Alta energia, Energia, Luz, Magnetismo, Militar

Pulso eletromagnético (PEM)

Recebi pedidos para escrever sobre o pulso eletromagnético (PEM). Neste post, são descritos o poder de um PEM, as fontes e armas que usam esta tecnologia.

Como um pulso eletromagnético pode causar danos?

Um PEM é uma explosão de fortes ondas eletromagnéticas com grande banda de frequência. Quando uma onda eletromagnética entra em contato com um condutor, ocorre uma tensão induzida no condutor. Quanto maior a variação do campo magnético, maior a força eletromotriz induzida \varepsilon.

\varepsilon =-\frac{d\phi }{dt}

Maior tensão induzida produz corrente elevada. Um PEM pode destruir redes de energia elétrica e torres de telecomunicações. 

transformador destruído por pulso eletromagnético
Um transformador da rede elétrica de Quebec, destruído por um PEM criado por uma tempestade solar em 1989. Fonte: Ask a prepper.

O excesso de corrente induzida nos transformadores causa saturação no núcleo, distorcendo a forma de onda da rede de energia elétrica, criando harmônicas. Consequentemente, a rede se desestabiliza com excesso de tensão, pois os relés de proteção são acionados na hora errada.

voltage-and-flux-waveforms-for-a-peaking-transformer
Sinais das tensões de um transformador com núcleo saturado. e_{p}=tensão primária, e_{s}=tensão secundária e \theta=fluxo magnético. Fonte: All about circuits.

A maioria dos aparelhos eletrônicos podem ser danificados. Pois estes componentes operam com baixas corrente e tensão, como chips, transistores e microprocessadores. Especialmente se estiverem conectados à rede elétrica na hora. 

A maioria dos carros vão parar de funcionar, devido a dependência de sistemas eletrônicos. Aviões ficarão muito mais difíceis de controlar e marca-passos serão desligados. 

Fontes naturais e artificias de PEM

Ejeção de massa coronal

Este fenômeno é produzido pelo Sol. Já escrevi um post sobre a formação da ejeção de massa coronal. Clique no botão a seguir para ler.

Ejeção de massa coronalClique aqui

A massa de plasma entra em contato com a magnetosfera da Terra, causando mudanças no campo magnético terrestre. 

EMC
Coronal mass ejection = Ejeção de massa coronal. Fonte: watchman-report.com.

Estas mudanças na magnetosfera produzem uma diferença de potencial na superfície da Terra. Logo, as correntes induzidas geomagnéticas (CIG) surgem em linhas de transmissão através do aterramento, tubulações debaixo da terra e linhas ferroviárias.

Explosões nucleares

Em 9 de Julho de 1962, os EUA conduziram um teste nuclear atmosférico chamado “Starfish Prime”. Uma bomba atômica de 1,45 megatons explodiu a 400 km acima do Atol Johnston, no Oceano Pacífico. 

No Havaí, a 1513 km de distância, as lâmpadas de rua foram destruídas, alarmes foram acionados, serviço telefônico foi interrompido e o sistema de comunicação de micro-ondas foi danificado. 

Toda explosão nuclear produz raios gamas, fótons de muito alta energia. Se uma bomba atômica explodir acima de 40 km de altitude, os raios gama entram na atmosfera e removem elétrons das moléculas que compõem o ar. Os elétrons livres seguem uma trajetória espiral com alta velocidade.

Trajetória em espiral do elétron produz pulso eletromagnético
Tradução: Elétrons negativos seguem o campo magnético da Terra-geram PEM. Fonte: Tales from the Nuclear Age.

Quando um fóton acerta um elétron, acontece o efeito Compton. O fóton é defletido e fica com um comprimento de onda maior do que do fóton incidente.

Fórmula do deslocamento de Compton
Fórmula do deslocamento de Compton. Fonte: Portafolio de física moderna.

Explicando a fórmula acima:

  • \lambda_{f}: Comprimento de onda do fóton disperso.
  • \lambda_{i}: Comprimento de onda do fóton incidente.
  • c: Velocidade da luz no vácuo, que é 299.792.458 m/s.
  • m_{0}: Massa do elétron, cujo valor é 9,11\cdot 10^{-31}kg.
  • h: Constante de Planck, que vale 6,63\cdot 10^{-34}J\cdot s.

Esta equação nos diz que quanto maior o ângulo de dispersão, maior a diferença de comprimento de onda entre os fótons incidente e disperso. Os fótons dispersos formam o pulso eletromagnético, devastando sistemas elétricos e eletrônicos. 

Pulso eletromagnético por detonação nuclear a alta altitude

A e-bomb

É possível usar um meio não-nuclear de gerar pulso eletromagnético. As e-bombs são bombas ou mísseis com um gerador e uma antena de micro-ondas na ponta. Estes são alimentados por bateria e banco de capacitores coaxiais. 

bomba geradora de pulso eletromagnético
Fonte: Militaryarms.ru.

Esta bomba usa o princípio da geração de compressão de fluxo (FCG). Consiste em um solenoide ligado ao banco de capacitores, este solenoide envolve um cilindro de alumínio ou cobre, chamado de armadura (Metal Armature). A carga explosiva fica dentro do cilindro.

gerador de compressão de fluxo
Fonte: Wikiwand.

Quando o detonador ligado ao explosivo é ativado, o cilindro se expande, criando um curto circuito com o solenoide. O campo magnético gerado pelo solenoide é comprimido, a indutância do solenoide é reduzida e o interruptor de carga (load switch) é aberto. Entregando um pulso de alta corrente para a antena. O PEM de uma e-bomb tem uma área de alcance muito menor que de uma bomba atômica explodindo na alta atmosfera.

Liked it? Take a second to support Electrical e-Library on Patreon!

About Pedro Ney Stroski

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *