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Ondas Electromagnéticas

Ondas electromagnéticas

Ondas electromagnéticas - são uma combinação de um campo eléctrico e de um campo magnético, que se propagam numa mesma direcção porém em planos perpendiculares, através do espaço transportando energia.

Se pudéssemos ver as ondas electromagnéticas que viajam a nossa volta, aperceber-nos-íamos de que vivemos imersos num mar repleto destas ondas.

Ondas electromagnéticas

As ondas electromagnéticas propagam-se, no vácuo, com a velocidade da luz, ou seja, cerca de 300.000 km/s e na superfície terrestre com uma velocidade muito próxima a esta.

Exemplos:

•Radiação solar

•Comunicações com satélites

Espectro Electromagnético

Espectro Electromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda e frequência, como a radiação gama, os raios X, os raios ultravioleta, a luz visível, a radiação infravermelha, as microondas as ondas de rádio.

Comprimento de onda - distância entre duas cristas consecutivas da mesma onda, ou então a distância entre dois vales consecutivos da mesma onda.

Amplitude – a máxima deslocação de um ponto em relação á sua posição de equilíbrio.

Propriedades das Ondas electromagnéticas

Frequência - o número de oscilações completas que uma onda dá a cada segundo. É inversamente proporcional ao comprimento de onda.

Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento de onda

Período - é o tempo que se demora para que uma onda seja criada

Propriedades das Ondas electromagnéticas

Até meados dos século passado o espectro electromagnético conhecido estendia-se desde o infravermelho até ao ultravioleta, hoje sabemos que é bem

mais vasto, indo dos raios cósmicos até às ondas de rádio.

As radiações gama são as mais energéticas e com menor comprimento de onda. Possuem elevado poder penetrante, podendo mesmo atravessar a Terra de um lado ao outro.

Raios Gama

Um único fotão de raios gama tem energia suficiente para poder ser detectado; o seu comprimento de onda é tão pequeno que se torna extremamente difícil observar o seu comportamento ondulatório.

Fontes desta radiação:A radiação gama provém de substâncias radioactivas como o urânio e plutónio.

Aplicações:

1- A radiação gama é utilizada no tratamento de tumores cancerígenos, porque destrói às células malignas. O problema está em que se destrói também as células sãs. É preciso muita perícia na sua utilização.

Actualmente, ainda não se sabe o limite de energia que os raios Gama podem conter.

Os raios X foram descobertos pelo físico alemão alemão William Roentgen (1845-1923) em 1895. A descoberta dos raios X, em virtude das suas propriedades espectaculares, teve um impacto extraordinário em todo o mundo civilizado.

Raios X

Propriedades - atravessar materiais de baixa densidade, como por exemplo os nossos músculos, e de serem absorvidos por materiais de densidade mais elevada, como os ossos do nosso corpo.

Fontes desta radiação:

-Emitidos pelas estrelas- Produzidos em tubos próprios sujeitos a descargas eléctricas de elevada diferença de potencial.

São muito perigosos

Aplicações:1 - Devido ao seu poder penetrante, que depende das substâncias onde incidem, são utilizados para examinar, por exemplo, ossos e dentes.

- Radiografias

Exame radioscópico em Portugal, em 1898. Esta ilustração mostra como o sentido de responsabilidade dos médicos para com os seus pacientes os levou a usar estas radiações sem qualquer tipo de protecção.in Radioscopia e Radiografia (Raios X), Imprensa de Libânio da Silva, Lisboa 1898.

2 - Os funcionários da segurança dos aeroportos usam os raios X para examinar as bagagens dos passageiros (os objectos metálicos são mais opacos aos raios X, sendo por isso vistos por contraste).

3 - Na industria metalúrgica (na detecção de minúsculos defeitos, fissuras ou inclusões de materiais nas soldaduras metálicas) e nas instituições e empresas que estudam a idade e técnicas, utilizadas nas pinturas antigas e investigam se certas obras são falsas.

A região dos raios ultravioletas foi descoberta por Johann Wilhelm Ritter (1776-1810).

Raios Ultravioletas

Parte importante da luz que o Sol envia para a Terra é luz ultravioleta.

Os raios ultravioleta têm energia suficiente para ionizar os átomos do topo da atmosfera, criando assim a ionosfera – são muito perigosos para

o Homem.

Felizmente o ozono existente na atmosfera absorve o que poderia constituir feixes letais de ultravioleta.

O olho humano não consegue ver facilmente no ultravioleta porque a córnea absorve-o particularmente para pequenos comprimentos de onda, enquanto que

o cristalino absorve mais fortemente para comprimentos de onda maiores. Alguns animais, como por exemplo as abelhas e os pombos, reagem aos

ultravioletas.

Fontes desta radiação:O Sol, as estrelas e as lâmpadas de mercúrio

Aplicações:

1 - Devido ao seu intenso efeito químico, esta radiação produz alterações químicas na pele humana, levando ao seu escurecimento. Uma exposição excessiva à luz ultravioleta pode provocar o cancro da pele.

2 - A grande actividade química das radiações ultravioletas confere-lhes poder bactericida, sendo aproveitado na esterilização de alguns produtos.

3 - Algumas substâncias quando sujeitas às radiações ultravioletas emitem luz visível. Os átomos destas substâncias, chamadas fluorescentes, absorvem a radiação ultravioleta (invisível), e irradiam radiação visível para o ser humano. Os ponteiros de alguns relógios contêm vestígios dessas substâncias para serem visíveis à noite.

Devido a estas propriedades de fluorescência e fosforescência, as radiações ultravioletas são utilizadas para detectar fraudes (notas ou bilhetes falsificados, por exemplo).

4 - Outras substâncias, designadas fosforescentes, mantêm a emissão de luz visível durante algum tempo depois de terem sido sujeitas a radiação ultravioleta.

Newton foi o primeiro a reconhecer que a luz branca é constituída por todas as cores do espectro visível e que o prisma não cria cores por alterar a luz

branca, como se pensou durante séculos, mas sim por dispersar a luz, separando-a nas suas cores constituintes.

Luz visível

O detector humano olho-cérebro percepciona o branco como uma vasta mistura de frequências normalmente com energias semelhantes em cada intervalo de frequências. É este o significado da expressão "luz branca" - muitas cores do espectro sem que nenhuma predomine especialmente.

Muitas distribuições diferentes podem parecer brancas uma vez que o olho humano não é capaz de analisar a luz em frequência do mesmo modo que

o ouvido consegue analisar o som.

A cor não é uma propriedade da luz mas sim uma manifestação electroquímica do sistema sensorial - olhos, nervos, cérebro. Com rigor dever-se-ia dizer, por exemplo, "a luz que é vista como amarela" e não

"luz amarela".

Cor Comprimento de onda (nm) Frequência (1012 Hz)

vermelho 780 - 622 384 - 482

laranja 622 - 597 482 - 503

amarelo 597 - 577 503 - 520

verde 577 - 492 520 - 610

azul 492 - 455 610 - 659

violeta 455 - 390 659 - 769

Fontes desta radiação:Num material incandescente (como um filamento metálico ou o globo solar, por exemplo) os electrões são acelerados aleatoriamente e sofrem colisões frequentes. A emissão resultante é conhecida como radiação térmica (é uma das principais fontes de luz).

Quando se enche um tubo de gás e por ele se faz passar uma descarga eléctrica, os seus átomos ficam excitados e emitem luz característica dos seus níveis energéticos e constituída por uma série de bandas, ou linhas, de frequência bem definida.

Raios laser – emite luz visível como as lâmpadas mas com algumas características especiais:

Lâmpada ------ o calor fornece energia aos átomos e estes perdem essa energia de um modo desordenado produzindo uma luz branca.

Laser ------- este processo é diferente – a energia é perdida de um modo ordenado e preciso. Todos os átomos descarregam no mesmo instante emitindo uma radiação bem determinada.

É geralmente medida por dispositivos que reagem à variação de temperatura provocada pela absorção de IV

por uma superfície escurecida.

Raios Infravermelhos

radiação infravermelha foi detectada pela primeira vez pelo astrónomo Sir William Herschel (1738-1822) em 1800.

Fontes desta radiação:Qualquer corpo quente é produtor de infravermelhos. ex.: o Sol, os aquecedores eléctricos e carvão em brasa, os ferros eléctricos, os vulcões, todos os animais de sangue quente (ser Humano).

Cerca de metade da energia emitida pelo Sol é no IV, e uma lâmpada eléctrica normal emite mais no IV do que no visível.

Esta emissão é explorada por dispositivos de visão nocturna, bem como por alguns animais, como os mosquitos, que conseguem

detectar as radiações infravermelhas emitidas por outros e persegui-los à noite, bem como por algumas serpentes que habitualmente

estão activas durante a noite.

Aplicações:

1 - Controles remotos dos aparelhos de televisão, de portas de automóveis, etc.

2 - Existem certas películas que são sensíveis a estas radiações, sendo utilizadas para fotografar objectos no escuro.

3 - Alguns satélites, em órbita da Terra, tiram fotografias de infravermelhos do nosso planeta. Essas fotografias podem detectar movimentos de corpos, por exemplo o lançamento de mísseis, bem como o movimento de nuvens que são uma ajuda preciosa para os meteorologistas.

4 - Existem mísseis que se orientam em função da posição de fontes de calor e que são guiados por IV5 - lasers de IV e telescópios de IV que procuram melhor conhecimento do cosmos.6 - Os raios infravermelhos são também utilizados no tratamento de doenças, devido ao seu elevado poder térmico.

7 - Termómetros instalados na área de desembarque do aeroporto internacional de Ngurah Rai, em Bali, na Indonésia, de modo a verificar a temperatura de passageiros que passaram pelo México, Estados Unidos e países com surtos de gripe A. (Foto: Murdani Usman/Reuters)

Fontes desta radiação:O espaço esta repleto deste tipo de radiação. O Homem também sabe produzir e utilizar estas ondas em electrodomésticos.

Micro-ondas

Aplicações:1 - Uma vez que os comprimentos de onda capazes de penetrar na atmosfera terrestre variam entre aproximadamente 1 cm e 30 metros, as micro-ondas têm interesse para a comunicação com veículos espaciais, bem como para a rádio astronomia.

2 - Nos fornos de micro-ondas a energia destas ondas aumenta a agitação das moléculas de água que existem nos alimentos (quanto mais água tiver um alimento mais rapidamente ele aquece neste tipo de fornos).

3 - A transmissão de conversas telefónicas e de televisão, a orientação de aviões, estudo da origem do Universo, aberturas de portas de garagem e estudo da superfície do planeta são algumas aplicações das micro-ondas.

Em 1887, Heinrich Hertz (1857-1894), professor de Física, conseguiu pela primeira vez gerar e detectar ondas de rádio.

Ondas de rádio

O seu transmissor consistia fundamentalmente numa descarga oscilante entre dois eléctrodos (uma forma de dipolo eléctrico em oscilação).

Como antena de recepção, utilizava uma espira aberta de fio condutor com uma esfera de latão

numa extremidade e uma ponta aguçada de cobre na outra.

Uma centelha visível entre estas duas extremidades revelava a detecção de uma onda

electromagnética incidente. Hertz mediu o comprimento de onda que era da ordem de um

metro.

Fontes desta radiação:Estas ondas são habitualmente produzidas em circuitos electrónicos. Também são emitidas por Estrelas e Galáxias.

Aplicações:Estas ondas são utilizadas para emissões de rádio e televisão, radares e pela polícia para medir a velocidade dos automóveis.

Esta antena de radar de longo alcance (aproximadamente 40 metros de diâmetro)

gira de modo a observar actividades no horizonte.

As ondas de rádio são facilmente reflectidas pela camada ionizada da

atmosfera (ionosfera) e por isso podem ser emitidas e captadas a

grandes distâncias.

Quando produzidas pelo homem, são provenientes de oscilações de eléctrodos em antenas metálicas.

Estas ondas são habitualmente produzidas em circuitos

electrónicos e utilizadas para emissões de rádio e televisão.

12 de Dezembro de 1901 – inicio das telecomunicações modernas.

Nesse dia o primeiro sinal rádio emitido na Cornualha atravessou o Oceano Atlântico e foi captado na ilha da Terra nova.

1906 foram transmitidos dois temas musicais e um breve discurso a centenas de quilómetros de distância.

Este aparelho construído por Marconi não podia transmitir vozes mas apenas um único som – em viando mensagens através do alfabeto Morse.

A rádio explora a eficiência das ondas electromagnéticas ao transportar rapidamente sinais através de grandes distancias.

Um emissor-receptor é constituído por duas partes fundamentais: transmissor e o receptor.

Os aparelhos de rádio de nossas casas ou automóveis tem só uma instalação receptora.

O transmissor emite as ondas através de um circuito eléctrico – oscilador.

Conforme as suas características o oscilador pode emitir ondas de

diferentes frequentais, podendo serem modificadas pelo operador.

Na instalação receptora existe um circuito semelhante – sintonizador.

A onda que chega apenas gera uma corrente eléctrica no sintonizador se este

tiver as mesmas características do oscilador que as emitiu; caso contrario o

sinal não é captado. As características do sintonizador pode ser alterados para

receber os sinais.

-Terrestre – com um receptor/emissor emite um sinal que chega á antena do aparelho ou da nossa casa.

Os sinais podem chegar através de três formas de transmissão:

Via satélite – usa satélites artificiais em órbita á volta da Terra que enviam sinais ás antenas parabólicas.

Transmissão via cabo – o sinal viaja por fibras ópticas que ligam directamente cada casa á estação emissora.

Fibras ópticas – conduzem um feixe de luz (é mais rápido do que a electricidade conduzida pelos fios de cobre)