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Professor de Física da EE Zuleika de Barros

segunda-feira, 28 de março de 2011

Camada de Ozônio

A camada de ozônio é uma "capa" de gás que envolve a Terra e a protege de várias radiações, sendo que a principal delas, a radiação ultravioleta, é a principal causadora de câncer de pele. Devido ao desenvolvimento industrial, passaram a ser utilizados produtos que emitem clorofluorcarbono , um gás que ao atingir a camada de ozônio destrói as moléculas que a formam (O3), causando assim a destruição dessa camada da atmosfera. Sem essa camada, a incidência de raios ultravioletas nocivos à Terra fica sensivelmente maior, aumentando as chances do câncer.
Nas últimas décadas tentou-se evitar ao máximo a utilização do clorofluorcarbono e, mesmo assim, o buraco na camada de ozônio continua aumentando, preocupando a população mundial. As tentativas de se diminuir a produção do clorofluorcarbono , devido à dificuldade de se substituir esse gás, principalmente nos refrigeradores, fez com que o buraco continuasse aumentando, prejudicando cada vez mais a humanidade. De qualquer forma, temos que evitar ao máximo a utilização desse gás, para que possamos garantir a sobrevivência de nossa espécie.

O buraco
A região mais afetada pela destruição da camada de ozônio é a Antártida. Nessa região, principalmente no mês de setembro, quase a metade da concentração de ozônio é misteriosamente sugada da atmosfera. Esse fenômeno deixa à mercê dos raios ultravioletas uma área de 31 milhões de quilômetros quadrados, maior que toda a América do Sul, ou 15% da superfície do planeta. Nas demais áreas do planeta, a diminuição da camada de ozônio também é sensível; de 3 a 7% do ozônio que a compunha já foi destruído pelo homem.

O que são os raios ultravioleta
Raios ultravioletas são ondas semelhantes a ondas luminosas, as quais se encontram exatamente acima do extremo violeta do espectro da luz visível. 

A reação
As moléculas de clorofluorcarbono, passam intactas pela troposfera, que é a parte da atmosfera que vai da superfície até uma altitude média de 10.000 metros. Em seguida essas moléculas atingem a estratosfera, onde os raios ultravioletas do sol aparecem em maior quantidade. Esses raios quebram as partículas de clorofluorcarbono liberando o átomo de cloro. Este átomo, então, rompe a molécula de ozônio, formando monóxido de cloro e oxigênio.
A reação tem continuidade e logo o átomo de cloro libera o de oxigênio que se liga a um átomo de oxigênio de outra molécula de ozônio, e o átomo de cloro passa a destruir outra molécula de ozônio, criando uma reação em cadeia.
Por outro lado, existe a reação que beneficia a camada de ozônio: Quando a luz solar atua sobre óxidos de nitrogênio, estes podem reagir liberando os átomos de oxigênio, que se combinam e produzem ozônio. Estes óxidos de nitrogênio são produzidos continuamente pelos veículos automotores, resultado da queima de combustíveis fósseis. Infelizmente, a produção de clorofluorcarbono, mesmo sendo menor que a de óxidos de nitrogênio, consegue, devido à reação em cadeia já explicada, destruir um número bem maior de moléculas de ozônio que as produzidas pelos automóveis.

Porque na Antártida
Em todo o mundo as massas de ar circulam, sendo que um poluente lançado no Brasil pode atingir a Europa devido a correntes de convecção. Na Antártida, devido ao rigoroso inverno de seis meses, essa circulação de ar não ocorre e, assim, formam-se círculos de convecção exclusivos daquela área. Os poluentes atraídos durante o verão permanecem na Antártida até a época de subirem para a estratosfera. Ao chegar o verão, os primeiros raios de sol quebram as moléculas de clorofluorcarbono encontradas nessa área, iniciando a reação. Foi constatado que na atmosfera da Antártida, a concentração de monóxido de cloro é cem vezes maior que em qualquer outra parte do mundo.

No Brasil ainda há pouco com que se preocupar
No Brasil, a camada de ozônio ainda não perdeu 5% do seu tamanho original, de acordo com os instrumentos medidores do Instituto de Pesquisas Espaciais. O instituto acompanha a movimentação do gás na atmosfera desde 1978 e até hoje não detectou nenhuma variação significante, provavelmente pela pouca produção de clorofluorcarbono no Brasil em comparação com os países de primeiro mundo. No Brasil apenas 5% dos aerossóis utilizam clorofluorcarbono, já que uma mistura de butano e propano é significativamente mais barata, funcionando perfeitamente em substituição ao clorofluorcarbono.

Os males
A principal conseqüência da destruição da camada de ozônio será o grande aumento da incidência de câncer de pele, desde que os raios ultravioletas são mutagênicos. Além disso, existe a hipótese segundo a qual a destruição da camada de ozônio pode causar desequilíbrio no clima, resultando no efeito estufa, o que causaria o descongelamento das geleiras polares e conseqüente inundação de muitos territórios que atualmente se encontram em condições de habitação. De qualquer forma, a maior preocupação dos cientistas é mesmo com o câncer de pele, cuja incidência vem aumentando nos últimos vinte anos. Cada vez mais aconselha-se a evitar o sol nas horas em que esteja muito forte, assim como a utilização de filtros solares, únicas maneiras de se prevenir e de se proteger a pele.


AS PERGUNTAS MAIS COMUNS SOBRE CAMADA DE OZÔNIO


1-O que é ozônio?
Ozônio é uma substância química natural da atmosfera terrestre. É um gás que se forma de 3 átomos de oxigênio atômico. Seu símbolo é O3.

2-O que é camada de ozônio?
A camada de ozônio é uma região da atmosfera terrestre, em torno de 25 a 30 km de altura, onde a concentração do gás ozônio é maior.

3-Qual a importância da camada de ozônio?
A camada de ozônio tem importância fundamental para a vida no planeta Terra. É ela que absorve a radiação UV-B do Sol, e assim não permite que esta radiação, prejudicial à vida, chegue até a superfície da Terra.

4-O que é radiação UV-B?
Radiação em geral é a energia que vem do Sol. Esta energia é distribuída em vários comprimentos de onda: desde o infra-vermelho até o ultra-violeta (UV), passando pelo visível, onde a energia é máxima. Na parte do UV, existe o UV-C,
que é totalmente absorvido na atmosfera terrestre; o UV-A, que não é absorvido
pela atmosfera; e o UV-B, que é absorvido pela camada de ozônio.

5-Porque a radiação UV-B é tão importante?
A radiação UV-B é responsável por inúmeras sequelas nos seres vivos. O câncer de pele é a doença mais citada pelos médicos. Mas tem efeitos indesejáveis também na visão, onde pode produzir catarata, e tem influência negativa no DNA das células, diminuindo as defesas naturais do organismo.

6-A camada de ozônio está diminuindo?
Sim, a camada de ozônio está sendo atacada por substâncias químicas produzidas pelo Homem moderno. Estas substâncias, sintetizadas em laboratório, são conhecidas pelo nome coletivo de CFC (cloro-fluor-carbonetos). Uma das componentes destas substâncias é o cloro, que ataca e destrói o ozônio na estratosfera.

7-O que é o Buraco na camada de ozônio?
O Buraco na Camada de ozônio é um fenômeno que só acontece na Antártica, isto é, na região do Polo Sul. É um fenômeno cíclico. É uma destruição violenta de ozônio na atmosfera, durante a primavera de cada ano, quando mais da metade da camada é destruída. Nestas ocasiões, a radiação UV-B aumenta muito. Por estar distante do Brasil, não nos afeta diretamente, embora tenha influências indiretas de interesse científico.

8-O UV-B está aumentando?
É um fato, registrado por medidas em vários locais do mundo, que a camada de
ozônio está diminuindo, numa taxa média anual de 4% por década. Como a camada é o único filtro natural protetor contra a radiação UV-B, esta radiação deve aumentar nos próximos anos. A radiação UV-B está sendo monitorada em todo o mundo, inclusive no Brasil pelo INPE. Ainda não há evidências concretas mostrando um aumento do UV-B nos últimos anos. Mas tudo leva a crer, teoricamente, de que a radiação UV-B deverá aumentar nos próximos anos.

9-É perigoso ficar no sol?
Não é perigoso ficar no sol, a não ser em casos exagerados. Existem hoje meios de se determinar para cada pessoa, o tempo que pode ficar exposto ao sol sem se queimar, e sem o risco de ter câncer de pele no futuro.

10-O que é o Índice de UV-B?
O índice de UV-B é um número, numa escala de 0 a 16, que indica a intensidade do sol num determinado instante, ou num determinado dia (valor máximo). É determinado, no Brasil, pelo INPE, e tem base numa rede de medidores de radiação UV-B espalhados no Brasil de modo a cobrir o país de maneira adequada.

11-Para que serve o ìndice de UV-B?
O índice de UV-B indica a intensidade do Sol na faixa do UV-B, e serve para orientar cada pessoa, dependendo de seu biotipo, quanto tempo pode ficar no Sol sem se queimar, isto é, quanto tempo, em minutos, pode ficar exposto à radiação UV-B com a sua própria resistência interna, sem prejudicar a sua saúde.

12-Como determinar o biotipo da pessoa?
Na questão relativa ao índice de UV-B, é mais fácil dividir a sensibilidade da pele humana da pessoa em quatro grupos. Cada pessoa pode facilmente identificar-se dentro de cada um deles. O mais sensível é o tipo A, que tem a pele muito branca; o mais resistente é o tipo D, aquele que tem a pele negra; além destes extremos há dois casos intermediários, o tipo B, que é o moreno claro; e o moreno escuro, tipo C.

13-Como achar os tempos de exposição permissíveis?
O tempo de exposição permissível ao Sol, sem queimar, foi determinado por médicos dermatologistas através de experiências com pessoas. Os valores em
minutos, para cada um dos biotipos, constam da tabela especial composta pelo Laboratório de ozônio do INPE.

14-Como aumentar os tempos para ficar no Sol?
O exame da Tabela de exposição mostra que os tempos que cada pessoa pode ficar ao Sol sem se queimar é relativamente pequeno, de alguns minutos. Mas é perfeitamente possível ficar mais tempo no Sol, com alguns cuidados que
protegerão adequadamente, como o uso do guarda-sol, de chapéu, camiseta, óculos, etc. No entanto, a maneira tecnologicamente mais correta de se proteger
do Sol nos nossos dias, é através do uso de protetores solares químicos, disponíveis no mercado, e produzidas por empresas competentes. Deve-se passar estes filtros solares mais de uma vez durante o banho de sol.

15-Quantas vezes aumenta a proteção com os filtros?
Os filtros solares normalmente vêm com uma indicação numérica, bem visível, estampada no frasco, por exemplo, 15. Este é o chamado fator de proteção. Ele
indica quantas vezes mais, em minutos, a pessoa pode ficar ao Sol, com total proteção. Assim, se a Tabela de exposição indica, para um certo índice de UV-B, que o tempo de exposição é de 5 minutos, com o protetor de fator 15, a pessoa poderá ficar 15X5=75 minutos ao Sol.

16-Qual o filtro solar que a pessoa deve usar?
Isto depende de quanto tempo pretende ficar ao Sol. Mas os fatores de proteção
mais altos, nem sempre são necessários. Como regra geral, deve-se recomendar o fator de proteção 15, que é muito eficaz, mais barato, e normalmente é suficiente para proteger o banhista médio. Para casos específicos, consulte o seu médico.

17-Nossos pais não se preocupavam tanto com o Sol, porque nós precisamos?
Por que o meio ambiente em que vivemos está mudando. A camada de ozônio está mudando. Nas próximas décadas mais ozônio vai ser destruído, e tudo leva a crer que o UV-B vai aumentar. Por isto é importante que todos tomem mais cuidado. É uma questão de saúde. Quem abusar vai sofrer as consequencias.

Radiação Solar

O Sol constitui cerca de 99,8% da massa total do Sistema Solar, sendo formado por dois elementos muito leves: hidrogénio e hélio. Ele apresenta-se como uma enorme esfera incandescente, com temperaturas de cerca de 6000 ºC à superfície e de vários milhões de graus Celsius no seu centro, temperaturas estas originadas pelas permanentes reações termonucleares, resultantes da conversão do hidrogénio em hélio. Como resultado das reações termonucleares, o Sol liberta para o espaço grandes quantidades de energia eletromagnética (energia radiante), a qual atinge a superfície do planeta Terra sob três formas principais:
-     42% sob a forma de radiações dentro do espetro do visível: luz
-     55% sob a forma de raios infravermelhos, dotados de grande poder calorífico.
-       3% sob a forma de raios ultravioletas, radiações de pequeno comprimento de onda, altamente energéticas.
Embora à Terra chegue apenas uma ínfima parte da energia emitida pelo Sol, e, dessa parte que chega, a maior percentagem seja devolvida para o espaço, devido a fenómenos de reflexão e refração atmosférica, o Sol é a fonte primária de energia do nosso planeta, constituindo-se como o suporte energético para toda a biosfera:
-     Os raios infravermelhos garantem o aquecimento da Terra, mantendo, conjuntamente com o efeito de estufa, a sua variação térmica diária dentro de valores aceitáveis pelas diversas formas de vida. A energia Solar permite que a Terra não seja um mundo gelado, como acontece com os planetas mais longínquos do Sistema Solar (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno e Plutão), onde as temperaturas são tão baixas que, elementos químicos que se apresentam no estado gasoso na Terra, aí estão no estado sólido. Sem a ação térmica dos infravermelhos não existiria água líquida na Terra (estaria congelada), condição essencial para a ocorrência de vida.
-    A radiação visível (luz) é a fonte primária de energia de todas as cadeias alimentares, já que os produtores utilizam a energia dos fotões (componentes corpusculares da luz) para obterem a energia de que necessitam durante o processo de fotossíntese, através do qual produzem matéria orgânica, usando apenas CO2 e água, que será depois consumida pelos herbívoros, dos quais se alimentarão os consumidores de ordens superiores. Como as plantas são os únicos elementos da biosfera capazes de sintetizarem matéria orgânica a partir de compostos inorgânicos, e, sendo a sua fonte energética a luz solar, facilmente se compreende porque é o Sol a fonte primária de energia da biosfera.
-     As radiações ultravioletas, altamente energéticas, constituir-se-iam como altamente prejudiciais à vida, dada a sua elevada capacidade de ionização (suficientemente forte para originar mutações genéticas e cancros de pele), caso não fossem refletidas, na sua quase totalidade, de volta para o espaço pela camada de ozono (O3), situada a cerca de 25Km de altitude, a qual funciona como um escudo natural contra este tipo de radiação.
A sucessão das estações do ano (logo, da variação anual de temperaturas) é devida à variação da distância da Terra ao Sol, logo, da quantidade de energia que chega à superfície do planeta e, juntamente com a sucessão dia/noite, é um dos principais fatores que permitem à maioria das espécies regular os seus relógios biológicos, ou seja, os seus ritmos de vida.
O Sol é ainda o responsável por inúmeros fenómenos meteorológicos, como os ventos, resultantes do aquecimento diferencial dos mares e continentes, assim como das várias zonas da Terra, em consequência do fenómeno de rotação.
O esgotamento das fontes de combustíveis fósseis, assim como a poluição gerada por estes, tem conduzido o homem à pesquisa de fontes de energia renováveis, não poluentes. Ora, sendo a energia solar não poluente, estando amplamente distribuída e em quantidades suficientes (a energia solar que a Terra recebe, por ano, tem um potencial energético cerca de dez vezes superior ao de todas as reservas conhecidas de combustíveis fósseis e de materiais radioativos, nomeadamente, urânio, é óbvio que poderá ser um substituto altamente viável.
A energia solar pode ser utilizada, pelo homem, de um modo direto (por exemplo, para aquecimento), ou, indiretamente, através da produção de eletricidade, graças à utilização de painéis coletores solares. A energia solar pode ainda considerar-se como a fonte de origem de outras formas de energia renováveis, como a energia eólica e das marés.

Atrito derruba Teoria do Calórico

Com o objetivo de testar a teoria do calórico, Rumford realizou várias experiências. Uma primeira desconfiança dessa teoria ele teve quando era Ministro da Guerra, na Baviera. Ao inspecionar a fabricação de canhões de bronze, observou que os blocos desse metal tornavam-se incandescentes à medida que a broca os perfurava; e mais ainda, que o bronze continuava a esquentar mesmo que a broca estivesse cega. Ora, segundo aquela teoria, o bronze esquentava-se ao receber o calórico da broca, uma vez que esta, quando afiada, não tinha capacidade de retê-lo, transferindo-o, portanto, ao canhão. Assim, como explicar que o canhão se esquentava mesmo quando a broca não apresentava mais fio? Convencido de que o calor era gerado devido à fricção, Rumford realizou a seguinte experiência. Mergulhou na água um canhão a ser perfurado, a fim de que o calor produzido pela broca passasse a esse líquido. Em seguida, atrelou uma parelha de cavalos ao eixo da broca, fazendo-a girar. Depois de mais de duas horas e meia girando com a broca, o movimento dos cavalos havia fervido a água da mesma maneira que a broca fizera ao perfurar o canhão. Em vista disso, em trabalhos publicados em 1798 (Philosophical Transactions of the Royal Society of London 88, p. 80) e 1799 (Philosophical Transactions of the Royal Society of London 89, p. 179), Rumford escreveu, em resumo, que: O calor é uma forma de movimento, e não tem peso. Conclusão semelhante a essa foi obtida pelo químico inglês Sir Humphry Davy (1778-1829) ao realizar, ainda em 1799 (Nicholson´s Journal 4, p. 395), experiências sobre a produção de calor por atrito.

quarta-feira, 2 de março de 2011

Qual a temperatura normal do corpo humano? Qual o nível máximo e mínimo que pode atingir?

O corpo humano não aguenta grandes variações em sua temperatura interna. Aos 42 ºC, apenas 5 acima do normal, as proteínas começam a cozinhar e todo o organismo entra em pane. Já o frio faz o metabolismo diminuir, mas não é tão fatal quanto o calor. O termômetro precisa descer até 20 ºC para acontecer uma parada cardíaca irreversível. Mas bem antes desses limites extremos o corpo já começa a reagir. "Com 40 ºC começa a chamada hipertermia (excesso de calor) e com 35 ºC a hipotermia (falta de calor)", diz o fisioterapeuta Sérgio Cravo, da Universidade Federal do Estado de São Paulo (Unifesp). Para evitar variações abruptas, o corpo dispõe de uma série de mecanismos para manter a temperatura interna constante, independentemente do clima. Para conter o calor, o principal mecanismo é a transpiração. O suor diminui a temperatura porque, para evaporar, ele retira calor da pele, refrescando-a.
Em ambientes úmidos, a transpiração evapora com mais dificuldade, por isso sentimos mais as temperaturas elevadas. Para enfrentar o frio, um dos truques do organismo é fazer a pessoa tremer, o que ajuda a produzir calor internamente. Mas é claro que em situações extremas esses mecanismos não funcionam. No livro A Vida no Limite - A Ciência da Sobrevivência, a fisiologista britânica Frances Ashcroft fala sobre a reação do corpo às temperaturas ambientais limites. Segundo ela, a marca de -29 ºC, que seria suportável com roupa apropriada, pode se tornar fatal se somada a um vento de 40 km/h, o que produziria uma sensação térmica equivalente a -66 ºC, o suficiente para congelar a carne em 30 segundos. Já no calor, o recorde de sobrevivência é de 20 minutos a 127 ºC, em ar seco.
No final das contas, a capacidade de resistência do corpo humano depende da temperatura externa, da umidade, do vento, do tempo de exposição ao meio ambiente e até do fato de a pessoa estar imersa na água. Como a água resfria rápido, basta alguém ficar imerso a cerca de 20 ºC para correr o risco de morrer.

Da febre ao calafrio

Organismo resiste mais à queda do que ao aumento da temperatura interna
42 ºC
O corpo está literalmente perto de cozinhar e o funcionamento dos órgãos e todo o metabolismo é afetado. A pessoa pode entrar em coma. A essa temperatura, não há mais garantias de que a vida possa ser salva
40 ºC
Aqui começa a hipertermia (excesso de calor). A perda de líquido e sais minerais causa tontura, náusea e vômito, confusão e perda de consciência. Nesse ponto, a pessoa pode até parar de suar, sinal de que está desidratada
38 ºC
Em estado febril, a pessoa começa a suar muito, sentir espasmos musculares e exaustão. O pulso fica fraco e podem ocorrer desmaios. A recomendação é evitar o sol, jogar água fria no corpo e tomar bebida gelada não alcoólica
36,5 a 37,5 ºC
Temperatura normal do corpo
35 ºC
Aqui começa a hipotermia, ou perda excessiva de calor. A pessoa sente calafrios, cansaço, apatia e perde um pouco de coordenação motora. O raciocínio fica lento e a capacidade de julgamento é afetada - a pessoa pode não cooperar com quem tenta ajudá-la
30 ºC
Neste patamar, o fluxo sanguíneo no cérebro diminui, causando confusão mental e problemas de raciocínio. A freqüência cardíaca pode chegar ao ritmo de apenas um ou dois batimentos por minuto, situação em que a pessoa parece estar morta
20 ºC
Conforme a temperatura corporal abaixa, o metabolismo diminui cada vez mais, até que o coração pára e a atividade cerebral cessa completamente. Um corpo com temperatura interna de 20 ºC não pode viver mais

Equação do balanço térmico do organismo:

M +- C +- H +- R – E = zero
Equação do balanço térmico
M = Metabolismo
O organismo libera calor na taxa de 20 a 500 kcal/hora
C = Condução
É o calor transferido entre o corpo e os objetos (vestimentas) através do contato físico direto. Normalmente é pequeno devido à baixa condutibilidade das vestimentas.
H = Convecção
É a troca de calor entre o corpo e os fluidos que o envolvem. Pode ser grande, dependendo da velocidade do ar em volta do corpo.
R = Radiação
É a troca de calor entre o corpo e os outros corpos materiais através de emissões radioativas.
E = Evaporação
É a perda de calor que acontece na mudança de fase da água pro vapor.
A evaporação depende da umidade do ar, uma vez que esta indica a quantidade de vapor que o ar pode receber. Depende também da velocidade do vento. Quanto mais seco o ar, mais fácil a evaporação. O movimento do ar auxilia a evaporação pois tira a camada saturada das proximidades da pele.


• M = calor gerado pelo metabolismo
• C = calor trocado por condução
• H = calor trocado por convecção
• R = calor trocado por radiação
• E = calor perdido por evaporação