Físicos criam dispositivo capaz de armazenar a luz

Agostinho Rosa - 30/07/2009

Esquema da garrafa ressonadora. A luz segue uma espiral ao longo do eixo da garrafa e oscila para trás e para a frente ao longo dos dois estreitamentos da fibra óptica. A linha vermelha indica a rota que a luz segue.

Pesquisadores da Universidade de Mainz, na Alemanha, realizaram um sonho longamente perseguido por físicos de todo o mundo: eles construíram uma armadilha de luz, um dispositivo que permite que a luz seja armazenada por longos períodos de tempo.

O dispositivo é inacreditavelmente simples e feito a partir de uma única fibra óptica, o que abre caminho para seu uso em um sem-número de aplicações, de dispositivos quânticos inovadores até as telecomunicações e os equipamentos eletrônicos portáteis.

Interface quântica entre luz e matéria

"Nós queremos usar esse microrressonador multifuncional para acoplar minúsculos campos de luz, consistindo de fótons individuais, com átomos individuais," explica o professor Arno Rauschenbeutel, coordenador da pesquisa.

Se o professor Arno e sua equipe puderem dar esse passo adicional, eles estarão criando um interface quântica entre a luz e matéria, um passo essencial para a viabilização da comunicação e da criptografia quânticas, além da realização do tão sonhado computador quântico.

Como armazenar a luz

Einstein demonstrou que a luz pode ser vista como uma partícula, formada por unidades discretas, chamadas fótons. Mas será que isso implica que ela poderia ser armazenada, na forma de "bolinhas de luz"?

Certamente que não. Simplesmente porque, no mundo quântico, onde se pode tratar a luz como uma partícula, as coisas se comportam de forma bem mais complicada, e partículas nem sempre são partículas, elas se transformam em ondas e ondas se comportam como partículas, enfim, nada é como no mundo macroscópico e a palavra estabilidade assume outros significados quando se trata de fenômenos quânticos.

Assim, se você estiver mesmo interessado em fabricar um "pote" para armazenar a luz, terá que lidar com ela da forma como a percebemos, como uma onda.

Esfera espelhada

Uma primeira solução poderia ser construir uma esfera totalmente espelhada, com um único furo microscópico por onde a luz pudesse ser injetada em seu interior. Se o espelho for perfeito, a luz que entrar pelo furo ficará refletindo de um lado para o outro indefinidamente. A única perda seria dos fótons que batessem exatamente na porta de entrada.

Mas não existem espelhos perfeitos. Os melhores deles, os mais perfeitos espelhos que se consegue fabricar hoje, perdem vários por cento da luz a cada reflexão. Como a luz é muito rápida - em apenas um segundo, ela dá sete voltas ao redor da Terra - ela vai refletir tantas vezes que será absorvida pelo espelho, gerando calor, antes mesmo que consigamos medir o quanto ainda resta dela lá dentro.

Microrressonadores

As coisas começam a melhorar um pouco quando tentamos construir nosso dispositivo armazenador de luz em escala microscópica. Quando construímos paredes reflexivas e conseguimos inserir a luz de forma controlada no interior do nosso dispositivo, temos o que se chama um microrressonador.

Só para antecipar um pouco as coisas, aqui saímos do nível teórico. Já existem microrressonadores de uso prático, sendo usados, por exemplo, nos diodos laser, que revolucionaram as telecomunicações e o armazenamento óptico de informações - lembre-se dos CDs e dos DVDs - ao longo dos últimos anos.

De volta aos espelhos

Mas então, pode-se perguntar, em nível microscópico, os espelhos são melhores? Não, mas a questão é que os microrressonadores não têm a intenção de armazenar a luz por longos períodos, como a nossa proposta original ao construir um pote de luz. Para eles, basta que a luz fique confinada por alguns milionésimos de segundo.

Lembre-se da velocidade da luz. Como ela é muito rápida, o número de reflexões por segundo no interior dos microrressonadores atinge alguns trilhões por segundo. Para guardarmos a luz por alguns milionésimos de segundo, cada 1 milhão de reflexões que ocorrer nesse período não poderá perder mais do que 1 milionésimo da energia da luz.

Isso não seria uma solução para o nosso pote de luz macroscópico, porque, como dissemos, os melhores espelhos perdem vários por cento da luz por reflexão. Fazendo os cálculos, vemos que um pote de luz macroscópico precisaria de espelhos 10 mil vezes mais eficientes do que os atuais para armazenar a luz por apenas um milionésimo de segundo.

Interação entre luz e matéria

Se já não tivéssemos dificuldades suficientes rumo ao nosso pote de luz, em escala quântica surge um outro problema. Durante o armazenamento, e em qualquer aplicação prática que se possa pensar, a nossa luz armazenada estará sempre entrando em contato com átomos.

Isto exige que a frequência da luz seja ajustada com extrema precisão para interagir com os átomos, o que significa que, além de construir um espelho perfeito, teremos que fazê-lo absolutamente puro, com um único elemento químico. E ainda assim poderemos armazenar luz de uma única frequência, ou seja, de uma única cor - a frequência da luz é o que surge para nossos olhos como cor.

Esse fenômeno pode ser melhor entendido comparando o efeito com a corda de um instrumento musical: a corda somente pode vibrar em frequências fixas determinadas pelo seu comprimento. De forma similar dá-se a interação entre cada tipo de átomo e cada frequência da luz.

Ficamos então com dois problemas: precisamos de um espelho bom o bastante e precisamos ajustar a frequência da luz armazenada em nosso pote com os átomos de que o pote será feito.

Dispositivo para armazenar luz

Esta era a situação com a qual os cientistas se defrontavam até agora.

Até que a equipe do professor Arno encontrasse, de uma só vez, a solução para os dois problemas. Eles construíram um microrressonador que combina todas propriedades que se possa querer em um pote de luz, isto é, um longo tempo de armazenamento e a possibilidade de ajuste para armazenar qualquer cor de luz; e com uma vantagem adicional: tudo contido em um dispositivo único e muito pequeno.

Então, aqui vai a receita dos cientistas alemães para construir um pote capaz de armazenar luz: pegue uma fibra óptica, aqueça-a até que ela possa ser esticada e então vá puxando as suas extremidades até que ela atinja um diâmetro de cerca de metade do diâmetro de um fio de cabelo humano. Pegue um laser e molde o centro da fibra afinada, construindo nela uma saliência, um bojo, parecido com uma bola de futebol americano.

E pronto. A luz que entrar em nosso pote de luz ficará refletindo continuamente na superfície da fibra óptica, viajando em uma rota espiral ao redor do eixo da fibra. Com isto, a luz não poderá escapar pelas extremidades da fibra, onde começa e onde acaba o nosso pote, porque o diâmetro da fibra reduz-se abaixo do seu comprimento de onda.

Garrafa ressonadora

Os pesquisadores não batizaram a sua armadilha de luz de "pote de luz". Eles a chamaram de garrafa ressonante, ou garrafa ressonadora, pela similaridade do dispositivo com a chamada garrafa magnética, na qual uma partícula se move entre os extremos de um campo magnético que é fraco no meio da garrafa e forte em suas extremidades, ficando aprisionada lá dentro.

O ajuste da garrafa ressonadora para que ela possa armazenar diferentes comprimentos de onda da luz é uma questão de puxar (ou, teoricamente, empurrar) as duas extremidades da fibra. A tensão mecânica altera o índice refrativo do cristal da fibra óptica, espichando ou encurtando o caminho da luz, o que determina qual comprimento de onda ficará preso lá dentro

Energia

LED com estrutura em série emite luz branca de alta qualidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/05/2009

LED orgânico produz luz branca de alta qualidade utilizando uma estrutura mais simples do que os LEDs de semicondutores.

Cientistas chineses divulgaram uma nova técnica para a fabricação de LEDs que os coloca mais próximos da utilização para iluminação em larga escala, em substituição às lâmpadas incandescentes e às lâmpadas fluorescentes compactas.

Eficiência energética

Os LEDs ("Light Emitting Diode"), ao contrário das atuais lâmpadas, são fontes de luz de estado sólido. Uma lâmpada incandescente transforma apenas 5% da energia que consome em luz. Uma lâmpada fluorescente compacta, ou PL, tida como de alta eficiência, aproxima-se dos 20%, mas à custa da utilização de vapor de mercúrio em seu interior.

Os LEDs, por seu lado, têm taxas de eficiência entre 30 e 50%, dependendo da tecnologia com que são fabricados, além de durarem dezenas de vezes mais do que as lâmpadas PL.

LED com estrutura em série

Um dos grandes entraves à utilização dos LEDs na iluminação é o fato de que eles são muito bons em gerar luzes coloridas. Para gerar a luz branca adequada à iluminação de ambientes é necessário empilhar os circuitos que geram luz vermelha, verde e azul, construindo um LED híbrido. Isso encarece a sua fabricação e diminui a eficiência do conjunto.

Agora os cientistas da Academia Chinesa de Ciências descobriram uma forma de construir uma estrutura em série, muito mais simples do que as atuais, e capaz de produzir até duas vezes mais luz do que um LED normal - o que equivale a dobrar sua eficiência energética, deixando as lâmpadas atuais ainda mais para trás quando o assunto é a economia de energia.

"Este trabalho é importante porque ele representa a realização da meta de produção de luz branca por meio de uma estrutura serial," diz Dongge Ma, coordenador da pesquisa.

Qualidade da luz branca

A produção de luz branca de alta qualidade é outro entrave a ser vencido pelos LEDs. Esta qualidade da luz é medida por um índice chamado CRI ("color-rendering index"), que estabelece um valor com base na capacidade de uma determinada fonte de luz em reproduzir a verdadeira cor do objeto que está sendo iluminado. Para uma luz de leitura, um CRI de 70 ou mais é considerado ótimo.

O novo LED em série é o primeiro a se aproximar dessa marca, produzindo uma luz branca com um CRI próximo de 70.

A outra vantagem do novo LED é que ele é feito de materiais orgânicos, à base de carbono - na prática o material é uma espécie de plástico - em vez dos materiais semicondutores muito mais caros, como o gálio. E a sua estrutura em série é muito mais simples de se fabricar do que a complicada superposição das camadas semicondutoras dos LEDs brancos atuais.

Para conhecer outros avanços importantes na fabricação dos LEDs, veja Criado novo LED de alto desempenho, LEDs orgânicos ganham 60% em eficiência e se aproximam da comercialização e LED emite luz branca comparável à luz do Sol.

Bibliografia:

Amigo tente ser mas breve hoje em dia ninguem quer ler muito.

Legal o que voce escreveu uma coisa nova.

check up´meu caro, sempre escrevi muito,

mm

mas isso ae foi copiado,

kkkkkkkkkkkkkkk,

mas espero q vc tenha gostado mesmo sendo coisa grande,

apenas estou aproveitando o tópico,

add ae o chat dos mecanicos do Brasil [email protected]

e seja bem vindo a trocar idéias da área automotiva

Energia

USP desenvolve técnica ultrarrápida para produzir biodiesel

Nilbberth Silva - 17/08/2009

Biodiesel em 30 minutos

Pesquisadores da USP desenvolveram uma técnica para transformar em biodiesel óleos vegetais já danificados pelo processo de fritura e a borra de soja, um resíduo da indústria de óleo alimentício.

A técnica reduz o tempo da reação química de 24 horas para 30 minutos e barateia o processo. O segredo foi usar um catalisador diferente na reação, feito com os metais cobre e vanádio.

Como é produzido o biodiesel

Para produzir biodiesel é necessário que haja a reação do óleo vegetal puro com álcool. "Mas a reação só acontece se houver um catalisador no recipiente. Essa substância é o cupido que junta o óleo com álcool e transforma-o em biodiesel e glicerina", compara Miguel Dabdoub, químico e professor da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) em cujo laboratório a técnica foi desenvolvida. "Depois da reação, é possível recuperar o catalisador"

Contudo, o catalisador utilizado comumente no Brasil é a soda cáustica, que não funciona muito bem para transformar óleos de fritura, óleos não-refinados em biodiesel. Esses tipos de óleo contém diferentes percentuais de ácidos graxos, que reagem com a soda e viram sabão. A outra porcentagem vira biodiesel. A borra de soja é o ácido graxo extraído de óleos vegetais e por isso também não pode ser transformada em biodiesel. A reação comum demora um dia inteiro para acontecer.

"Sabão não se utiliza em ônibus e caminhões", destaca Dabdoub. "Imagine uma fábrica média, que produza cerca de 100 milhões de litros de biodiesel por ano, com óleo residual de cozinha com 7% de ácidos graxos. Há uma perda de cerca de 7 milhões de litros, que viram sabão. Como o governo paga cerca de R$ 2,30 por litro de biodiesel atualmente, essa empresa teria R$ 16 milhões jogados fora todo ano. Esse dinheiro é suficiente para pagar a mudança de tecnologia".

Catalisador de vanádio e cobre

Os pesquisadores do Laboratório de Tecnologias Limpas (LADETEL), chefiados por Dabdoub, passaram dois anos tentando descobrir uma maneira de tornar esse processo mais barato, eficiente e rápido. Eles fizeram dezenas de reações no laboratório para descobrir os catalisadores, pressão, temperatura, proporções dos reagentes e concentração de álcool ideais para que a reação acontecesse.

A conclusão da pesquisa foi que a melhor maneira de produzir biodiesel a partir de óleo jogado fora é com um catalisador feito com os metais vanádio e cobre. "Ele não se dissolve no óleo e por isso pode ser recuperado facilmente no final da reação", explica Márcia Rampim, uma das pesquisadoras envolvidas no projeto . A nova reação também é muito eficiente. "Com 1 litro de óleo de cozinha, produzimos 1 litro de biodiesel e 100 ml de glicerina".

Biodiesel mais barato e menos danos ao meio ambiente

"No Brasil consome-se cerca de 19 litros per capita de óleo por ano, segundo a Associação Brasileira das Indústrias de Óleo Vegetal (ABIOVE)", calcula Dabdoub."Se considerarmos que 12 litros desse óleo não sejam absorvidos pelos alimentos, que é uma estimativa muito conservadora, são cerca de 7 litros de óleo por pessoa sendo jogados pela pia, indo pelo esgoto, impermeabilizando leitos de rios e contaminando lençóis freáticos e fontes de água, todo ano. Esse óleo e os resíduos da indústria de soja poderiam ser coletados e transformados em biodiesel. Muitas indústrias de alto porte poderiam ser movimentadas no Brasil somente com base no óleo residual. Diminuiríamos o uso de combustíveis derivados de petróleo e carvão mineral, que causam o efeito estufa".

Também ficaria mais barato produzir biodiesel, por que as industrias economizariam na matéria-prima. "Em vez de pagar cerca de R$ 2.080 por tonelada de óleo vegetal refinado, que é o preço dado pelas comercializadoras, poderei pagar cerca de R$ 550,00 por tonelada de óleo residual, que é o custo da coleta", garante o professor. "E as indústrias ainda poderiam economizar com os custos de remoção da borra de soja. Em 2007, segundo a ABIOVE, a indústria produziu 300 milhões de litros de borra de soja. Uma parte mínima é aproveitada."

É isso aí rei, você é o cara.

um abraço.