segunda-feira, 22 de outubro de 2007

A Estranha Magia do Magnetismo

Coluna Física sem mistério
Publicada no Ciência Hoje On-line
19/10/2007


A compreensão dos mistérios da natureza sempre foi um grande desafio para todos nós. Alguns fenômenos que acontecem de forma corriqueira podem parecer, em princípio, produzidos por magia. No ritmo atual de transformações tecnológicas que vivemos, muitos dispositivos presentes em nosso cotidiano seriam verdadeiros artefatos mágicos algumas décadas atrás. Basta compararmos o início do século 20 com os dias atuais.

Muitos dos grandes avanços tecnológicos que temos hoje sequer podiam ser concebidos naquela época, embora certos fenômenos por trás dessas tecnologias já fossem compreendidos. Nascia então a chamada mecânica quântica, ramo da física que estuda os fenômenos na escala do átomo. Em particular, a origem dos fenômenos magnéticos, tão presentes em nosso dia-a-dia, começou de fato a ser melhor compreendida naquele momento histórico.

Os fenômenos magnéticos têm despertado a curiosidade humana há milhares de anos. Temos, por exemplo, relatos sobre ímãs pelos gregos já por volta do ano 800 a.C. Coube ao filósofo grego Tales de Mileto (625-556 a.C.) propor uma primeira explicação para os fenômenos magnéticos. Ele atribuía as propriedades de atração e repulsão da magnetita (um ímã natural) ao fato de ela ter “uma alma própria”. Posteriormente, Platão tentou explicar os fenômenos magnéticos admitindo que a atração e a repulsão fossem devidas à “umidade” e à “secura” da magnetita. Entretanto, essas idéias eram apenas especulações e não revelaram a verdadeira origem do magnetismo.

Quase dois milênios depois, no ano de 1600, uma importante obra foi publicada pelo médico e físico inglês William Gilbert (1544-1603): De magnete [Sobre o magneto]. Nesse livro, ele explicou por que as bússolas apontam a direção norte-sul. Gilbert afirmou que a Terra era um gigantesco ímã que emitia “eflúvios”, atraindo os outros ímãs. Essa é uma obra de grande importância, considerada um dos primeiros tratados experimentais de física, pois Gilbert chegou a essa explicação a partir da construção de um modelo esférico feito de magnetita para representar a Terra, que ele chamou de “terrela”.

Essa estranha magia da atração que os ímãs (ou materiais magnéticos) exercem entre si fascina muito nosso imaginário. É comum as pessoas associarem uma “certa influência magnética” a forças ou fenômenos que desconhecem. Albert Einstein (1879-1955) conta em suas notas autobiográficas que, quando tinha entre 4 ou 5 anos de idade, após se recuperar de uma enfermidade, ganhou do seu pai uma bússola e esse objeto o fascinou. Ele não compreendia como a agulha mudava de posição se nada estava encostando nela. O episódio foi considerado por ele determinante para estimular sua curiosidade científica.

Movimento dos elétrons
A origem do magnetismo está associada ao movimento dos elétrons ao redor do núcleo atômico. Quando os elétrons realizam esse movimento, associamos a eles uma propriedade conhecida como momento angular, que podemos entender como o produto da sua quantidade de movimento pela distância entre eles e o núcleo. Apenas para comparação, imagine uma bailarina girando em torno de si com os braços abertos: quando ela os encolhe, passa a girar mais rapidamente para que o momento angular permaneça constante.

Os elétrons possuem ainda uma outra característica, chamada de spin O spin é uma propriedade que todas as partículas que compõem a matéria possuem. Em inglês, essa palavra significa “rodopio”. Poderíamos imaginar que partículas, como elétrons, têm rotação. Contudo, como foi demonstrado pela mecânica quântica, um elétron (ou qualquer outra partícula elementar do átomo) não pode ser descrito apenas como partícula, pois também se comporta como se fosse uma onda.

De fato, o spin é uma propriedade que não se compara com nada que existe em nossa volta. Ele está associado com a maneira que os elétrons ocupam os níveis de energia no átomo. Um elétron pode ter o spin “up” (para cima) ou “down” (para baixo). Essa nomenclatura é apenas para diferenciar duas situações. Nos átomos não existe “para cima” ou “para baixo”. As propriedades magnéticas surgem então da combinação do momento angular e do spin do elétron.

Gravação magnética

Embora o magnetismo nos faça lembrar principalmente da bússola ou dos ímãs que colocamos na geladeira para prender pequenos recados, ele tem um impacto muito maior. Praticamente todas as informações atualmente disponíveis estão gravadas de maneira magnética. Os computadores armazenam centenas de gigabytes de informação em seus discos rígidos por meio do processo de gravação magnética.

A gravação de cada informação é feita por meio da aplicação de campos magnéticos sobre o material que compõe os discos rígidos. As informações são gravadas na forma de um código binário, como uma seqüência de “0” e “1”. Pode-se representar, por exemplo, o “0” como um pequeno ímã com o pólo norte apontando para cima ou o “1” com o pólo apontando para baixo.

Com o conhecimento mais profundo dos mecanismos responsáveis pelos fenômenos magnéticos da matéria e os avanços na produção de materiais na escala atômica, tornou-se possível construir artificialmente novos materiais que apresentam propriedades magnéticas inusitadas. Um dos grandes avanços alcançados nessa área ocorreu a partir da observação de um novo fenômeno físico chamado de magnetorresistência gigante, descoberto em 1988, com a participação de um pesquisador brasileiro, o professor Mario Baibich, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Naquela época, ele trabalhava em um laboratório francês em Orsay, na região parisiense, liderado pelo professor Albert Fert. Praticamente na mesma época, o físico alemão Peter Grünberg observou efeito semelhante.

Magnetorresistência gigante

A magnetorresistência gigante ocorre quando se produzem finas camadas de átomos de apenas alguns nanômetros (um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro) alternando-se materiais magnéticos e não magnéticos. Dependendo de quanto as camadas magnéticas estiverem separadas, elas podem ficar com uma orientação paralela (ambas com os pólos norte-sul na mesma direção) ou antiparalelas (com cada camada com orientações opostas).

Nessa segunda situação, se passarmos uma corrente elétrica pelo material, poderemos observar que este oferece uma determinada resistência à passagem da corrente. Quando se aplica um campo magnético à camada que está orientada na direção oposta, seus pólos se invertem para se alinhar na direção em que o campo magnético está aplicado. Quando isso ocorre, a resistência à passagem da corrente elétrica deste material pode variar até dezenas de vezes. Dessa maneira, um material construído dessa forma particular pode ser utilizado como um sensor magnético muito preciso.

Desde meados da década de 1990 os computadores utilizam esse tipo de dispositivo em seus discos rígidos. Isso permitiu que as capacidades dos discos rígidos, que eram da ordem de 1 ou 2 gigabytes , fosse aumentada para 200 gigabytes , como podemos encontrar nos computadores pessoais atualmente. Antes disso, a tecnologia utilizada era a de enrolamento de fios na forma de uma bobina de transformação. Essa configuração não podia ser miniaturizada como se consegue com os dispositivos magnetorresistivos.

A grande importância dessa descoberta foi reconhecida na semana passada pela Academia de Ciências da Suécia, que agraciou Albert Fert e Peter Grünberg com o prêmio Nobel de Física deste ano. Talvez não tenha havido em toda a história da ciência outra descoberta de um fenômeno físico que se tivesse transformado tão rapidamente em uma aplicação tecnológica de grande importância. O magnetismo é um ramo fascinante da física, que sem dúvida ainda atrairá muitos interesses.

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A coluna Física sem Mistério é publicada na terceira sexta-feira do mês pelo físico Adilson J. A. de Oliveira, professor da UFSCar

quinta-feira, 18 de outubro de 2007

A estupidez de um ganhador do prêmio Nobel

Nessa época, todos os anos, a Academia de Ciências da Suécia divulga os ganhadores do Prêmio Nobel, e costuma aparecer em todas os jornais e televisões. Receber esse prêmio coloca os ganhadores em uma galeria que é preenchida pelas maiores mentes da humanidade nos últimos 100 anos, como Einstein, Bohr, Feymann só para citar os de Física.

Entretanto, ganhar tal prêmio não dá o direito do ganhador achar que tem a visão mais ampla e clara do que todos.

Hoje na Folha de S. Paulo há uma matéria referente a chocante declaração do biólogo James Watson, ganhador do prêmio Nobel pela descoberta da estrutura do DNA, sobre a sua visão que os africanos (e os seus descendentes) são menos inteligentes que os europeus. Nas palavras do "ilustre" cientista:

"Todas as nossas políticas sociais são baseadas no fato de que a inteligência deles [dos negros] é igual à nossa, apesar de todos os testes dizerem que não", afirmou o cientista. "Pessoas que já lidaram com empregados negros não acreditam que isso [a igualdade de inteligência] seja verdade."

Tal declaração não tem a base científica que ele alega. Além disso há todo um contexto social, cultural da brutal exploração que as pessoas daquele continente sofreram ao longo de séculos. Ser o fundador da Biologia Molecular não dá o direito de afirmar tal coisa, pois a inteligência vai muito além dos genes. Realmente é uma visão simplista (e idiota) demais. Ele passou do limite com essa afirmação.

Uma pergunta: uma declaração como essa não seria crime até aqui no Brasil, com prisão sem direito a fiança?


terça-feira, 9 de outubro de 2007

Saiu o Prêmio Nobel de Física de 2007 - Spintrônica

A Academia de Ciências da Suécia divulgou hoje os ganhadores do prêmio Nobel de Física. Foram os físicos francês Albert Fert e o alemão Peter Grünberg pela descoberta do efeito da magnetorresistência gigante, descoberto, de maneira independente, pelo grupo desses pesquisadores. Essa descoberta permitiu o desenvolvimento de hard disks mais compactos que puderam revolucionar a informática. De fato, esse trabalho deu o grande impulso para a Spintrônica - a eletrônica de spins, que é um novo campo que utiliza não somente a carga do elétron, mas também o spin para controlar e manipular informações.

Essa descoberta desse fenômeno se transformou em aplicação tecnológica em uma escala de 5 anos. Talvez não aconteceu algo antes tão rapidamente na Física.

O destaque importante é que o primeiro autor do artigo de 1988 (Phys. Rev. Lett. 61, 1988, 2472) é o físico brasileiro que trabalha na UFRGS, o Prof. Mario Baibich, que observou o fenômeno pela primeira vez.

É importante destacar que inúmeros pesquisadores brasileiros trabalharam (e trabalham) diretamente com Prof. Fert, como o Prof. Dante Homero Mosca, da Universidade Federal do Paraná e o Prof. Luiz Fernando Schelp, da Universidade Federal de Santa Maria.

O meu grupo de pesquisa da UFSCar, o Grupo de Supercondutividade e Magnetismo, mantém intercâmbio com esse grupo francês, onde um de nossos alunos estagiou (Dr. José Varlda) por mais de um ano.

quinta-feira, 4 de outubro de 2007

Está no ar a 8a. Edição da ClickCiência


A nova edição da ClickCiência traz matérias referentes a retomada da energia nuclear como fonte para geração de energia elétrica, principalmente no Brasil. Há uma entrevista exclusiva com o físico José Goldemberg e mais a opinião de diversos especialistas. Vejam o editorial desse mês.


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A energia elétrica está tão presente em nosso dia-a-dia que não dá nem para imaginar como seria passar alguns dias sem ela. Mas além da tomada, onde são ligados aqueles aparelhos mais indispensáveis da nossa casa ou escritório, há um mundo que vive em constante adaptação. A esse mundo pertencem as empresas de produção e distribuição de energia. Nele há uma constante: a necessidade de ampliar a produção de energia elétrica. Se essa constante falhar, podemos ficar sem energia.

Na oitava edição da revista digital Click Ciência, abordamos as perspectivas de crescimento do consumo de energia no Brasil e quais as ações necessárias para suprir essa demanda. Nesta edição, voltamos nossa atenção para a energia nuclear e o seu papel dentre as demais fontes de energia que compõem a matriz energética brasileira. Entrevistas com alguns pesquisadores e leituras de materiais já publicados na Internet, e citados nos textos, possibilitaram levantar algumas questões relacionadas aos prós e contras da energia nuclear.

Ao longo dos textos que compõem as reportagens abordamos a posição da energia nuclear no Sistema Interligado Nacional. Também abordamos a questão do combustível, o urânio, no Brasil, bem como o enriquecimento deste mineral para que ele possa ser utilizado como combustível para as usinas nucleares.

Em “Ainda bem que o consumo vai aumentar” uma análise sobre o aumento do consumo energético e o aquecimento global. Nesse texto fazemos uma análise de como os especialistas do setor pensam o desenvolvimento e as questões de sustentabilidade.

Em “Nem todo rejeito é lixo” abordamos as preocupações relacionadas aos rejeitos gerados pelas usinas nucleares, uma questão que recebe bastante atenção, já que os rejeitos são altamente radioativos. Você também saberá um pouco mais sobre os reatores nucleares na seção Reportagens.

Entrevistamos José Goldemberg, consultor do Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento e autor de trabalhos técnicos e livros sobre Física Nuclear, Energia e Meio Ambiente. Goldemberg é autor de livro na área de energia nuclear e escreve sobre o assunto para diversas revistas. Na entrevista para a Click Ciência, ele nos fala sobre a energia nuclear no Brasil, suas vantagens e desvantagens.

Na seção artigos, José Antônio Batista de Souza e Adonis Marcelo Saliba Silva, pesquisadores do Centro de Combustível Nuclear (CCN) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN/CNEN – SP, explicam o processo de enriquecimento do urânio. Ao final do artigo eles comentam a questão do enriquecimento no País.

Adilson de Oliveira nos descreve um fenômeno natural que está diretamente relacionado à energia: as perdas na transformação da energia. Isso ocorre porque no processo de conversão, por exemplo, de energia mecânica em elétrica (o que ocorre nas turbinas das hidrelétricas), parte dela irremediavelmente é convertida em energia que não consegue se aproveitar. “Estamos condenados a sempre poluir o nosso mundo. O importante é conseguirmos minimizar esses efeitos”.

Márcia Tait traz uma discussão sobre a complexidade que envolve a adoção da tecnologia nuclear. A colunista da Click Ciência faz uma reflexão que não se limita ao uso militar da energia nuclear, mas a influência política para o seu uso como aparato militar. A autora descreve alguns episódios recentes que remeteram a utilização do “poder e autoritarismo” embutidos na tecnologia nuclear em escala global.

Roberto Baronas nos escreve sobre as relações entre língua e sociedade. “Alguns estudiosos do assunto chegam a asseverar que as línguas são o espelho, o reflexo, uma espécie de extensão, de efeito das estruturas sociais ou culturais”. Para ele, pensar que uma certa preponderância do sexo masculino no sistema lingüístico possa significar uma discriminação, é uma interpretação equivocada.

Na resenha desta edição, um filme e um livro que tratam do tema. O filme, uma mistura de ficção e documentário, é o "Césio 137 - O Pesadelo de Goiânia". A obra foi escrita e dirigida pelo cineasta baiano Roberto Pires e mostra o que a falta de informação e o abandono do lixo hospitalar causaram: um dos piores acidentes radiológicos com Césio 137 já ocorrido. O livro é o “Fogo dos Deuses”. Uma obra que perpassa pelos 2.600 anos da história do átomo, mencionando tanto os usos pacíficos quanto os usos militares da energia nuclear.

A equipe da revista Click Ciência abordou o tema desta edição com um cuidado especial, já que energia nuclear causa tanta polêmica. Esperamos ter acertado na abordagem, e contamos com a participação de vocês, que, caso tenham dúvidas, sugestões e críticas, podem nos escrever. Boa leitura!

50 Anos do Sputnik


Como já foi veiculado em muitos meios de comunicação, hoje faz 50 anos que foi colocado em órbita o primeiro satélite artificial. Desde daquela época milhares desses artefatos foram colocados para orbitar não somente o nosso planeta, mas outros do sistema solar. A ida ao espaço é uma das maiores aventuras humanas. Entretanto, é interessante lembrar que fomos ao espaço por causa das nossas razões belicosas. Lançar o Sputnik foi um ato dos soviéticos para mostrar para todo mundo, principalmente aos americanos, que eles eram capazes de produzir mísseis intercontinentais, capazes de lançar armas nucleares em qualquer ponto do planeta. A chegada dos americanos na Lua em 1969 foi outra dessas demonstrações.

É claro que a corrida espacial trouxe muito retorno do ponto científico, mas sempre o motor importante foi a sua aplicação militar, principalmente àquela voltada para as expedições com seres humanos. A tentativa de chegar em Marte poderá ser mais uma dessas investidas.

Talvez um dia a humanidade olhe para estrelas com pensando em um futuro de paz. Que a curiosidade seja o principal motor e não a incrível tendência humana de buscar o poder.