Ondas EM (eletromagnéticas)

Tal como uma onda mecânica ─ exemplos: ondas sonoras e ondas que se formam em alto mar ─ uma onda EM (eletromagnética) caracteriza-se por uma freqüência, um comprimento de onda e uma velocidade de propagação.

Porém,  as ondas EM propagam-se no vácuo; por isso são as únicas que podem transportar energia através do vácuo.

Vivemos num "mar" de ondas EM.

Por exemplo, as ondas de radio e TV, as dos radares,dos telefones celulares, as dos controles remotos; até as linhas de transmissão de energia elétrica emitem ondas EM.

E mais ainda: a luz. A luz é um tipo de ondas EM; é a única forma de ondas EM que os olhos humanos podem ver.

As ondas EM são "ondas transversais" e consistem de campos elétricos e magnéticos que vibram igualmente. não mecânicas.[Clique para ver animação].

Os campos elétricos e magnéticos vibram de forma indissolúvel em planos perpendiculares entre si cuja intersecção tem a direção da propagação da onda.

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Velocidade de propagação ondas EM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Velocidade de propagação ondas EM

Como todas ondas EM (eletromagnéticas), a luz transporta energia do Sol até a Terra.

No vácuo, a velocidade de propagação das ondas EM  é igual à da luz ou seja  c ≈ 300.000 km/s.

No ar, a luz, as ondas de rádio, de TV, de telefones celulares, enfim, todas as EM propagam-se com velocidade um pouco menor do que 300.000 km/s.

Mas, a luz, ao atravessar a água de um aquário, ela o faz com velocidade v ≈ 225.000 km/s.

 

Índice de refração

O índice de refração η é  razão entre  "c" (velocidade da luz no vácuo)  e "v" ( velocidade da luz num meio transparente)

 η = c/v

O índice de refração é um número maior do que 1, pois a) resulta da divisão de duas velocidades. b)  v < c .

Conhecido o índice de refração de um meio transparente pode-se determinar a velocidade de propagação da luz neste meio: v = c/η.

Exemplo, se o índice de refração de um tipo de vidro for η = 1,5, a velocidade da luz neste meio será  v = (300.000 km/s)/1,5 = 200.000 km/s.

 

Equação fundamental das ondas eletromagnéticas.

As ondas EM, como todas as ondas, são caracterizadas também por comprimento de onda "λ",  freqüência "f " e obedecem a equação fundamental das ondas:

c = λ.f   (para o vácuo) e  v = λ.f  (para outros meios)

As ondas EM abrangem uma gama imensa de comprimentos de ondas: desde ondas cujos comprimentos são da altura de grandes edifícios e ondas de comprimentos ínfimos como os dos raios X e gama, formando o que se denomina de "espectro eletromagnético".

 

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 Espectro eletromagnético

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Espectro eletromagnético

O conjunto das energias que se propaga à velocidade da luz é denominado "radiação eletromagnética".

A propagação se dá na forma de  ondas EM (eletromagnética) de diferentes freqüências (f) e comprimentos de onda (λ) que se relacionam por meio da equação  λ.f = c (velocidade da luz).

Os comprimentos de onda podem ser maiores que um campo de futebol e tão pequenos quanto ao núcleo de um átomo.

A seqüência ordenada de comprimentos de ondas (ou de freqüências) é chamada de "espectro eletromagnético".

Espectro eletromagnético

 

 

O espectro eletromagnético é dividido em "faixas", "bandas" ou "regiões" cada uma abrangendo um certo intervalo de comprimentos de ondas (ou freqüência) cujos limites não são rígidos.

Assim tem-se a banda da radiofreqüência, das microondas, do infravermelho, do espectro visível (luz), do ultra-violeta, do raios X e do raios gama.

Dentro do conjunto de ondas EM existente, a única que o olho humano pode enxergar é aquele correspondente ao espectro visível ou luz.

 

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Ondas de rádio

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ondas de rádio.

As ondas de rádio são conhecidas por  "radiofreqüências".

Elas são utilizadas nas comunicações sem fio tais como nas transmissões de televisão ou rádio, nos telefones celulares, nos rádios utilizados por policiais, bombeiros e ambulâncias, nos radares de controle de aviões e nos telefones sem fio. As radiofreqüências são um recurso limitado e um bem público.

 N o Brasil, a Anatel - Agência Nacional de Telecomunicações -  por meio da Lei 9.472/97, foi incumbida de administrar a utilização do espectro de radiofreqüências, regulamentando e fiscalizando seu uso.

Faixas de radiofreqüência

As "ondas de rádio" são emitidas por osciladores eletrônicos; inclui as ondas de TV em VHF, as ondas curtas e longas; e as bandas de AM e FM e ondas de TV em UHF. Abrange ondas de comprimentos maiores do que 100 km até 10 cm e transportam energias menores do 10-5 eV [ eV = eletron-volt = 1,6 x 10-19 joules]

1 Hz = hertz = 1 oscilação/segundo;    1 kHz =  10³ Hz;    1 MHz = 106 Hz;      1GHz = 109  Hz

 

Tipo de ondas

λ

f

Características

Ondas extremamente longas + 100 km até 3 kHz Ondas emitidas por linhas de transmissão e por utilidades domésticas.
Ondas muito longas 10 a 100 km 3 a 30 kHz Radio navegação e marítimos;emissões associadas a terremotos, auroras boreais, eclipses, etc
Ondas longas 1 a 10 km

30 a 300 kHz

Comunicação marítima.Radiodifusão (150 a 255 kHz). Tem alcance da ordem de 500 km.
Ondas Média 1 km a 100 m

300 kHz a 3 MHz

Estações de radio AM (alcance até 75 km); telegrafia marítima; radiofarol. etc
Ondas Curtas 100  a 10 m 3  a 30 MHz Radioamadores; faixa do cidadão; radiodifusão internacional (alcance 1.000 a 20.000 km); emissões naturais de radio do planeta Júpiter.
Ondas muito curtas (VHF) 10 a 1 m 30  a  300 MHz TV aberta; radio FM; operações espaciais; walkie-talkies; microfones sem fio; telefones sem fio; radioastronomia (emissões galácticas naturais).
Ondas ultra curtas (UHF) 1m  a 10 cm 0,3 a  3 GHz TV em UHF; radioastronomia; comunicações de estações fixas e móveis; aeronavegação; radar de longo alcance; GPS;  telefonia celular móvel.

 

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Microondas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Microondas

"Microondas"  são  ondas EM  entre 300 mm a 1 mm (ou de freqüências entre 1 GHz a 300 GHz. No espectro eletromagnético a faixa das "microondas" situa-se entre as das radiofreqüências e as do  infravermelho.

 No dia-a-dia a palavra "microondas" nos remete às cozinhas: os fornos microondas que funcionam com ondas  2,45 GHz  ( λ = 12,24 cm). Quando sujeita a este tipo de onda, as moléculas bipolares - como as da água - vibram no mesmo ritmo; friccionando-se entre si 2.450.000.000 vezes por segundo, as moléculas bipolares liberam calor, aquecendo líquidos e alimentos.

A primeira aplicação do "microondas" foi o  radar  (Radio Detection And Ranging ) ou seja "detecção e localização por rádio". Desenvolvido durante a II Guerra Mundial, aprimorou a navegação aérea e a localização de aeronaves inimigas. Hoje os radares são usados largamente no  controle de tráfego aéreo , urbano e em rodovias. A faixa de microondas usadas em radares abrange ondas 30 cm (1 GHz) até 1 mm (30 GHz). Quanto maior a freqüência (menor comprimento de onda), mais direcional é a onda e mais preciso será o radar. É o caso de um radar que controle tiro de míssil teleguiado.

As microondas  têm energia suficiente para atravessar nevoeiro, garoas, nuvens e fumaça;  por isso, ela é usada em comunicações sem fio. As torres de microondas transmitem chamadas telefônicas e/ou dados de um local para outro, muitas vezes formando uma rede abrangendo vasta região.

Radiação Cósmica de fundo, uma "lembrança do Big Bang".

Radiação cósmica de fundo manifesta-se como ondas eletromagnéticas preenchendo todo o Universo; ela representa uma  "lembrança" do Big Bang, a grande explosão que deu origem ao Universo cerca de 14 bilhões de ano. A "Radiação Cósmica de fundo"  corresponde a uma microonda de 1,9 mm (160,4 GHz) e a sua energia, a  uma temperatura de 2,7 K (kelvin), aproximadamente. .Em 1965, dois físicos do Laboratório da Bell Telephone , usando uma antena especial descobrem-na e ganham o prêmio Nobel de Física de 1978.A figura representa um mapa da radiação cósmica de fundo produzido pelo COBE (Cosmic Background Satellite) da NASA. Nela, a parte vermelha representa a radiação galáctica e não cósmica.

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Ondas infravermelhas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ondas infravermelhas (Ondas IV)

As "ondas  infravermelhas" (IV) referem-se à radiação infravermelha.Elas situam -se entre as microondas e o espectro visível; têm comprimentos de onda (λ) entre 1.000  e 0,74 mícron (μm = 10-3 mm) e freqüências  entre 300  e  405.000 MHz ( 1 MHz = 109 Hz), respectivamente.

As ondas IV são térmicas; podemos sentir a sua ação quando aproximamos de um corpo quente, como as laterais de um forno quente.

 Bandas espectrais do IV (infravermelho)

As ondas (IV) são, em geral, divididas em três bandas espectrais.

IV Próximo ( 0,74 a 5 mícron)

Os IV Próximos não são térmicos. Por  estarem próximo do visível, comportam-se como luz. 

São usadas nos controles remotos usadas em TV.

IV Intermédio (5 a 40 mícron)

 São usadas em câmeras de fotografia infravermelha que usam IV na banda entre 8 a 12 mícron.

A Terra emite radiação infravermelha com intensidade máxima  em 10 mícron.

IV  Longínquo (40 a 1.000 mícron)

São térmicos;  emitidos por corpos de temperaturas entre -250°C e - 180°C.

 

Fontes de IV

Todos os corpos cujas temperaturas sejam superiores ao "zero absoluto" [-273 °C] irradiam energia infravermelha; a intensidade e o comprimento de onda dependem da temperatura do corpo.

A maior fonte de IV é o Sol.  Cerca de 50% da energia emitida pelo Sol é radiação IV, mas grande parte é absorvida pela atmosfera terrestre, principalmente, as IV Longínquo.

As fontes de IV também podem ser artificiais como os controles remotos de televisão, para destravar portas de automóveis, ou nos dispositivos usados para troca de informações "wireless" entre um mouse e o computador ou entre computadores.

Nós não podemos ver ondas IV, mas certos dispositivos como as câmeras infravermelhas podem torná-las visíveis.

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 Espectro visível

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Espectro visível

O espectro visível ou radiação visível é composto de ondas EM abrangendo comprimentos de onda situados entre λ ≈  0,74 mícron    (f = 4,05 x 1014 Hz) e λ ≈ 0,38 mícron (7,89 x 1014 Hz).

Para cada comprimento de onda (ou freqüência) corresponde luz de uma determinada cor.

As cores que podemos enxergar são as do arco-íris que são distribuídas em sete faixas: vermelha, laranja, amarela, verde, ciano (anil), azul e violeta.

Dentre de cada faixa as luzes se diferenciam por matizes diferentes.

Bandas do espectro visível

Região

comprimento de onda

(mícron)

freqüência

(1014 Hz)

vermelha

0,74 a 0,62

400 a 484
laranja 0,62 a 0,59 484 a 508
amarela 0,59 a 0,56 508 a 536
verde 0,56 a 0,50 536 a 600
ciano (anil) 0,50 a 0,48 600 a 625
azul 0,48 a 0,44 625 a 682

violeta

0,44 a 0,38 682 a 789

 

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Ondas ultravioleta(UV)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ondas ultravioleta (UV)

Dentro do espectro das ondas EM, as ondas ultravioletas (UV) situam-se entre o espectro visível e os Raios X ou seja,  têm comprimentos de ondas entre  400 nm  e 100 nm. Como  f = c/λ  (c=3x108 m/s, velocidade da luz no vácuo), as ondas ultravioletas  têm freqüências entre 7,5 x 1014 Hz e 30 x 1014 Hz. E por vibrarem mais rapidamente, são mais energéticas do que as ondas do espectro visível.

O espectro das ondas UV é dividido em :

UV-A  (400 nm < λ < 320 nm)
UV-B  (320 nm < λ < 280 nm)
UV-C  (280 nm < λ < 200 nm)
UV-Extremo  (200 nm < λ < 100 nm)