Ondas Eletromagnéticas
A. Preliminares
Onda são
vibrações que propagam. A teoria das ondas eletromagnéticas é apresentada
através da hipótese de maxwel e do experimento do Hertz. A propagação de uma onda sem usar meios para
propaga designa-se onda eletromagnética,
significa onda eletromagnética posse propaga atraves do vacuo.
B. Teoria de Maxwel das Ondas Eletromagnéticas
O Michael Faraday foi investigar a relação eletricidade e magnetismo, assim descobriu-se
a mudança do campo magnético criou o campo elétrico. Baseando a simétria
natural, o sr James Clark Maxwel apresentar a hipótese de que se o campo magnético
muda, pode causar um campo elétrico, entao a mudança no campo elétrico também
causará um campo magnético.
Imagem de Propagação da onda Eletromagnética
Com base na
imagem acima, as ondas eletomagnéticas consistem em campos elétricos e
magnéticos que mudam periodicamente e simultaneamente com a direção de vibração
perpendicular entre si e ambas perpendiculares à direção de propagação.
Velocidade de propagação de onda eletomagnética pode ser determinado por
permeabilidade do vácuo (μ0 = 4π x 10-7
Wb/Am) e permitividade
do vácuo (εo = 8,85 x 10-12
C/Nm2) com
equações;
Com a equção acima, podemos encontrar o valor da
velocidade da onda eletromagné-tica.
C. Experimento Hertz sobre Ondas Electromagnéticas
Heinrich Hertz
foi o primeiro a testar a hipotese de maxwel sobre ondas eletro-magnéticas com ferramentas como a imagem.
Nos experimentos
realizados, hertz provou a verdadde da hipotese do maxwel sobre ondas
eletromagnética. Com base nos experimentos realizados,
existem várias propriedade de onda eletromagnética que podem ser escritas da
seguinte forma:
Ø Ondas eletromagnéticas pode se propagar no vácuo
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda transversal
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda que propagar em uma
direção reta
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda que pode experimentar
reflexão
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda que pode experimentar
refração
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda que pode experimentar
interferência (mistura)
Ø Ondas eletromagnéticas é uma onda que pode experimentar
difração (curvatura)
Ø Ondas
eletromagnéticas é uma onda que pode experimentar polarização
D.
Espectro eletromagnético é o intervalo de
todas as frequências de ondas eletro-magnética. Existentes.
Ou seja, espectro eletromagnético com base na ordem decresente do comprimento
de onda ou aumento da frequência é o seguinte:
1. onda de rádio
2. microondas
3. raio infravermelhos
4. luz visível
5. raio ultravioleta
6. raio- X
7. raio gama
As ondas de rádio têm uma faixa de frequência
bastante ampla e geralmente são geradas por circuitos osciladores em
dispositivos eletrônicos como se segue:
Nú
|
Frequência
|
Comprimento de onda
|
Benefícios
|
1
|
3 x 10-3 - 3 x 104
Very Low Frequency
(VLF)
|
104 - 105
Very Long Wave (VLW)
|
envio de mensagens em submarinos
|
2
|
3 x 104 - 3 x 105
Low Frequency (LF)
|
103 – 104
Long Wave (LW)
|
transmissão de navegação de longa
distância
|
3
|
3 x 105 - 3 x 106
Medium Frequency
(MF)
|
102 – 103
Medium Wave (MW)
|
transmissões de rádio comercial
|
4
|
3 x 106 - 3 x 107
High Frequency (HF)
|
101 – 102
Short Wave (SW)
|
comunicações de rádio amador
|
5
|
3 x 107 - 3 x 108
Very High Frequency
(VHF)
|
1 - 10
Very Short Wave
(VSW)
|
comunicação do aeronaves, navios rádio de carro, e transmisão TV
|
6
|
3 x 108 - 3 x 109
Ultra High Frequency
(UHF)
|
10-1 - 1
Ultra Short Wave
(USW)
|
Microondas
As microondas são
uma das ondas eletromagnéticas geralmente geradas por dispositivos eletrônicos
que possuem um comprimento de onda menor e uma frequência maior do que as ondas
de rádio. As microondas são normalmente usadas para comunicações, cozinha e
radar.
Para descobrir a
posição de um avião ou navio geralmente usa radar. Radar é o sigla de Radio Detection and Ranging. A própria
antena do radar funciona como um transmissor e receptor de ondas
eletromagnéticas. O alvo ou pista de uma aeronave com o centro do radar pode
ser encontrado pela equação:
Com s = o alcance do alvo com radar
Δt = tempo
de recebimento de pulsos e reflexão do alvo
c =
velocidade da onda eletromagnética (3 x 108 m/s)
Raio Infravermelhos
Os raios infravermelhos podem ser produzidos por
moléculas e objetos quentes podem ser usados nas áreas industrial, médica e astronômica.
Radiação Ultravioleta
Aplicação radiação infravermelha
Luz Visível
A luz visível (frequentemente
chamada de luz) é uma radiação de onda eletro-magnética que pode ser detectada
pelo olho humano. Com base na ordem da menor frequência, possui luz vermelha,
laranja, amarela, verde, azul, e violeta.
Exemplos de luz visível na vida que frequentemente vemos são arco-íris durante
o dia e auroras à noite.
Aurora Arco Iris
Radiação Ultravioleta
O raio
ultravioleta, é o resultado de átomos e moléculas no processo de saltar chamas
elétricas. Por ter energia química, vemos seu uso, a saber, para emitir cianeto
de platina-bário; mata germes e bactérias; além de escurecer a placa na foto. o
sol é a principal fonte de luz ultravioleta.
Raio- X
Os raios X são
comumente conhecidos como raios-X. Este feixe é o resultado de uma série de
elétrons que estão localizados na camada de elétrons ou pode ser da radiação
emitida quando elétrons em alta velocidade atingem a superfície de um metal.
Seu poder de penetração também é grande, por isso pode ser aplicado no dia a
dia no mundo da saúde.
Imagem do raio-X
Raio
Gama
Os raios gama têm a
maior frequência e o menor comprimento de onda, onde desta forma têm um poder
de penetração muito grande para poderem penetrar na placa de ferro. Essa luz é
o resultado de um núcleo atômico instável. Seu uso no mundo médico tem
benefícios para matar células cancerosas e para a esterilidade de vários
equipamentos/equipamentos médicos. Seu poder de penetração muito grande pode
causar efeitos graves se for absorvido por tecidos vivos. Com controle, esses
raios são usados para matar células cancerosas e esterilizar equipamentos
hospitalares.
Imagem. Utilização de
raios gama no setor saúde
A relação entre a intensidade do campo
elétrico e a intensidade do campo magnético pode ser escrita:
Energia e Fequência
Relação entre a energia e a frequência de uma radiação
eletromagnética a interação da radiação com a materia constitui, desde longa
data, um exercicio para muito cientistas, em 1900 Max Plank apresentou uma solução, considerando
que essa interação se traduzia na troca de quantidades bem definidas de
energia. Estes (pacotes de energia) são chamados fotões.
Baseando neste estudos, Albert Einstein (1879-1955)
considerou que a radiação seria constituida por um feixe de particulas, fotões,
cuja energia era proporcional à frequência, f,
da radiação.
E = h f
A constante de
proporcionalidade entre a energia e a frequência é a denominada constante
de plank: h = 6,626 x 10-34 J.s.
Frequência e Comprimento de Onda
Relação entre Frequência e comprimento de onda de uma
radiação eletromagnética. A frquência f
que é o número de vezes que a onda repete as suas características por segundo,
e o comprimento de onda, λ, que é
adsitância mínima entre os dois pontos na mesma fase de vivração, relacionam-se
entre si através da velocidade de propagação.
V = f λ
Se quando a radiação se propaga no vácuo, usa-se c para
avelocidade
c = f λ
Pode verificar-se tambem que a energia e comprimento de
onda são grandezas inversamente prporcionais.
Sabendo que
E = h f
e substituindo a frequência, vem:
Cada onda
eletromagnética tem uma característica de
frequência que não se altera quando muda de meio.
Relação entre a Intensidade do Campo Elétrico e a Intensidade do Campo Magnético
A relação entre a intensidade do campo
elétrico e a intensidade do campo magnético pode ser escrita:
Ey = Em cos (kx-ωt) e Bz = Bm cos (kx — ωt)
Densidade de Energia Elétrica e Magnética
a densidade de
energia elétrica ou elétrica por unidade de volume ue pode ser subtraída da energia armazenada no capacitor em
comparação com o volume do capacitor.
Imagem do capacitores
com
u e = Densidade de energia elétrica = (J/m3)
εo =
permissividade elétrica (8,85 x 10-12 C2/Nm2)
E = intensidade
do campo eléctrico (N/C)
A densidade da
energia magnética ou magnética por unidade de volume Um pode ser reduzida a partir da energia armazenada no solenóide em
comparação com o volume do solenóide.
Imagem solenóide
Intensidade de Onda Eletromagnética
Intensidade de onda
eletromagnética ou a taxa na qual a energia é transferida por meio de ondas
eletromagnéticas é chamada de apontar. Vetor, apontar S pode ser definido como
Direção S é a direção de propagação das
ondas eletromagnéticae e pode ser expressa em unidades W/m2 uma vez que E e B são perpendiculares, assim, a
equação é :
Ey = Em cos (kx-ωt) dan Bz = Bm cos (kx — ωt)
porque
o valor médio de cos2 (kx-ωt) igual a ½, a intensidade média é expresso como
Relação entre Intensidade de Onda
e Densidade de Energia
Usando
e
então
a densidade de energia magnética pode ser escrita
assim, a densidade de energia total média
pode ser escrita
Entende-se
Uma
vez que a equação
pode
ser escrita como
Exercicio
1. Um návio
enviou o pulso da onda eléctromagnética num lágo demora-se em 10-6 segundos.
Qual a profunidade do lágo?
Dados
Δt = 10-6 segundos
c = 3 x 108
m/s
S = . . . ?
2. Um sistema de radar envia pulso eletromagnético de 0,1
ms, então o pulso é recebido de volta após ser refletido por um avião. Qual a distância avião do sistema de radar?
Dados
Δt = 0,1 ms = 1
x 10-4 segundos
c = 3 x 108
m/s
S = . . . ?
3.
Rádio LABEH é uma rádio comercial que transmite programas de difusão com uma frequência de 91,2 MHz. Calcule a energia e o comprimento de onda do rádio.
Solução
Dados
f = 91,2 MHz
= 91,2 x 106 Hz
c = 3 x108 m/s
4.
Se um transmissor de radar funciona a uma frequência de 60 kHz, calcule o
comprimento de onda do transmissor de rádio quando ele funciona.
Dados
f = 60 kHz = 60 x 103 Hz
5. Um transmissor
de rádio gera ondas com comprimento de 120 m. Se c = 3 x108 m/s, qual é a frequência do oscilador do transmissor!
Dados;
λ = 120 m
c = 3 x108 m/s , f = . . .?
6. A intensidade do
campo magnético da onda eletromagnética é 6 x 10-8T. Calcule a intensidade do campo elétrico.
Dados
B = 6 x 10-8T,
E = . . . .?
7. O campo elétrico
numa onda eletromagnética pode ser expressa porno Ey = 20 sen (2π x
105x – ωt) em unidades SI. Calcule o comprimento da onda eletromagnética!
Dados
Ey = 20 sen (2π x 105) x – ωt)
Sabendo
A equação do campo
elétrico é Ey = Bm sen (kx
– ωt)
Ey
= 20 sen (2π
x 105) x – ωt)
Em = 20 m, k = 2π x 105, λ = . . . ?
Portanto, o artigo intitulado Ondas eletromagnéticas,
definições, aplicações e exemplos de questões existentes podem ser úteis para
aumentar sua percepção. Saudações!
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