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A descoberta das ondas de Radio

A primeira vista, parece não haver nenhuma relação entre a luz e a eletricidade, mas ambas estão intimamente relacionadas.


Imagem de Igor Ovsyannykov por Pixabay


Ainda da mesma natureza da luz são outras radiações, cuja percepção não se dá pelos sentidos. Os elétrons, armazenados ou tirados de nuvens, provocam o apareci-mento de eletricidade estática, que pode manifestar-se por descargas elétricas. Movimentando-se em condutores, provocam a corrente elétrica. E podem, oscilando, provocar o aparecimento de ondas. Assim como podemos perturbar o repouso das águas de um lago, também na eletricidade podemos provocar oscilações, causadoras por sua vez de um campo eletromagnético que se propaga no espaço com a velocidade da luz: 300 000 quilômetros por segundo.


James Clerk Maxwell. Fonte da imagem: brasilescola.uol.com.br


O cientista inglês James Clerk Maxwell (1831-1879), ao estudar a natureza eletro-magnética da luz, teorizou sobre certos fenômenos ondulatórios produzidos pelo movi-mento vibratório dos elétrons. A partir de 1879, o físico alemão Heinrich Hertz realizou diversas experiências práticas em que utilizou um circuito oscilante ou senador, dispositivo no qual a corrente elétrica fica circulando ora num sentido, ora noutro, de-vido ao fenômeno da auto-indução (fenômeno em que um condutor produz um campo eletromagnético em si mesmo quando é percorrido por uma corrente variável).


Heinrich Hertz. Fonte da imagem: pt.wikipedia.org

As experiências de Hertz foram o ponto de partida para a descoberta da radiotelegrafia, radiotelefonia e televisão. E abriram Horizontes a outros físicos, como Eduard Branly e Guglielmo Marconi, que em 1896 patenteou o primeiro aparelho transmissor sem fios.


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Urna conversão de ondas


As ondas sonoras são variações da pressão do ar, e sua propagação depende assim de um meio material. À medida que a onda de som se propaga, o ar é primeiro comprimido e depois rarefeito, pois é a mudança de pressão no ar que produz o som. As ondas sonoras capazes de ser apreciadas pelo ouvido humano têm frequências variáveis entre cerca de 30 hertz ou ciclos por segundo (cps) e 15 000 hertz ou cps, portanto muito menor que as frequências mais adaptadas para comunicação a longa distância (ondas de rádio ou hertzianas), que se situam entre 100 1(.0 e 100 000 kc/s (sendo 1 quilociclo por segundo ou 1 quilohertz = 1 000 cps). Mesmo o limite inferior é muito maior que a mais elevada das frequências audíveis.


O microfone converte sons em corrente elétrica


Então, para transmitir a voz humana ou a música, é preciso converter as ondas sonoras em ondas eletromagnéticas de radio freqüência, e depois reconvertê-las em sonoras a fim de que possam ser ouvidas. O primeiro papel é desempenhado basicamente pelo microfone e o segundo pelo alto-falante, com o auxílio de válvulas ou transístores.


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O microfone a carvão


Os mais simples microfones ligados a um circuito oscilante consistem em uma membrana metálica flexível, que recebe as vibrações sonoras do ar. Atrás dessa lâmina se encontra um recipiente que contém minúsculas esferas de carvão condutor, as quais estabelecem o contato com o envoltório me-tálico e deste com o resto do circuito.


Esse contato é instável, pois as pequenas esferas se tocam levemente. Sob o impacto de um som intenso na membrana, os grãos de carvão se reúnem (1); o contato elétrico será mais eficiente, isto é, diminui a resistência oferecida à passagem da corrente. Conforme a pressão da onda sonora vai diminuindo (som menos intenso), a membrana tende a voltar à sua posição de repouso (2) e as esferas de carvão se distanciam nova-mente (3); assim, reduzida a pressão de contato entre elas, a resistência à corrente elétrica será maior.


Essas variações de pressão são justamente as transmitidas à membrana quando esta entra em vibração, devido às oscilações do ar produzidas por um som. As vibrações elásticas do ar (som) são portanto transformadas em variações de resistência elétrica, sob cujo efeito a intensidade da corrente de radiofrequência também irá variar, acompanhando exatamente as modulações do som. Teremos dessa forma uma corrente de radiofrequência modulada.


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A modulação de amplitude


As frequências mais favoráveis à propagação das ondas eletromagnéticas são bem mais elevadas que as das ondas sonoras. Assim, urna vibração de voz abrangerá diversas oscilações de radiofrequência. É que, em proporção inversa à das frequências, os comprimentos da onda sonora são maiores que os comprimentos das ondas de rádio, e em cada onda de audiofrequência faz-se "caber" um grande número de ondas de radiofrequência. Essas oscilações elétricas de amplitude modificada ou modulada se transmitem a distância da mesma forma que as Outras ondas eletromagnéticas, de amplitude constante, mas com a diferença de que trans-portam a modulação de um som em todas as suas variações de intensidade. A onda sonora resultante tem o nome de anda modulada, enquanto a onda que a "carrega" é a onda portadora. O processo chama-se modulação de amplitude, pois nele só se "ajusta" a amplitude da onda portadora, enquanto sua freqüência permanece constante. Isso é importante para evitar confusão: cada estação de rádio tem permissão para usar uma deter-minada freqüência de onda portadora, mantida sempre igual.


A corrente assim modulada é amplificada várias vezes e passa a uma antena transmissora de onde partem ondas que se propagam em todas as direções e enfraquecem conforme a distância percorrida até o receptor.


Entre as correntes alternadas produzidas por um dínamo, que alimentam uma lâmpada, e as correntes alternadas produzidas num circuito oscilante, que alimentam um transmissor de rádio, a única diferença está na freqüência das vibrações. As primeiras são geralmente de 50 ou 60 cps e sua in-fluência se estende a pequenas distâncias; as segundas são de milhares ou até milhões de cps e sua influência se transmite a distâncias enormes (radiações ou "irradiações" eletro-magnéticas).


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Recepção e sintonia


O receptor se comporta como um transmissor às avessas. A antena receptora, colocada no interior ou no exterior das casas, fica em meio ao campo eletromagnético "irradiado" pelo transmissor a grande distância. Nela se induz urna corrente alternada, com as mesmas características daquela que circula pela antena do transmissor, porém com in-tensidade e potência alguns milhões de vezes mais fracas.


No microfone de carvão, o contato entre os grânulos desse material depende da pressão.


Essa fraca corrente induzida na antena do receptor é atraída para um circuito oscilante que se diz sintonizado quando está ajustado à mesma freqüência da onda portadora transmitida. A igualdade de freqüência entre o circuito receptor e o circuito transmissor é conhecida pelo nome de ressonância. Quando um receptor de rádio é mudado de uma para outra estação, é alterada a freqüência na qual a corrente elétrica pode oscilar no circuito da antena.


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Detecção e alto-falante


A modulação sonora, imprimida a ondas de radiofrequência, torna-se audível no receptor por meio da detecção ou demodulação. processo no qual intervém novamente urna válvula ou um transistor.


Para ser detectada, a corrente de radio-freqüência recebida tem necessidade de ser unidirecional, ou seja, variar num só sentido e de acordo com a modulação nela contida. o detector —uma válvula ou um cristal de germânio ou silício — opera uma verdadeira retificação da corrente, filtrando com um condensador as partes de audiofrequência da radiofrequência que estava combinada na onda transmitida.


Os impulsos elétricos recebidos ganham todos a mesma direção, mas suas amplitudes são variáveis de acordo com a onda porta-dora. Amplificados, esses impulsos passam a um alto-falante que só responde à amplitude das oscilações correspondentes à freqüência das ondas sonoras. Assim, o alto-falante transforma em som essas correntes elétricas de audiofrequência.


O alto-falante é constituído por uma pequena bobina junto a um cone. As diversas intensidades dos impulsos elétricos que ali-mentam a bobina provocam diferentes deslocamentos de ar acompanhando o cone: sons mais fortes ou mais fracos, mais numerosos ou mais raros.


Corte do autofalante.


Em resumo, as vibrações do ar se transformam no microfone em corrente modulada; estas modulações se transformam no transmissor em corrente de radiofrequência modulada, que alimenta a antena do transmissor. Esta por sua vez irradia um campo eletromagnético a grande distância, que ativa a antena do receptor, produzindo novamente corrente de radiofrequência modulada. Essa corrente, depois de amplificada, é detectada, ou seja, transformada em cor-rente de audiofrequência modulada, que reproduz o som, vibrações do ar, no alto-falante.


As estações transmissoras produzem as ondas eletromagnéticas chamadas ondas hertzianas, dentro de frequências (e correspondentes amplitudes) que são fixadas pelos governos, a fim de impedir interferência de umas com outras. Em geral, as emissoras comerciais usam a faixa acima de 1 000 metros de comprimento de onda. São ondas longas. Os comprimentos de onda entre 1 000 e 100 metros correspondem a ondas médias. As ondas curtas, de 100 a 10 metros, são usadas para vários. objetivos, como por exemplo nas comunicações policiais entre carros de patrulha, na orientação de aviadores em voo, em radiamadorismo e programas intercontinentais.


A corrente de radiofrequência modulada atinge a antena transmissora onde produz ondas que se irradiam no espaço e chegam à antena receptora. Nesta, geram por indução a mesma corrente modulada que foi transmitida e que se converte em som graças ao alto-falante.


A diferença fundamental entre o comportamento das ondas longas e das ondas curtas é que as primeiras podem contornar obstáculos como edifícios, montanhas, etc. As ondas curtas não podem fazê-lo facilmente, mas em compensação podem ser concentra-das em finos feixes, qual fachos de luz. Esses feixes podem então ser "dirigidos" e usados para orientar ou detectar aviões, submarinos e foguetes balísticos. Estão nesse caso as ondas de radar. As ondas usadas para altas frequências de rádio (VHF) e para televisão são ainda mais curtas, com comprimento de onda menor que 3 metros.


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Para manter a constância


Imaginemos um pêndulo que oscila livre-mente. Depois de algum tempo, dependendo dos atritos, as amplitudes das oscilações diminuem, e o pêndulo acaba parando. já o pêndulo de um relógio continua funcionando, pois a energia mecânica armazenada na corda supre cada vez a energia perdida no atrito e mantém constante a amplitude da oscilação. O oscilados usado por Hertz tinha o inconveniente de enfraquecer gradual-mente as oscilações produzidas, isto é, as ondas eram amortecidas. Hoje, num circuito oscilante, a válvula ou então o seu moderno e vantajoso substituto, o transistor, permitem suprir a energia que foi perdida em cada ciclo, mantendo constante a amplitude da oscilação elétrica.




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