Constantes fundamentais da natureza estão prestes a mudar!!!

As constantes fundamentais da natureza são ajustadas a cada quatro anos, para incorporarem os avanços no conhecimento científico e nas tecnologias e precisões das medições. [Imagem: Mohr/Talbott/NIST]

Constantes fundamentais da natureza

A força eletromagnética ficou um pouco mais forte. A gravidade ficou um pouco mais fraca. E agora se conhece um pouco melhor o tamanho do menor "quantum" de energia.

Os novos valores das constantes fundamentais da natureza, recomendados internacionalmente, acabam de ser divulgados pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), dos Estados Unidos.

Mas não há motivos para pânico e nem para falsas expectativas: a sua geladeira não passará a grudar no ímã e nem você se sentirá mais leve por uma presumida "dieta da gravidade".

As constantes fundamentais da natureza, que vão de algumas bem famosas, como a velocidade da luz, até outras bem obscuras, como o deslocamento da frequência de Wien, são ajustadas a cada quatro anos, para incorporarem os avanços no conhecimento científico e nas tecnologias e precisões das medições.

Estes últimos valores chegam bem na hora, quando está para ser votado um plano para redefinir as unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI), como o quilograma e o ampere, exclusivamente em termos das constantes fundamentais.

Os valores são determinados pela Comissão de Dados para Ciência e Tecnologia (CODATA) - Força Tarefa sobre as Constantes Fundamentais.

Constante alfa

Embora os valores ajustados reflitam alguns desenvolvimentos científicos significativos ao longo dos últimos quatro anos, na maior parte dos casos a melhor notícia que se pode ter sobre o valor de uma constante fundamental é uma redução da incerteza - os cientistas passam a saber o valor com mais precisão.

A incerteza no valor da constante alfa, por exemplo (α = 7,297.352.5698 x 10^-3), que determina a intensidade da força eletromagnética, foi reduzida pela metade, chegando agora a 0,3 parte por bilhão (ppb).

Como a constante alfa pode ser medida em uma escala muito grande de fenômenos, a consistência das medições funciona como um barômetro da compreensão geral da física que os cientistas têm.

A constante alfa também será uma constante crítica depois de uma cada vez mais provável redefinição do SI: ela continuará a ser uma constante determinada experimentalmente, enquanto alguns outros valores serão fixados para definir as unidades de medida básicas.

Constante de Planck

A constante de Planck, h, que define o tamanho do menor "quantum" (pacote) de energia possível, e é central para os esforços de redefinição da unidade de massa do SI, também melhorou.

O último valor de h (6,626.069.57 x 10^-34 joule/segundo) leva em consideração uma medição do número de átomos em uma esfera de silício altamente enriquecido. Esse valor atualmente não coincide com o outro método fundamental para determinar h, conhecido como o watt-equilíbrio.

Mesmo assim, quando todos os valores são combinados, a incerteza global de h (44 ppb) é menor do que em 2006, e os valores das duas técnicas estão ficando mais próximos um do outro.

Diminuição da gravidade

Os novos valores também incorporam duas novas medições experimentais de G, a constante da gravitação de Newton, que determina a força da gravidade.

O último valor de G (6,673.84 x 10^-11 m³ kg^-1 s^-2) é cerca de 66 partes por milhão menor do que o valor de 2006.

Foram feitos outros ajustes em constantes como o raio do próton e outras constantes relacionadas aos átomos e gases, como as constantes molar e Rydberg

Inovação tecnológica!!!

Bill Gates quer reinventar o vaso sanitário!!!

Banheiro sem água e sem esgoto

A Fundação Bill & Melinda Gates anunciou que irá custear uma pesquisa para "reinventar a privada".

O objetivo do projeto é desenvolver novas tecnologias para o processamento de dejetos humanos sem qualquer ligação a linhas de água, energia ou esgoto.

Para Gates, a privada ideal para os países em desenvolvimento deve ser auto-sustentável, de custo acessível e sem ligações a linhas de energia, água ou esgoto, que quase nunca estão disponíveis nas condições em que o novo sanitário deverá ser utilizado.

Plasma de micro-ondas

A tarefa de reinventar o vaso sanitário caberá a um grupo de cientistas e engenheiros da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, sob a coordenação do professor Georgios Stefanidis.

"Vamos aplicar a tecnologia de micro-ondas para transformar os dejetos humanos em eletricidade. A partir desta inovação, pretendemos idealizar o design e construir um protótipo modular para um banheiro completo que satisfaça as urgentes necessidades do mundo em desenvolvimento," afirmou Stefanidis.

Inicialmente os dejetos humanos serão secos. Em seguida, os resíduos sólidos serão gaseificados utilizando plasma, criado por micro-ondas em um reator apropriado.

Este processo vai gerar o chamado gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2). O gás de síntese será então usado para alimentar um conjunto de células de combustível de óxidos sólidos (SOFC: solid oxide fuel cell) para a geração de eletricidade.

"Para que o processo seja energeticamente auto-suficiente, parte da eletricidade produzida será usada para ativar a gaseificação a plasma, enquanto o calor recuperado do fluxo de gás de síntese e dos gases de escape das células de combustível será usado para a secagem dos resíduos," explica o pesquisador.

Privada barata

Aproximadamente 2,6 bilhões de pessoas em todo o mundo não têm acesso ao saneamento básico. O impacto negativo dessa situação sobre a saúde dessas populações é enorme.

Para mudar esta situação, Bill Gates e sua esposa acreditam que a solução é reinventar o vaso sanitário.

E, como o projeto é voltado para atender às necessidades dos países em desenvolvimento, uma das exigências é que o banheiro sem água e sem esgoto possa ser construído a custos acessíveis.

Inovação tecnológica!!!

Cientistas descobrem super-átomo com escudo magnético!!!

O novo super-átomo (FeMg8) contém átomos magnetizados de magnésio e uma interessante seletividade quanto aos spins dos elétrons em sua camada externa. [Imagem: Victor Medel/VCU]

Uma equipe de cientistas da Universidade da Virgínia, nos Estados Unidos, descobriu uma nova classe de "super-átomos" com características magnéticas absolutamente incomuns.

Os super-átomos são um conjunto estável de átomos que podem imitar os diferentes elementos da tabela periódica.

Sua funcionalidade é tão promissora que os cientistas já falam em criar uma tabela periódica de super-átomos, formada por esses "elementos aglomerados".

Magnésio magnético

O novo super-átomo agora descoberto contém átomos magnetizados de magnésio, um elemento tradicionalmente considerado como não-magnético.

O caráter metálico do magnésio, juntamente com esse magnetismo implantado, tem potencial para ser usado em componentes eletrônicos moleculares para uma próxima geração de processadores mais rápidos, memórias magnéticas de maior capacidade e atécomputadores quânticos.

O magnetismo é implantado formando um aglomerado de oito átomos de magnésio e um átomo de ferro.

O super-átomo tem um momento magnético de quatro magnetons Bohr, o que é quase o dobro de um átomo de ferro em ímãs de ferro maciço. Embora a tabela periódica tenha mais de cem elementos, existem apenas nove elementos que apresentam caráter magnético em forma sólida.

Seletividade do spin

"A combinação dos atributos magnético e de condução é muito atraente. O magnésio é um bom condutor de eletricidade e, portanto, o superátomo combina os benefícios do caráter magnético juntamente com a facilidade de condução de energia através de sua camada exterior," disse ele.

Mas há algo mais no super-átomo, tão ou mais interessante do que seu magnetismo- condutividade: o elemento combinado apresenta uma seletividade quanto ao spin dos elétrons, permitir que elétrons com spins com uma orientação específica se distribuam ao redor do super-átomo.

"Uma combinação como a que nós criamos pode levar a avanços significativos na área da eletrônica molecular, onde esses dispositivos permitem que o fluxo de elétrons com a orientação de spin desejada para aplicações como os computadores quânticos. Espera-se que esses dispositivos moleculares também ajudem a tornar os dispositivos integrados mais densos," disse Jose Ulises Reveles, coautor da pesquisa.

Outra área natural de aplicação desses super-átomos e suas conchas magnéticas é na spintrônica, na qual o spin dos elétrons individuais substitui os fluxos de corrente para representar os 0s e 1s binários.

• Eletrônica molecular e spintrônica convergem em molécula orgânica

Elemento estável

"Um objetivo importante era descobrir qual a combinação de átomos levaria a uma espécie estável, já que combinamos várias unidades diferentes," conta Shiv Khanna, que coordenou a equipe.

Normalmente um átomo é mais estável quando sua camada externa de elétrons está completa e bem separada das camadas não completas, como ocorre com os gases inertes.

Khanna explica que esse fenômeno geralmente ocorre com elétrons emparelhados que são não-magnéticos, mas, neste estudo, o escudo magnético eletrônico mostrou estabilidade. Isto ocorreu porque a concha externa de elétrons do super-átomo ficou separada das camadas não totalmente preenchidas dos átomos individuais.

Em 2009, uma equipe internacional construiu um super-átomo magnético, mas usando césio, e sem as características de filtragem de spin verificadas agora.

• Superátomos viram a Tabela Periódica de cabeça para baixo

Bibliografia:

Hund's rule in superatoms with transition metal impurities
Victor M. Medel, Jose Ulises Reveles, Shiv N. Khanna, Vikas Chauhan, Prasenjit Sen, A. Welford Castleman
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1100129108

Inovação Tecnológica!!!

Brilho na ionosfera anuncia tsunami com uma hora de antecedência!!!

A linha vermelha representa a localização do tsunami ao nível do oceano no momento em que a imagem foi feita.[Imagem: Jonathan Makela]

Luminescência na ionosfera

Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo um cientista brasileiro, descobriu que pode ser possível detectar mais rapidamente um tsunami olhando para o ar do que para a água.

O grupo descobriu que a formação do tsunami gera uma "assinatura" característica na forma de uma leve luminescência, uma espécie de brilho, nas camadas mais altas da atmosfera.

A luminescência precede o tsunami em cerca de uma hora, sugerindo que a tecnologia poderá ser usada como um sistema de alerta complementar para a população.

Os pesquisadores usaram uma câmera especial em Maui, no Havaí, para captar a assinatura gerada pelo terremoto de 11 de Março, que gerou um tsunami que devastou grandes áreas de Japão.

A luminescência foi detectada a 250 quilômetros de altitude.

Ondas de grande amplitude

Tsunamis podem gerar ondas de amplitudes significativas na atmosfera superior - neste caso, gerando o brilho na camada de ar.

Conforme um tsunami se move através do oceano, ele produz ondas de gravidade atmosféricas, forçadas pelas ondulações na superfície do oceano, mesmo que estas tenham poucos centímetros de altura.

As ondas podem alcançar vários quilômetros de altitude, onde a atmosfera neutra coexiste com o plasma na ionosfera, causando perturbações que geram o brilho.

Os cientistas verificaram que as propriedades das ondas na alta atmosfera coincidiam com as medições do tsunami ao nível do mar, confirmando que o brilho foi originado pela onda gigante.

Céu claro e sorte

A observação confirma uma teoria desenvolvida na década de 1970, que propõe que a assinatura de tsunamis pode ser observada na atmosfera superior, especificamente na ionosfera. Mas, até agora, a teoria só havia sido demonstrada usando sinais de rádio transmitidos por satélites.

"Gerar uma imagem dessa resposta usando a luminescência é muito mais difícil porque a janela de oportunidade para fazer as observações é muito estreita," explica Jonathan Makela, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, nos Estados Unidos. "Nossa câmera estava no lugar certo, na hora certa."

Na noite do tsunami, as condições acima do Havaí estavam ótimas para permitir o registro da luminescência: eram quase 02:00 horas da madrugada, sem a lua e sem nuvens obstruindo a visão do céu noturno.

De cima para baixo

O grande inconveniente de usar o brilho da ionosfera como um sistema de alerta de tsunamis é que ele somente seria eficaz em noites de céu muito claro.

Os cientistas afirmam que a alternativa é colocar uma câmera especial a bordo de um satélite geoestacionário, que poderia monitorar continuamente grandes regiões oceânicas.

O estudo contou com a participação do pesquisador Alan Kherani, do Instituto Nacional de Pesquisais Espaciais (INPE).

Bibliografia:

Imaging and modeling the ionospheric airglow response over Hawaii to the tsunami generated by the Tohoku earthquake of 11 March 2011
J. J. Makela, P. Lognonné, H. Hébert, T. Gehrels, L. Rolland, S. Allgeyer, A. Kherani, G. Occhipinti, E. Astafyeva, P. Coïsson, A. Loevenbruck, E. Clévédé, M. C. Kelley, J. Lamouroux
Geophysical Research Letters
Vol.: 38, L00G02
DOI: 10.1029/2011GL047860

Inovação tecnológica!!!

Papel solar: células solares são impressas em papel!!!

Em uma das demonstrações, um avião de papel foi construído com a folha fotoelétrica e começou a gerar energia tão logo acabou de ser dobrado. [Imagem: MIT]

Fabricar células solares diretamente em papel ou tecido, de um modo simples e rápido.

Este é o objetivo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos.

Eles já construíram diversos protótipos funcionais, com alguns mantendo o funcionamento depois de diversos meses e muitas dobraduras.

Impressão de circuitos eletrônicos

Há uma forte tendência no sentido de trazer os circuitos eletrônicos para mais próximo ao que as pessoas usam no dia-a-dia, o que inclui sobretudo papel e e tecido das roupas, mas também plásticos, sobretudo folhas flexíveis, que possam ser enroladas e dobradas.

Antenas capazes de capturar a energia do ar e até umacaneta capaz de desenhar circuitos eletrônicos foram demonstrados nos últimos dias. Células solares impressas por jato de tinta também já foram demonstradas experimentalmente por diversos grupos.

Tudo isto está sendo possível graças ao desenvolvimento das chamadas tintas eletrônicas, que não são exatamente tintas, mas soluções de partículas capazes de desempenhar a função desejada.

Deposição de vapor

O trabalho do MIT é um pouco mais complexo do que a impressão jato de tinta ou laser, mas também está dando resultados mais robustos.

O processo de impressão usa vapor - e não líquidos ou pó - em um processo que ocorre em temperaturas abaixo de 120 ºC - uma temperatura bastante amena em comparação com a fabricação de uma célula solar fotovoltaica tradicional, que emprega temperaturas elevadas e elementos corrosivos.

O rendimento das células solares impressas ainda é baixo - em torno de 1% - mas suficiente para alimentar pequenos aparelhos portáteis e sensores ambientais. [Imagem: Patrick Gillooly/MIT]

Nessas condições mais amenas, é possível empregar materiais como papéis não tratados, tecidos ou plástico como substratos para imprimir as células.

São aplicadas cinco camadas de materiais, que são depositados sobre o papel em etapas sucessivas. Uma máscara, também feita de papel, é usada para formar os padrões das células solares.

O processo ainda exige uma câmara a vácuo, para evitar a contaminação por poeira ou outras impurezas, o que diminuiria o rendimento das células solares.

Papel fotoelétrico

Terminada a "impressão", basta ligar os eletrodos e colocar o "papel fotoelétrico" sob a luz para que ele comece a gerar energia.

Em uma das demonstrações, um avião de papel foi construído com a folha fotoelétrica e começou a gerar energia tão logo acabou de ser dobrado. Em outra, as células solares foram impressas sobre uma fina folha de plástico PET, que foi dobrada e desdobrada mil vezes, sem perder a funcionalidade.

O rendimento das células solares impressas ainda é baixo - em torno de 1% - mas suficiente para alimentar pequenos aparelhos portáteis e sensores ambientais. Os pesquisadores afirmam que estão trabalhando nesse quesito, ajustando os materiais aplicados na técnica de deposição por vapor para melhoria da eficiência.

"Nós demonstramos a robustez dessa tecnologia. Acreditamos que poderemos fabricar células solares em larga escala capazes de atingir desempenhos recordes em termos de watts por quilo [de material]," disse Vladimir Bulovic, um dos autores da pesquisa.

Bibliografia:


Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper
Miles C. Barr, Jill A. Rowehl, Richard R. Lunt, Jingjing Xu, Annie Wang, Christopher M. Boyce, Sung Gap Im, Vladimir Bulovic, Karen K. Gleason
Advanced Materials
8 JUL 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1002/adma.201101263

Inovação tecnológica!!!