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“Ondas eletromagnéticas”

Ondas eletromagnéticas

Elas foram descritas por um conjunto de equações formulado por James C. Maxwell.

Equações de Maxwell

(previsão da existência das ondas eletromagnéticas, 1865)

mas a confirmação da existência das ondas eletromagnéticassó foi feita por Heinrich Hertz em 1888, nove anos depois da morte de Maxwell.

Ondas eletromagnéticas

Heinrich Hertz

James C. Maxwell

As Equações de Maxwell são baseadas nas Leis de Ampère, Faraday e Coulomb (século XIX).

2 nomes importantes das ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas

Nascido na Escócia em 1831, James Clerk Maxwell realizou a primeira unificação profunda das forças da natureza.

“Maxwell’s equations” – voted by Physics World readers as their favourite equations of all time.

Além de seu trabalho sobre eletromagnetismo, Maxwell também contribuiu para outras esferas científicas: ótica geométrica, teoria cinética, termodinâmica, viscoelasticidade, teoria dos anéis de Saturno e na visão a cores, produzindo a primeira fotografia colorida.

Maxwell era um cientista cujos escritos permanecem surpreendentemente vibrantes ainda hoje.

Sem dúvida foi o maior físico matemático desde Isaac Newton.James C. Maxwell(1831-1879, escocês)

Maxwell é considerado tão importante para o Eletromagnetismoquanto Newton é para a Mecânica.

Confirmando a teoria de Maxwell

James Clerk Maxwell morreu de cancro em 1879, aos 48 anos.

Por ter morrido tão jovem, nunca viu a confirmação de sua descoberta de que a luz era uma onda eletromagnética que poderia ser gerada movendo uma carga para frente e para trás.

Se ele tivesse vivido apenas mais 9 anos, ele teria visto a prova.

Ondas eletromagnéticas

“Understanding the properties and behavior of the cosmos:

A historical perspective”, Don Heinesworth, 2011.

Nove anos após a morte de Maxwell, o físico alemão Heinrich Hertzdecidiu usar a teoria de Maxwell para gerar ondas eletromagnéticasem seu laboratório.

Portanto, coube à Hertz produzir as ondas eletromagnéticas de Maxwell e medir sua velocidade.

Em 1883, ele (Hertz) decidiu estudar os trabalhos de Maxwell para entender a teoria doeletromagnetismo, que ainda não era ensinada na faculdade ou na pós-graduação.

Era uma teoria muito nova, e poucos professores sabiam o suficiente para ensinar.

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas

Hertz sabia (pela teoria do eletromagnetismo de Maxwell), que quando ele conectava oudesconectava a bateria na primeira bobina, essa rápida mudança na corrente produziria um campo magnético variável que, por sua vez, geraria uma tensão elétrica na segunda bobina separada.

variação corrente elétrica na primeira bobina →→ variação campo magnético →

→ tensão elétrica na segunda bobina é criada.

Heinrich Hertz(1857-1894, alemão)

Experiência feitas por Hertz.

Em outras palavras:

Uma onda eletromagnética viaja através do espaço, não se deforma.

Há ondas eletromagnéticas com diferentes comprimento de onda.

Para uma particular onda eletromagnética o comprimento de onda permanece o mesmo.

Hertz descobriu que:

Ondas eletromagnéticas

Maxwell determinou que a velocidade das ondas eletromagnéticasno vácuo é igual a

e foi utilizada por Einstein na sua Teoria da Relatividade (1905).

Embora mais conhecido por sua fórmula de equivalência massa-energia,

E = mc²,

Einstein foi laureado com o Prêmio Nobel de Física de 1921 por suas contribuições à física teórica e, especialmente, por sua descoberta da lei do efeito fotoelétrico, que foi fundamental no estabelecimento da teoria quântica.

Albert Einstein(1879-1955, alemão)

c = 3×108 m/s (ou c = 300 mil km/s )

Ondas eletromagnéticas

A teoria de que as ondas eletromagnéticas poderiam propagar-se no espaço, formulada por Maxwell, e comprovada pelas experiênciasde Hertz, foi utilizada por Marconi entre 1894 e 1895.

Marconi foi o inventor do primeiro sistema prático de telegrafia sem fios (TSF), em 1896.

Depois em 1901, Marconi recebeu o primeiro sinal de rádiotransatlântico de um transmissor projetado com inspiração nas equações de Maxwell

Guglielmo Marconi(1874-1937, italiano)

Ele também se baseou em estudos apresentados em 1897 por Nikola Tesla para em 1899 realizar a primeira transmissão telegráfica através do Canal da Mancha.

Ondas eletromagnéticas

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 para a sua propagação no espaço.

A descoberta das propriedades das ondas eletromagnéticas nos permitiu ter hoje

As ondas eletromagnéticasresultam da combinação de

• de um campo elétrico e

• de um campo magnético

que se propagam no espaço.

Ondas eletromagnéticas

• o rádio,

• a TV,

• forno micro-ondas,

• a Internet,

• telemóveis,

• o radar, e

• mais uma infinidade de coisas.

O campo elétrico e o campo magnético são perpendicularesentre si e perpendiculares à direção de propagação, o que significa que sã ondas transversais.

Ondas eletromagnéticas

Comprimento de onda λde uma onda eletromagnética é a distância entre dois pontos consecutivos da ondaque tenham o mesmo módulo e mesmo sentido.

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas

Comprimento de onda λde uma onda eletromagnética é a distância entre dois pontos consecutivos da ondaque tenham o mesmo módulo e mesmo sentido.

O período T da onda eletromagnética é o intervalo de tempo necessário para a onda

avançar um comprimento de onda λ.

A frequência f de uma onda eletromagnética é o inverso do período, ou seja: a

frequência f representa o número de períodos existentes na unidade de tempo

f = 1 / T ou f = c / λ

onde:

T = o período

f = a frequência

λ = a comprimento de onda

c = a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas

Para o comprimento de onda λ:

λ = c × T ou λ = c / f

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas

O Espectro eletromagnético representa as faixas de frequências ou de comprimentos de ondaque caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas, como:

• as ondas de rádio,

• as ondas de TV,

• as micro-ondas,

• radiação infravermelha,

• a luz visível,

• radiação ultravioleta,

• raios X,

• raios gama,

• raios cósmicos.

Ondas eletromagnéticas Espectro eletromagnético

Nomes antigos como:

o ELF,

o VLF,

o Ondas médias (MW),

o Ondas curtas (SW),

o LW,

o VHF,

o UHF

usados para designar faixas de frequência ou de comprimentos de onda eletromagnética ainda persistem até hoje.

Ondas eletromagnéticas Espectro eletromagnético

Ondas eletromagnéticas Espectro eletromagnético

Ondas eletromagnéticas Espectro do visível

Luz visível: de 400 nm (vermelho) a 700 nm (violeta)

Ondas eletromagnéticas Espectro do visível

Ondas eletromagnéticas Espectro do visível

Ondas eletromagnéticas Espectro do visível

Ondas eletromagnéticas Espectro do visível / Espectro eletromagnético

Felippe de Souzafelippe@ubi.pt

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Departamento de Engenharia Eletromecânica