicondutores.

"Uma parte crucial é separar espacialmente as áreas quentes e frias do laser," diz a pesquisadora.

"Nesse laser alimentado por gradiente de temperatura, os elétrons são termalmente excitados na área quente e então tunelam para a área fria, onde os fótons são emitidos," explica ela.

Ou seja, a energia do calor é absorvida - de uma fonte qualquer - e simultaneamente reemitida na forma da luz.

"Entre as emissões consecutivas de partículas de luz, um fônon é absorvido e o laser é resfriado. Quando levamos a ideia adiante, vimos que a presença dos fônons é suficiente para fornecer a energia para a amplificação laser," disse Sandner.

Resfriamento de chips

O professor Ritsch reconhece que será um desafio fabricar as diversas camadas com tanta precisão, mas será um esforço que valerá a pena.

Segundo ele, além de criar uma nova geração de lasers, alimentados por calor, o princípio poderá ser usado para resfriar processadores de computador.

"Além da elegância conceitual dessa ideia, abre-se uma forma completamente nova de usar o calor dos microchips de uma forma benéfica, em vez de precisar dissipá-lo por arrefecimento," propõe ele.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laser-calor

 Fonte:

Forum Adrenaline - Papo Cabeça - Postado por San Andreas

 http://adrenaline.uol.com.br/forum/papo-cabeca/304029-50-anos-da-invencao-do-laser-fibras-oticas-2.html