As ondas eletromagnéticas são resultado das combinações de campos elétricos e campos magnéticos. Foi graças à descoberta das propriedades dessas ondas que hoje em dia podemos ouvir músicas ou notícias nos rádios, assistir a programas de TV, aquecer alimentos em micro-ondas, acessar à internet e mais uma infinidade de coisas. Show As ondas eletromagnéticas resultam da combinação de um campo elétrico e de um magnético que se propagam no espaço No século XIX, foi o físico escocês James C. Maxwell o primeiro a demonstrar que a oscilação de uma carga elétrica dá origem a campos magnéticos. Esses campos, por sua vez, produzem campos elétricos, assim como a variação de fluxo de campos elétricos origina campos magnéticos. A interação entre esses campos é responsável pelo surgimento das ondas eletromagnéticas. Maxwell baseou-se nas Leis de Ampère, Faraday e Coulomb para relacionar diversas equações que atualmente são conhecidas como equações de Maxwell. Essas equações permitiram que ele fizesse a previsão da existência das ondas eletromagnéticas. A confirmação da existência dessas ondas foi feita apenas depois de nove anos, pelo físico alemão Heinrich Hertz, que conseguiu obter ondas eletromagnéticas com todas as características já descritas por Maxwell, o qual morreu antes de ver a confirmação das suas teorias. Uma das principais contribuições de Maxwell foi determinar que a velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo é igual a 3.108 m/s, o que corresponde à mesma velocidade já obtida para a propagação da luz. Essa descoberta fez Maxwell suspeitar que a luz era um tipo de onda eletromagnética, o que foi confirmado por Hertz alguns anos mais tarde. Uma evidência de que a luz seja uma onda eletromagnética é o fato de a luz do sol chegar até a Terra, apesar da longa distância e da inexistência de um meio material no espaço para a sua propagação. Em face de todas as suas contribuições, Maxwell é considerado tão importante para o Eletromagnetismo quanto Isaac Newton é para a Mecânica. Características das ondas eletromagnéticas Espectro eletromagnético O espectro eletromagnético representa as faixas de frequências ou comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas, como a luz visível, as micro-ondas, as ondas de rádio, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, raios x e raios gama. O espectro eletromagnético representa os comprimentos dos diversos tipos de ondas eletromagnéticas Todas essas ondas propagam-se à mesma velocidade quando estão no vácuo. O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas. Se a onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons que ela carrega. Ondas eletromagnéticas transportam energia através do espaço sem transportar matéria. Esse tipo de onda é formado por campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si, além disso, não precisa de um meio material para propagar-se. No vácuo, as ondas eletromagnéticas propagam-se na velocidade da luz, cerca de 3,0.108 m/s. Veja também: Confira algumas curiosidades inacreditáveis sobre as ondas eletromagnéticas O que são ondas eletromagnéticas?Uma onda eletromagnética é formada por campos elétricos e magnéticos oscilantes e perpendiculares entre si. A direção de propagação da onda eletromagnética, por sua vez, é perpendicular (ângulo de 90º) aos vetores de campo elétrico e magnético. Devido ao ângulo formado entre a perturbação e a direção de propagação, as ondas eletromagnéticas são caracterizadas como transversais. Como todas as ondas, podem transferir energia entre diferentes pontos do espaço, mas fazem-no sem que haja qualquer transporte de matéria, uma vez que não são capazes disso. As ondas eletromagnéticas apresentam como características: comprimento de onda, velocidade de propagação, amplitude e frequência, e são passíveis de sofrer qualquer tipo de fenômeno ondulatório conhecido, tais como reflexão, refração, polarização, difração, espalhamento, absorção e interferência. As ondas eletromagnéticas, antes conhecidas como ondas “hertzianas”, foram descobertas pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz, que, em 1883, soube como produzi-las. A primeira explicação completa e satisfatória para a natureza dessas ondas veio pouco depois, após os trabalhos de James Clerk Maxwell, que unificaram os fenômenos elétricos e magnéticos em equações de onda atualmente conhecidas como equações de Maxwell. Características das ondas eletromagnéticasEntenda quais são as características das ondas eletromagnéticas:
Caso queira aprofundar-se e obter mais informações sobre as características gerais das ondas, sejam mecânicas, sejam eletromagnéticas, sugerimos que você confira o nosso artigo sobre ondas. Veja também: O que é luz negra? Acesse e descubra como ela é produzida e seus usos Tipos de ondas eletromagnéticasAs ondas eletromagnéticas são classificadas quanto à sua frequência ou com base em seu comprimento de onda. Apesar de não haver uma distinção clara entre um e outro tipo de onda eletromagnética, existe um contínuo de frequências conhecido como espectro eletromagnético. O espectro eletromagnético diz respeito a toda gama de possíveis frequências que uma onda eletromagnética pode apresentar, a distinção entre elas, entretanto, é fenomenológica, por exemplo: apesar de tratarem-se de ondas eletromagnéticas, o raio x e a luz visível são bastante distintos no modo em que interagem com a matéria. Confira quais são os tipos de ondas eletromagnéticas e descubra como elas estão presentes em nosso cotidiano:
Veja também: Quer entender mais sobre radiação? Confira nosso artigo sobre radiação ionizante! Fórmulas das ondas eletromagnéticasQuando nos referimos às ondas eletromagnéticas, existem algumas fórmulas pertinentes ao seu estudo, confira quais são. Velocidade da onda, frequência e comprimento de ondaEssa fórmula relaciona a velocidade de propagação da onda eletromagnética com sua frequência e comprimento de onda: v – velocidade de propagação (m/s) λ – comprimento de onda (m) f – frequência (Hz) Uma vez que as frequências comuns das ondas eletromagnéticas são, geralmente, números muito grandes, é comum utilizarmos prefixos para referimo-nos a essas ordens de grandeza. Confira quais são os prefixos de unidades mais utilizados para representar a frequência dessas ondas:
Prefixos usados para frequências de ondas eletromagnéticas Uma vez que o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequência da onda eletromagnética, é comum utilizamos alguns prefixos para denotar comprimentos de onda cujas ordens de grandeza são muito pequenas. Confira alguns dos mais utilizados:
Equação de onda harmônicaNo caso em que uma onda eletromagnética possa refletir em uma cavidade e produzir uma interferência construtiva sobre ela mesma, uma onda harmônica, ou estacionária, estará sendo produzida. A equação usada para descrever a oscilação desse tipo de onda é mostrada a seguir, confira: y(t) – posição vertical da onda em função do tempo (m) A – amplitude máxima da onda (m) t – instante de tempo (s) T – período da onda (s) x – posição horizontal da onda (m) λ – comprimento de onda (m) φ0 – fase inicial da onda (rad) Veja também: O que é internet 5G e quais as suas diferenças em relação ao 4G? Exercícios sobre ondas eletromagnéticasQuestão 1) Certa onda eletromagnética, de comprimento de onda igual a 3,0 cm, propaga-se no vácuo com velocidade de 3,0.108 m/s. A frequência dessa onda eletromagnética é igual a: a) 100 GHz b) 30 MHz c) 200 THz d) 50 GHz e) 600 GHz Gabarito: Letra a Resolução: Para calcularmos a frequência dessa onda eletromagnética, devemos utilizar a fórmula que relaciona velocidade, comprimento de onda e frequência, confira: De acordo com os cálculos feitos, a frequência dessa onda é de 1010 Hz, que também pode ser escrito como 100.109 Hz ou 100 Ghz. Questão 2) Uma onda eletromagnética propaga-se através de um meio material com comprimento de onda e frequência igual a 5 mm (0,005 m) e 10 GHz, respectivamente. Determine qual é a velocidade de propagação dessa onda. a) 1,5.10.108 m/s b) 5,0.109 m/s c) 3,0.108 m/s d) 5,0.107 m/s e) 6,0.104 m/s Gabarito: Letra d Resolução: Utilizando a fórmula da velocidade da onda, é possível obter o seguinte resultado, confira: |