Ondas
eletromagnéticas são ondas que se formam a partir da combinação dos campos magnético
e elétrico, que se propagam no espaço transportando energia. O conceito de onda
eletromagnética foi postulado pelo famoso físico escocês James C. Maxwell. É
dele o trabalho mais notável no campo do eletromagnetismo.
Utilizando-se das
leis experimentais de Coulomb, Faraday, Ampère e também das suas próprias
concepções, Maxwell construiu um conjunto de equações que resume os
conhecimentos sobre o eletromagnetismo. Hoje conhecemos essas equações como as
equações de Maxwell e sabemos que foram elas que possibilitaram a existência
das ondas eletromagnéticas.
Essas equações são importantes para o estudo da
eletricidade, assim como as leis de Newton são importantes para a mecânica.
Maxwell
provou, através das suas equações, que o distúrbio eletromagnético, o qual é
causado pela superposição do campo elétrico e campo magnético, apresenta todas
as características ondulatórias e que, sendo assim, a radiação eletromagnética
também deveria sofrer os fenômenos da reflexão, refração, difração e a interferência,
assim como acontece em uma onda. Foi por esse motivo que o distúrbio causado
pelo campo elétrico e magnético acabou por ser denominado de ondas eletromagnéticas.
Os
campos elétrico e magnético que dão origem às ondas eletromagnéticas se
propagam perpendicularmente um ao outro. É importante saber que, ao contrário
das ondas mecânicas, a onda eletromagnética não necessita de um meio material
para se propagar, pois o campo elétrico e o campo magnético podem ser
estabelecidos na ausência de matéria, ou seja, no vácuo.
Sendo assim, a radiação
eletromagnética pode se propagar no espaço vazio.
É importante
tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas
eletromagnéticas.
Iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres
terrestres, cuja
vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.
Além de outras,
recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos
de hidrogênio neutro
que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na
faixa de radiofreqüências
dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes
distâncias de nós,
muito além de nossa galáxia, e que produzem enorme quantidade de
energia); pulsos
intensos de radiação dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade
média é em torno de
10 trilhões de vezes a densidade média do Sol).
Essas radiações são
tão importantes que deram origem a uma nova ciência, a
Radioastronomia, que
se preocupa em captar e analisar essas informações obtidas do
espaço através de ondas.
Há ainda as fontes
terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o
sistema de
telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e
muitas outras.
O rádio e a televisão
funcionam graças a ondas eletromagnéticas. Numa estação de
rádio, ou televisão,
existem os transmissores e uma antena. A antena é um condutor de
corrente elétrica,
cujos elétrons executam um movimento vibratório, com determinada
freqüência. Esse
movimento é produzido pelos circuitos dos transmissores. O movimento
vibratório dos elétrons
cria as ondas eletromagnéticas características daquela estação e que
se propagam em todas
as direções do espaço.
No aparelho de rádio,
ou televisão, também existem circuitos e uma antena. Na antena
receptora os elétrons
também têm movimento vibratório, de mesma freqüência que os
elétrons da antena
transmissora.
Esse movimento éproduzido pelas ondas eletromagnéticas
captadas pela
antena.
Os elétrons da
antena transmissora produzem a onda e esta faz os elétrons da antena
receptora vibrarem
com a mesma freqüência.
As ondas eletromagnéticas
são dois campos perpendiculares variáveis, um elétrico e outro
magnético, que se
propagam. Essa propagação pode ocorrer no vácuo e em determinados
materiais.
Como exemplo de
ondas eletromagnéticas, podemos citar as ondas de rádio, as ondas de
televisão, as ondas
luminosas, as microondas, os raios X e outras. Essas denominações são
dadas de acordo com
a fonte geradora dessas ondas e, em geral, correspondem a diferentes
faixas de freqüências.
No vácuo, todas as
ondas eletromagnéticas propagam-se com a velocidade de 300.000
km/s.
Você com certeza
sabe ou já ouvir falar que o controle remoto de sua TV ou
videocassete
funcionam por infravermelho. Também já não é mais novidade um
microcomputador
operado por mouse e teclado sem fios, ou seja, por infravermelho. - Mas
afinal de contas o
que vem a ser esse tal de infravermelho? Alguma espécie de raio
invisível? -
Exatamente! Se foi isso que você pensou, acertou na mosca. Só que ao invés de
raio, vamos utilizar
a palavra luz. - Luz...? - É isto mesmo. O Universo que nos rodeia é
banhado por um
imenso "oceano" de luzes, das quais nossos olhos conseguem captar
apenas uma pequeníssima
fração. Essa pequena fração de luzes que o olho humano vê, é
chamada de luz visível
ou apenas luz. Por esta razão, é mais conveniente chamarmos ao
conjunto de todas as
luzes, de RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA.
O termo luz, fica
reservado à pequena
parcela de radiação eletromagnética que conseguimos enxergar.
A radiação eletromagnética
é uma forma de energia. Sem ela simplesmente não haveria vida
na Terra.
Um aspecto
importante da radiação eletromagnética é seu caráter ondulatório, isto é,
a radiação
eletromagnética é constituída de ondas eletromagnéticas.
O conceito de onda é
de fundamental
importância para a compreensão de uma série de fenômenos físicos. Em
termos formais, onda
é o resultado de algum tipo de perturbação que se propaga em um
meio qualquer, sem
que este meio sofra qualquer deslocamento líquido de matéria. Por
exemplo, no mar, as
ondas se formam basicamente devido à perturbação da água pela
atração da Lua e da
ação dos ventos. Se você estiver boiando um pouco além da rebentação,
deve ter percebido
que seu corpo alternadamente sobe e desce, mas na média permanece
praticamente no
mesmo lugar.
O fato de seu corpo subir e descer, significa que existe uma energia
associada à onda. Esta energia é transportada pela onda, sem entretanto causar
um
deslocamento líquido
final do meio, no caso, a água. Já no caso da rebentação, outros
fatores interferem
com a onda, acarretando um movimento efetivo da água ou de algum
objeto flutuante. A
brusca frenagem da onda pela fundo de areia da praia, faz com que a
parte de cima da
onda se projete para frente, literalmente despejando a água.
Quanto à origem,
existem basicamente dois tipos de onda: Ondas Mecânicas e
Ondas Eletromagnéticas.
As ondas mecânicas dependem de um meio material para se
propagarem, como as
ondas do mar e as ondas sonoras, por exemplo. As ondas
eletromagnéticas não
dependem de um meio material, pois correspondem à propagação de uma
perturbação nos campos elétricos e magnéticos.
Estes campos podem existir
independentemente de
um meio material. Existem ainda outras classificações para ondas,
tais como longitudinais
(ondas sonoras), transversais (ondas eletromagnéticas) e ondas
estacionárias
(cordas de um violão, por exemplo).
Uma onda é a propagação
de uma perturbação em um meio qualquer, sem que haja
movimento líquido
das partículas do meio, isto é, as partículas sobem e descem, como
indicado pelas setas
verticais, mas na média permanecem no mesmo lugar. A distância
entre os pontos máximos
e mínimos do sobe e desce das partículas do meio, ou de um
banhista boiando,
define a amplitude da onda. A distância entre dois picos ou dois vales, ou
ainda, dois pontos
quaisquer equivalentes da onda, define o que se chama comprimento de
onda, designado
normalmente pela letra grega LAMBDA
. O número de ciclos de sobe e
desce, por unidade
de tempo define a frequência da onda, medida normalmente em Hertz
ou ciclos por
segundo e representada normalmente pela letra f ou ainda a letra grega MI. O
produto do
comprimento de onda pela frequência da onda fornece a velocidade de
propagação da onda
no meio em questão, isto é, a velocidade com que a perturbação se
propaga. No caso das
ondas eletromagnéticas no vácuo, este produto fornece a velocidade
da luz Dissemos
acima que a radiação eletromagnética é uma forma de energia. Vamos
definir um pouco
melhor este aspecto.
Em física,
ENERGIA é tudo aquilo capaz de realizar
trabalho.
Por exemplo, a
eletricidade é capaz de fazer um motor elétrico funcionar e
portanto realizar
trabalho. A mistura ar-combustível do motor de um carro encerra uma
certa quantia de
energia química. Pela ação da centelha da vela de ignição, esta energia
química é
transformada em energia térmica que promove a expansão dos gases no interior
do cilindro. Esta
expansão empurra o pistão do motor, realizando um trabalho. Da mesma
forma, a energia
eletromagnética do Sol pode ser convertida em eletricidade por meio de
uma célula solar ou
em calor por meio de aquecedores solares. Uma forma importante de
conversão da energia
do Sol é a fotossíntese. Neste processo a luz solar é transformada em
energia química, que
por sua vez é responsável pelo crescimento das plantas e de quebra
libera oxigênio para
o ar.
Para as ondas
eletromagnéticas, a energia transportada depende unicamente de sua
freqüência ou
comprimento de onda, já que ambos estão relacionados pela velocidade da luz
que é uma constante universal. Esta energia transportada pelas ondas eletromagnéticas
é
dada pela relação E
= hn , onde h é uma outra constante universal chamada constante de
Planck e cujo valor é
h = 6,63 X 10-34 J.s (Joule x segundo).
Podemos resumir as
características das ondas eletromagnéticas no seguinte:
• São formadas por
campos elétricos e campos magnéticos variáveis.
• O campo elétrico é
perpendicular ao campo magnético.
• São ondas
transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).
• Propagam-se no vácuo
com a velocidade "c" .
• Podem propagar-se
num meio material com velocidade menor que a obtida no
vácuo.
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