Edward Appleton
Nascimento	6 de setembro de 1892 Bradford
Morte	21 de abril de 1965  (72 anos) Edimburgo
Sepultamento	Morningside Cemetery
Nacionalidade	ingles
Cidadania	Reino Unido
Conjuge	Helen Lennie Appleton
Filho(a)(s)	Rosalind Appleton-Collins
Alma mater	Universidade de Edimburgo St John's College Universidade de Cambridge
Ocupacao	fisico , astronomo , professor, pesquisador
Premios	Medalha Hughes (1933) , Guthrie Lecture (1942) , Medalha Faraday (1946) , Nobel de Fisica (1947) , Medalha Real (1950) , Medalha de Honra IEEE (1962) Medalha Appleton (1947) , Medalha de Ouro Kelvin (1962)
Empregador(a)	King's College de Londres , Universidade de Londres , Universidade de Cambridge
Orientador(a)(es/s)	Ernest Rutherford
Campo(s)	fisica
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Edward Victor Appleton , GBE , KCB ( Bradford , 6 de setembro de 1892 ? Edimburgo , 21 de abril de 1965 ) foi um fisico ingles .

Descobriu as camadas de particulas carregadas existentes na parte superior da atmosfera , hoje conhecida como ionosfera , que desempenha papel vital nas telecomunicacoes , refletindo sinais de longa distancia do radio . Em 1924 conseguiu provar a existencia da primeira camada ionosferica refletora ao lancar ondas de radio sobre ela (usando as primeiras qualidades do que hoje e chamado de radar ). A altura dessa camada foi calculada por Appleton em 60 milhas (96 km). Em 1926, descobriu uma segunda camada, eletricamente mais forte, atualmente conhecida como Camada de Appleton, a 150 milhas (240 km de altura). Esta camada reflete as ondas curtas de radio. Registrou, tempos depois, ecos de radio. Em 1947 Appleton recebeu o Nobel de Fisica por suas descobertas.

Trabalhos [ editar | editar codigo-fonte ]

Appleton observou que a intensidade do sinal de radio de um transmissor em uma frequencia como a faixa de onda media e ao longo de um caminho de cerca de cem milhas era constante durante o dia, mas variava durante a noite. Isso o levou a acreditar que era possivel que dois sinais de radio estivessem sendo recebidos. Um estava viajando ao longo do solo e outro foi refletido por uma camada na atmosfera superior. O enfraquecimento ou variacao na forca do sinal de radio geral recebido resultou do padrao de interferencia dos dois sinais.

A existencia de uma camada atmosferica refletora nao era em si uma ideia completamente nova. Balfour Stewart sugeriu a ideia no final do seculo 19 para explicar as mudancas ritmicas no campo magnetico da Terra. Mais recentemente, em 1902, Oliver Heaviside e Arthur E. Kennelly sugeriram que esse estrato de reflexao eletromagnetica, agora chamado de camada Kennelly-Heaviside, pode explicar o sucesso de Marconi na transmissao de seus sinais atraves do Atlantico. Os calculos mostraram que a curvatura natural das ondas de radio nao era suficiente para impedi-las de simplesmente “disparar” para o espaco vazio antes de chegarem ao receptor.

Appleton achava que o melhor lugar para procurar evidencias da ionosfera estava nas variacoes que ele acreditava estar causando por volta do por do sol nas recepcoes de sinal de radio. Era sensato sugerir que essas variacoes eram devidas a interferencia de duas ondas, mas um passo extra para mostrar que a segunda onda causando a interferencia (a primeira sendo a onda terrestre) estava descendo da ionosfera. O experimento que ele projetou tinha dois metodos para mostrar a influencia ionosferica e ambos permitiam que a altura do limite inferior de reflexao (portanto, o limite inferior da camada refletora) fosse determinada. O primeiro metodo era denominado modulacao em frequencia e o segundo era calcular o angulo de chegada do sinal refletido na antena receptora.

O metodo de modulacao de frequencia explora o fato de que ha uma diferenca de caminho entre a onda terrestre e a onda refletida, o que significa que elas percorrem distancias diferentes do emissor ao receptor.

Suponha que a distancia AC percorrida pela onda terrestre seja he a distancia ABC percorrida pela onda refletida h '. A diferenca de caminho e:

${\displaystyle h'-h=D}$

O comprimento de onda do sinal transmitido e λ. O numero de diferenca de comprimentos de onda entre os caminhos h e h 'e:

${\displaystyle {\frac {h-h'}{\lambda }}={\frac {D}{\lambda }}=N}$

Se N for um numero inteiro, ocorrera interferencia construtiva, o que significa que um sinal maximo sera alcancado na extremidade receptora. Se N for um numero inteiro impar de meios comprimentos de onda, ocorrera interferencia destrutiva e um sinal minimo sera recebido. Vamos supor que estamos recebendo um sinal maximo para um determinado comprimento de onda λ. Se comecarmos a mudar λ, este e o processo denominado modulacao em frequencia, N deixara de ser um numero inteiro e a interferencia destrutiva comecara a ocorrer, significando que o sinal comecara a diminuir. Agora continuamos mudando λ ate que um sinal maximo seja recebido novamente. Isso significa que, para nosso novo valor λ ', nosso novo valor N' tambem e um numero inteiro. Se alongamos λ, entao sabemos que N 'e um a menos que N. Assim:

${\displaystyle N-N'={\frac {D}{\lambda }}-{\frac {D}{\lambda '}}=1}$

Rearranging for D gives:

${\displaystyle D=h-h'={\frac {1}{{\frac {1}{\lambda }}-{\frac {1}{\lambda '}}}}}$

Como sabemos λ e λ ', podemos calcular D. Usando a aproximacao de que ABC e um triangulo isosceles, podemos usar nosso valor de D para calcular a altura da camada refletora. Este metodo e uma versao ligeiramente simplificada do metodo usado por Appleton e seus colegas para calcular um primeiro valor para a altura da ionosfera em 1924. Em seu experimento, eles usaram a estacao de transmissao da BBC em Bournemouth para variar os comprimentos de onda de suas emissoes apos o termino dos programas noturnos. Eles instalaram uma estacao receptora em Oxford para monitorar os efeitos da interferencia. A estacao receptora tinha que ser em Oxford, pois nao havia nenhum emissor adequado na distancia certa de cerca de 62 milhas (100 km) de Cambridge naquela epoca.

Este metodo de modulacao de frequencia revelou que o ponto a partir do qual as ondas estavam sendo refletidas era de aproximadamente 56 milhas (90 km). No entanto, nao estabeleceu que as ondas foram refletidas de cima; na verdade, elas podem ter vindo de colinas em algum lugar entre Oxford e Bournemouth. O segundo metodo, que envolvia encontrar o angulo de incidencia das ondas refletidas no receptor, mostrava com certeza que elas vinham de cima. As triangulacoes deste angulo deram resultados para a altura de reflexao compativel com o metodo de modulacao em frequencia. Nao entraremos neste metodo em detalhes porque ele envolve calculos bastante complexos usando a teoria eletromagnetica de Maxwell.

Longe de ser conclusivo, o sucesso do experimento Oxford-Bournemouth revelou um vasto novo campo de estudo a ser explorado. Mostrou que realmente havia uma camada refletora bem acima da terra, mas tambem levantou muitas novas questoes. Qual era a constituicao dessa camada, como ela refletia as ondas, era a mesma em toda a terra, por que seus efeitos mudaram tao drasticamente entre o dia e a noite, ela mudou ao longo do ano? Appleton passaria o resto da vida respondendo a essas perguntas. Ele desenvolveu uma teoria magneto-ionica baseada no trabalho anterior de Lorentz and Maxwell t para modelar o funcionamento desta parte da atmosfera. Usando essa teoria e outros experimentos, ele mostrou que a chamada camada Kennelly-Heaviside foi fortemente ionizado e, portanto, condutor. Isso deu origem ao termo ionosfera. Ele mostrou que os eletrons livres sao os agentes ionizantes. Ele descobriu que a camada poderia ser penetrada por ondas acima de uma certa frequencia e que essa frequencia critica poderia ser usada para calcular a densidade de eletrons na camada. No entanto, essas ondas penetrantes tambem seriam refletidas de volta, mas de uma camada muito mais alta. Isso mostrou que a ionosfera tinha uma estrutura muito mais complexa do que inicialmente previsto. O nivel inferior foi rotulado como E-Layer, refletiu comprimentos de onda mais longos e foi encontrado a aproximadamente 78 milhas (125 km). O nivel alto, que tinha densidade de eletrons muito mais alta, era rotulado como F-Layer e podia refletir comprimentos de onda muito mais curtos que penetravam na camada inferior. Ele esta situado a 186 - 248 milhas (300 - 400 km) acima da superficie da Terra. ^{[ 1 ]}

A teoria magneto-ionica tambem permitiu que Appleton explicasse a origem dos misteriosos desvanecimentos ouvidos no radio por volta do por do sol. Durante o dia, a luz do sol faz com que as moleculas do ar fiquem ionizadas, mesmo em altitudes bastante baixas. Nessas baixas altitudes, a densidade do ar e grande e, portanto, a densidade de eletrons do ar ionizado e muito grande. Devido a essa ionizacao pesada, ha uma forte absorcao de ondas eletromagneticas causadas pela 'friccao de eletrons '. Assim, em transmissoes em qualquer distancia, nao havera reflexos, pois quaisquer ondas alem da que esta no nivel do solo serao absorvidas em vez de refletidas. No entanto, quando o sol se poe, as moleculas lentamente comecam a se recombinar com seus eletrons e os niveis de densidade de eletrons livres caem. Isso significa que as taxas de absorcao diminuem e as ondas podem ser refletidas com forca suficiente para serem notadas, levando aos fenomenos de interferencia que mencionamos. Para que esses padroes de interferencia ocorram, no entanto, nao deve haver simplesmente a presenca de uma onda refletida, mas uma mudanca na onda refletida. Caso contrario, a interferencia e constante e os desbotamentos nao serao ouvidos. O sinal recebido seria simplesmente mais alto ou mais baixo do que durante o dia. Isso sugere que a altura em que ocorre a reflexao deve mudar lentamente a medida que o sol se poe. Appleton descobriu, de fato, que aumentava com o por do sol e diminuia com o nascer do sol ate que a onda refletida ficasse fraca demais para ser registrada. Esta variacao e compativel com a teoria de que a ionizacao se deve a influencia do sol. No por-do-sol, a intensidade da radiacao do sol sera muito menor na superficie da Terra do que no alto da atmosfera. Isso significa que a recombinacao ionica progredira lentamente de altitudes mais baixas para mais altas e, portanto, a altura em que as ondas sao refletidas aumenta lentamente a medida que o sol se poe.

A ideia basica por tras do trabalho de Appleton e tao simples que e dificil entender a principio como ele dedicou quase toda a sua carreira cientifica ao seu estudo. No entanto, nos ultimos paragrafos algumas das complexidades do assunto foram introduzidas. Como muitos outros campos, e aquele que cresce em complexidade quanto mais e estudado. No final de sua vida, observatorios ionosfericos foram instalados em todo o mundo para fornecer um mapa global das camadas refletoras. Links foram encontrados para o ciclo de manchas solares de 11 anos e Aurora Boreal , as tempestades magneticas que ocorrem em altas latitudes. Isso se tornou particularmente relevante durante a Segunda Guerra Mundial quando as tempestades levariam a apagoes de radio. Gracas a pesquisa de Appleton, os periodos em que isso ocorreriam poderiam ser previstos e a comunicacao poderia ser trocada para comprimentos de onda que seriam menos afetados. O radar , outra inovacao crucial do tempo de guerra, surgiu gracas ao trabalho de Appleton. Em um nivel muito geral, sua pesquisa consistia em determinar a distancia de objetos refletivos de transmissores de sinais de radio. Esta e exatamente a ideia do radar e dos pontos piscantes que aparecem na tela (um tubo de raios catodicos) escaneados pela barra de 'busca' circulante. Este sistema foi desenvolvido parcialmente por Appleton como um novo metodo, chamado metodo de pulso, para fazer medicoes ionosfericas. Mais tarde, foi adaptado por Robert Watson-Watt para detectar avioes. Hoje em dia, os dados ionosfericos sao importantes quando as comunicacoes com satelites sao consideradas. As frequencias corretas para esses sinais devem ser selecionadas de modo que eles realmente alcancem os satelites sem serem refletidos ou desviados antes.

Em 1974, a Estacao de Pesquisa de Radio e Espaco foi rebatizada de Laboratorio de Appleton em homenagem ao homem que tanto fez para estabelecer o Reino Unido como uma forca lider na pesquisa ionosferica, e esteve envolvido com a estacao primeiro como pesquisador e depois como secretario de seu orgao principal, o Departamento de Pesquisa Cientifica e Industrial.

Referencias

Ligacoes externas [ editar | editar codigo-fonte ]

• Edward Appleton em Nobelprize.org
• ≪Perfil no sitio oficial do Nobel de Fisica 1947≫ (em ingles)  

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