Ondas Eletromagnéticas

Definição

Ondas eletromagnéticas são ondas criadas como resultado de vibrações entre um campo elétrico e um campo magnético.

Em outras palavras, as ondas eletromagnéticas são compostas por campos magnéticos e elétricos oscilantes.

O que são

O termo onda eletromagnética descreve a maneira como a radiação eletromagnética se move pelo espaço.

Diferentes formas de onda eletromagnética são diferenciadas por seus comprimentos de onda, que variam de muitos metros a uma distância menor que o diâmetro de um núcleo atômico.

A faixa completa, em ordem decrescente de comprimento de onda, vai de ondas de rádio a microondas, luz visível, raios ultravioleta e raios X e raios gama e é conhecida como espectro eletromagnético.

As ondas eletromagnéticas têm muitas aplicações, tanto na ciência quanto na vida cotidiana.

Ondas de luz

Em muitos aspectos, uma onda eletromagnética se comporta de maneira semelhante a ondulações na água ou ao som que viaja através de um meio como o ar.

Por exemplo, se uma luz é refletida na tela através de uma barreira com duas fendas estreitas, um padrão de listras claras e escuras é visto.

Isso é chamado de padrão de interferência: onde as cristas das ondas de uma fenda se encontram com as da outra, elas se reforçam, formando uma faixa brilhante, mas onde uma crista encontra uma calha, elas cancelam, deixando uma faixa escura.

A luz também pode se curvar em torno de um obstáculo, como quebra-mares em torno de uma parede do porto: isso é conhecido como difração. Esses fenômenos fornecem evidências da natureza ondulatória da luz.

Supunha-se há muito tempo que, como o som, a luz deve viajar através de algum tipo de mídia. Isso recebeu o nome de “éter”, às vezes escrito “éter”, e foi pensado para ser um material invisível que preencheu o espaço, mas através do qual objetos sólidos podiam passar sem impedimentos.

Experimentos projetados para detectar o éter por seu efeito na velocidade da luz em diferentes direções não conseguiram encontrar nenhuma evidência para isso, e a ideia foi finalmente rejeitada.

Era evidente que a luz e outras formas de radiação eletromagnética não exigiam nenhum meio e podiam viajar pelo espaço vazio.

Comprimento de onda e frequência

Assim como uma onda oceânica, uma onda eletromagnética tem picos e vales.

O comprimento de onda é a distância entre dois pontos idênticos da onda de ciclo para ciclo, por exemplo, a distância entre um pico ou crista e o próximo.

A radiação eletromagnética também pode ser definido em termos de sua frequência, que é o número de cristas que passam em um determinado intervalo de tempo.

Todas as formas de radiação eletromagnética viajam na mesma velocidade: a velocidade da luz.

Portanto, a frequência depende inteiramente do comprimento de onda: quanto menor o comprimento de onda, maior a frequência.

Energia

Comprimento de onda mais curto ou frequência mais alta, a radiação eletromagnética transporta mais energia do que comprimentos de onda mais longos ou frequências mais baixas.

A energia transportada por uma onda eletromagnética determina como isso afeta a matéria.

Ondas de rádio de baixa frequência perturbam levemente átomos e moléculas, enquanto as microondas fazem com que elas se movam com mais vigor: o material esquenta.

Raios-X e raios gama são muito mais úteis: eles podem quebrar ligações químicas e arrancar elétrons dos átomos, formando íons.

Por esse motivo, eles são descritos como radiação ionizante.

A origem das ondas eletromagnéticas

A relação entre luz e eletromagnetismo foi estabelecida pelo trabalho do físico James Clerk Maxwell no século XIX.

Isso levou ao estudo da eletrodinâmica, em que ondas eletromagnéticas, como a luz, são consideradas distúrbios, ou “ondulações”, em um campo eletromagnético, criado pelo movimento de partículas eletricamente carregadas.

Ao contrário do éter inexistente, o campo eletromagnético é simplesmente a esfera de influência de uma partícula carregada e não uma coisa material tangível.

Trabalhos posteriores, no início do século XX, mostraram que a radiação eletromagnética também tinha propriedades semelhantes a partículas. As partículas que compõem a radiação eletromagnética são chamadas fótons.

Embora pareça contraditório, a radiação eletromagnética pode se comportar como ondas ou partículas, dependendo do tipo de experimento realizado. Isso é conhecido como dualidade onda-partícula.

Também se aplica a partículas subatômicas, átomos inteiros e até moléculas bastante grandes, que às vezes podem se comportar como ondas.

A dualidade onda-partícula surgiu quando a teoria quântica estava sendo desenvolvida. De acordo com essa teoria, a “onda” representa a probabilidade de encontrar uma partícula, como um fóton, em um determinado local.

A natureza ondulatória das partículas e a natureza partícula das ondas deram origem a um grande debate científico e a algumas idéias surpreendentes, mas não a um consenso geral sobre o que realmente significa.

Na teoria quântica, a radiação eletromagnética é produzida quando partículas subatômicas liberam energia.

Por exemplo, um elétron em um átomo pode absorver energia, mas deve eventualmente cair para um nível de energia mais baixo e liberar a energia como radiação eletromagnética. Dependendo de como é observado, essa radiação pode aparecer como uma partícula ou uma onda eletromagnética.

Usos

Muita tecnologia moderna depende de ondas eletromagnéticas.

Rádio, televisão, telefones celulares e a Internet dependem da transmissão de radiação eletromagnética de radiofrequência por meio de cabos aéreos, espaciais ou de fibra óptica. Os lasers usados para gravar e reproduzir DVDs e CDs de áudio usam ondas de luz para gravar e ler nos discos. As máquinas de raio-X são uma ferramenta essencial em medicina e segurança aeroportuária.

Na ciência, nosso conhecimento do universo vem em grande parte da análise da luz, ondas de rádio e raios X de estrelas e galáxias distantes.

Perigos

Não se pensa que ondas eletromagnéticas de baixa energia, como ondas de rádio, sejam prejudiciais. Em energias mais altas, no entanto, a radiação eletromagnética apresenta riscos.

A radiação ionizante, como raios X e raios gama, pode matar ou danificar células vivas. Eles também podem alterar o DNA, o que pode levar ao câncer. O risco para pacientes de raios X médicos é considerado insignificante, mas os radiologistas expostos a eles regularmente usam aventais de chumbo – que os raios X não conseguem penetrar – para se protegerem.

A luz ultravioleta, presente na luz solar, pode causar queimaduras solares e também pode causar câncer de pele se a exposição for excessiva.

O que é a teoria das ondas eletromagnéticas?

O conceito conhecido como teoria das ondas eletromagnéticas teve origem no trabalho de James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz.

De acordo com as equações elétricas e magnéticas postuladas por Maxwell, os campos eletromagnéticos se assemelham a uma onda na estrutura e na ação.

As ondas eletromagnéticas coincidem com a medição da velocidade da luz, transformando a luz em uma onda eletromagnética.

Os campos elétricos variam espacialmente e geram um campo magnético variável no tempo. Da mesma forma, os campos magnéticos farão o mesmo com os campos elétricos, fazendo com que os dois conceitos operem em uníssono. Juntos, os dois campos oscilarão e criarão uma onda eletromagnética.

As propriedades físicas da teoria das ondas eletromagnéticas assumem a forma de eletrodinâmica. Essa faceta da teoria significa que qualquer campo eletromagnético presente no mesmo espaço é considerado um campo vetorial, uma onda com direção e comprimento. Como tal, ele pode mesclar junto com outros campos de vetor. Por exemplo, quando uma onda eletromagnética afeta uma molécula, os átomos dentro dessa molécula começam a oscilar, emitindo suas próprias ondas eletromagnéticas, impactando a onda original.

De acordo com a teoria das ondas eletromagnéticas, isso causará refração, alteração na velocidade ou difração, alteração no comprimento de onda.

Como a luz é um tipo de onda eletromagnética, a teoria determina que a oscilação da luz não pode ser afetada por outros campos elétricos ou magnéticos estáticos. No entanto, as interações entre certos eventos externos, como a luz viajando através de um cristal, podem ter efeito.

De acordo com a teoria das ondas eletromagnéticas, os campos magnéticos que afetam a luz causam o efeito Faraday e os campos elétricos que afetam a luz causam o efeito Kerr, uma redução da velocidade das ondas de luz.

A frequência é um aspecto muito importante dessa teoria. A oscilação da onda é medida por hertz, a unidade de frequência. Um hertz é igual a uma oscilação por segundo. Quando uma onda eletromagnética, como no caso da luz, cria ondas em diferentes frequências, é considerada um espectro.

Pequenas partículas de energia chamadas fótons são as unidades básicas da radiação eletromagnética. À medida que os fótons viajam, a onda segue e cria uma frequência proporcional à partícula.

Os fótons são absorvidos por átomos, que, por sua vez, excitam elétrons. Quando o elétron atinge um nível de energia alto o suficiente, ele escapa à atração positiva do núcleo. Se o nível de energia do elétron diminui, um fóton é emitido.

A teoria das ondas eletromagnéticas afirma que qualquer aceleração de uma carga elétrica ou alteração no campo magnético produz radiação. Essa radiação pode vir na forma de uma onda ou de uma partícula. Velocidade, comprimento de onda e frequência são os fatores associados às ondas. As partículas contêm energia individualizada igual à frequência. Independentemente do tipo, a radiação eletromagnética viaja à velocidade da luz no vácuo.

Esse fato levou Albert Einstein a estabelecer a teoria da relatividade.

O físico James Clerk Maxwell ficou conhecido por seu trabalho com eletromagnetismo

Fonte: www.univie.ac.at/economictimes.indiatimes.com/www.weather.gov/www.wisegeek.org/science.nasa.gov/physics.info/www.khanacademy.org/iopscience.iop.org