BÖLÜM 1: KAVRAMSAL VE KURAMSAL ARKA PLAN
2.6. Türk Sosyolojisinin Bugünkü Durumu
Na Fig. A.2 mostra-se a montagem experimental utilizada, que consiste basicamente de um corpo quente (colocado dentro de um forno com temperatura ajustável até 1100 K), um corpo frio (absorvedor de microondas imerso em nitrogênio líquido), o radiômetro de varredura (descrito no Capítulo 4) e as lâminas de material dielétrico (vidro e quartzo fundido com espessuras de 12,0 mm e 7,7 mm respectivamente). As lâminas são colocadas perpendicularmente ao eixo ótico da antena. Para o corpo quente utiliza-se uma placa de tijolo cerâmico colocado dentro do forno previamente aquecido. A temperatura dentro do forno é controlada por um termopar instalado na superfície do corpo negro quente. O sistema de controle de temperatura é do tipo Liga/Desliga. A posição da antena é ajustada de forma que a cintura do feixe gaussiano (com largura de ≈ 2 cm) se situe sobre a
154
superfície do corpo negro quente. Isso é feito de forma a reduzir-se a área observada pela antena e para garantir que a temperatura da região observada pela antena seja uniforme. Um fluxo de ar, originado por ventilador, é direcionado para a superfície da amostra de forma a prevenir seu aquecimento. A temperatura na superfície da amostra é verificada permanentemente por um termopar instalado sobre a superfície da mesma.
Para o corpo negro frio utiliza-se um absorvedor de microondas (Eccosorb®), dentro de um recipiente de isopor (material não absorvedor de microondas) preenchido com nitrogênio líquido.
Fig. A.2: Montagem experimental usada para as medidas da intensidade da radiação originada de um corpo quente/frio, para a obtenção das curvas do fator (1 )2
r e−τ
− correspondente às placas de quartzo fundido e do vidro.
As quantidades necessárias para determinar-se (1 )2
r e−τ
− na eq. (A.3), i.e. , , e , são mostradas na Fig. A.3, em função da freqüência.
Q
I IF
D Q
155
Fig. A.3: Tensão na saída do radiômetro para os corpos quente e frio, sem o dielétrico (Q e F) e com o dielétrico (Q+D, F+D).
Introduzindo as medidas experimentais , , e na eq. (A.3), obtêm-se a curva de
D Q
I + IF+D IQ IF 2
(1−r e) −τ para o meio dielétrico. Na Fig. A.4 mostra-se a curva para o quartzo fundido, na faixa de freqüência de 52 a 85 GHz. As temperaturas para os corpos quente e frio (tijolo aquecido e absorvedor de microondas, respectivamente) usados nestes experimentos foram de 583 K e 77 K, respectivamente. A temperatura na superfície da amostra de quartzo fundido foi de 298 K, e mantida constante durante os experimentos.
156
Fig. A.4: Curva do fator (1 )2
r e−τ
− para a placa de quartzo fundido (espessura d = 7,7 mm) obtida a partir dos resultados mostrados na Fig A.3.
O comportamento senoidal observado na curva de transmissão para o quartzo fundido é devido ao efeito Fabry-Perot, resultante das múltiplas reflexões dos raios nas superfícies paralelas do dielétrico. Esse efeito fica visível devido ao baixo coeficiente de absorção desse material. A relação entre a intensidade do feixe transmitido, It, e a intensidade incidente, Ii, é dada pela relação de Airy [Hec74]:
2 2 2 2 1 4 1 si (1 ) 2 t i I r I r n δ = + − , (A.4)
no qual o fator δ é dado por [Hec74]:
c
nfd θ
π
157
sendo θ o ângulo de incidência na lâmina e f a freqüência da onda.A intensidade do sinal transmitido é máxima (It / Ii = 1) para δ = 0, 2π, 4π.
Na Fig. A.5 mostra-se uma curva média obtida a partir de seis medidas independentes para uma placa de quartzo fundido com 7,7 mm de espessura. Um bom ajuste para o período de oscilação é obtido entre a curva experimental e a teórica (curva tracejada utilizamos a expressão A.4) quando se toma o índice de refração n = 1,95.
Fig. A.5: Curva de transmissão teórica (curva tracejada) obtida a partir da eq. (A.4) com um índice de refração n = 1,95. A espessura da lâmina é d = 7,7 mm. As curvas de transmissão, obtidas para a placa de quartzo fundido, são determinadas utilizando a eq. (A.3). A curva experimental mostrada é uma média de seis medidas.
Para um meio homogêneo, a profundidade ótica é dada por:
d
ρ
158
e o coeficiente de absorção do dielétrico, ρ, pode ser obtido pela expressão [Goe83]:
δ ε π ρ 2 1 tan c f = , (A.7)
onde ε1 é a parte real da constante dielétrica, ε=ε1+iε2, e tanδ é a tangente das perdas do material dielétrico.
Da Fig. A.5 tem-se que ∆1 ≈ 0,07 e ∆2 ≈ 0,05, valores que permitem obter uma estimativa do coeficiente de absorção da lâmina de quartzo fundido (ρ ≈ 8 m-1). Por outro
lado, usando-se os valores ε1 = 3,64 e tanδ = 4.10-3 (correspondentes a λ = 5.10-3 m e temperatura entre 20 e 25 oC) dados na literatura [Leb73], obtém-se para o coeficiente de absorção ρ ≈ 9.6 m-1. Finalmente da eq. (A.6) obtem-se que τ ≈ 9,6.10-3 (com d = 7,7 mm)
e, conseqüentemente, tem-se que ≈ 7,2% da energia incidente é absorvida pelo material. Utilizando o mesmo método acima descrito, a seguir é determinado o fator 2
(1−r e) −τ para a janela de vidro utilizado na janela de diagnóstico do tokamak TCABR (espessura de 12,0 mm, faces paralelas). Na Fig. A.6 mostra-se a curva de transmissão média para a placa de vidro obtida a partir de cinco conjuntos de medidas independentes. As temperaturas usadas nestes experimentos foram de 930 K (corpo quente) e 77 K para o absorvedor de microondas imerso em nitrogênio liquido (corpo frio). A temperatura na superfície da placa de vidro foi mantida constante (297 K).
159
Fig. A.6: Curva de transmissão experimental do vidro (com espessura d = 12,0 mm) obtida a partir de cinco conjuntos de medidas independentes.
Da Fig. A.6 observa-se que o coeficiente de transmissão para a placa de vidro diminui com o aumento da freqüência. Devido ao alto coeficiente de absorção do vidro, o efeito Fabry-Perot não foi observado para a placa de vidro.
A partir dos resultados da Fig. A.6 pode-se obter o coeficiente de absorção, desde que tenhamos o índice de refração do meio. Tomando n ≈ 1,5, obtêm-se a seguinte
expressão para o coeficiente de absorção do vidro (em m-1) em função da freqüência (em
GHz): 6 , 7 4 10 . 5 , 9 5 , 92 ) (f = + − ef ρ . (A.8)
Para comparação, partindo-se da eq. (A.7) e dos valores ε1 = 5,3 e tan(δ) = 1,22.10-2 (para o vidro C49-2 na freqüência f = 60 GHz) obtidos na literatura [Leb73], obteve-se um coeficiente de absorção ρ≈ 80 m-1. Utilizando a equação (A.8) para f = 60 GHz, tem-se para ρ≈ 95 m-1.
O principal resultado do método aqui apresentado, foi que este permite obter as curvas de transmissão para as janelas de diagnóstico usadas no TCABR, para a banda de
160
freqüências do radiômetro de EEC. O mesmo método poderá ser usado para outros materiais dielétricos usualmente utilizados nas janelas de diagnóstico de máquinas tokamak.
Além disso, os resultados obtidos para o vidro foram importantes para a calibração completa do radiômetro de EEC. Seria interessante dar continuidade a este trabalho obtendo-se a dependência com a freqüência do índice de refração, o que permitirá obter de forma mais precisa a dependência com a freqüência do coeficiente de absorção.