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quinta-feira, 20 de junho de 2013

Radiação eletromagnética


Radiação eletromagnética[editar]

A radiação eletromagnética é constituída por ondas que se auto-propagam pelo espaço. Parte de todo o espectro consegue ser interpretada através do olho dos diversos animais e, para cada espécie, denomina-se essa faixa de radiação de luz visível. A radiação eletromagnética compõe-se de um campo elétrico e um magnético, que oscilam perpendicularmente um ao outro e à direção da propagação de energia. A radiação eletromagnética é classificada de acordo com a frequência da onda, que em ordem decrescente da duração (período T) da onda são: ondas de rádiomicro-ondasradiação terahertz (Raios T), radiação infravermelhaluz visível,radiação ultravioletaRaios-X e Radiação Gama.

Ondas Eletromagnéticas[editar]

Representação esquemática de uma onda eletromagnética linearmente polarizada produzida por um dipolo elétrico oscilante (à esquerda). A onda se propaga ao longo do eixo horizontal com comprimento de onda λ (ao centro). Ocampo elétrico, o campo magnético e o vetor de onda são representados, respectivamente, em azul, vermelho e preto (à direita).
As ondas eletromagnéticas primeiramente foram previstas teoricamente por James Clerk Maxwell e depois confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir de equações deelectricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico. Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma auto-sustentação entre os campos eléctrico e magnético. Em seu trabalho de 1862, Maxwell escreveu:
"A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos electromagnéticos dos Srs. Kohrausch e Weber, concorda tão exactamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a inferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenómenos eléctricos e magnéticos."[carece de fontes]

Propriedades[editar]

Os campos eléctrico e magnético obedecem aos princípios da superposição de ondas, de modo que seus vectores se cruzam e criam os fenómenos da refracção e da difracção.[carece de fontes] Uma onda electromagnética pode interagir com a matéria e, em particular, perturbar átomos e moléculas que as absorvem, podendo os mesmos emitir ondas em outra parte do espectro.
Como qualquer fenómeno ondulatório, as ondas electromagnéticas podem interferir entre si. Sendo a luz uma oscilação, ela não é afectada pela estática eléctrica ou por campos magnéticos de uma outra onda electromagnética no vácuo. Em um meio não linear, como um cristal, por exemplo, interferências podem acontecer e causar o efeito Faraday, em que a onda pode ser dividida em duas partes com velocidades diferentes.[carece de fontes]
Na refracção, uma onda, transitando de um meio para outro de densidade diferente, tem alteradas sua velocidade e sua direcção (caso esta não seja perpendicular à superfície) ao entrar no novo meio. A relação entre os índices de refracção dos dois meios determina a escala de refração medida pela lei de Snell:
\sen(i) \times N_{1} = \sen(r) \times N_{2}
Nesta equação, i é o ângulo de incidência, N1 é o índice de refração do meio 1, r é o ângulo de refração, e N2 é o índice de refração do meio 2.
A luz se dispersa em um espectro visível porque é reflectida por um prisma, devido ao fenômeno da refração. As características das ondas electromagnéticas demonstram as propriedades de partículas e do onda ao mesmo tempo, e se destacam mais quando a onda é mais prolongada.

Modelo de onda eletromagnética[editar]

Um importante aspecto da natureza da luz é a frequência uma onda, sua taxa de oscilação. É medida em hertz, a unidade SIU de frequência, na qual um hertz (1,00 Hz) é igual a uma oscilação por segundo. A luz normalmente tem um espectro de frequências que, somadas, juntos formam a onda resultante. Diferentes frequências formam diferentes ângulos de refração. Uma onda consiste nos sucessivos baixos e altos, e a distância entre dois pontos altos ou baixos é chamado de comprimento de onda. Ondas electromagnéticas variam de acordo com o tamanho, de ondas de tamanhos de prédios a ondas gama pequenas menores que umnúcleo atômico. A frequência é inversamente proporcional ao comprimento da onda, de acordo com a equação:
\displaystyle v=\lambda \times f.
Nesta equação, v é a velocidade, λ (lambda) é o comprimento de onda, e f é a frequência da onda.
Na passagem de um meio material para outro, a velocidade da onda muda, mas a frequência permanece constante. A interferênciaacontece quando duas ou mais ondas resultam em um novo padrão de onda. Se os campos tiverem as componentes nas mesmas direcções, uma onda "coopera" com a outra (interferênia construtiva); entretanto, se estiverem em posições opostas, pode haver uma interferência destrutiva.

Modelo de partículas[editar]

Um feixe luminoso é composto por pacotes discretos de energia, caracterizados por consistirem em partículas denominadas fotões(português europeu) ou fótons (português brasileiro). A frequência da onda é proporcional à magnitude da energia da partícula. Como os fótons são emitidos e absorvidos por partículas, eles actuam como transportadores de energia. A energia de um fóton é calculada pela equação de Planck-Einstein:
\displaystyle E = h \times f.
Nesta equação, E é a energia, h é a constante de Planck, e f é a frequência.
Se um fóton for absorvido por um átomo, ele excita um electrão (português europeu) ou elétron (português brasileiro), elevando-o a um alto nível de energia. Se o nível de energia é suficiente, ele pula para outro nível maior de energia, podendo escapar da atração do núcleo e ser liberado em um processo conhecido como fotoionização. Um elétron que descer ao nível de energia menor emite um fóton de luz igual a diferença de energia. Como os níveis de energia em um átomo são discretos, cada elemento tem suas próprias características de emissão e absorção.[carece de fontes]

Espectro Eletromagnético[editar]

Espectro Eletromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda, como as ondas de rádio, as micro-ondas, aradiação infravermelha, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama.
O comportamento da onda eletromagnética depende do seu comprimento de onda. Frequências altas são curtas, e frequências baixas são longas. Quando uma onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons por ela carregada.[carece de fontes] Através da técnica denominada Espectroscopia óptica, é possível obter-se informações sobre uma faixa visível mais larga do que a visão normal. Um espectroscópio comum pode detectar comprimentos de onda de 2 nm a 2500 nm.
Essas informações detalhadas podem informar propriedades físicas dos objetos, gases e até mesmo estrelas. Por exemplo, um átomo de hidrogênio emite ondas em comprimentos de 21,12 cm. A luz propriamente dita corresponde à faixa que é detectada pelo olho humano, entre 400 nm a 700 nm (um nanômetro vale 1,0×10-9 metro). As ondas de rádio são formadas de uma combinação de amplitude, frequência e fase da onda com a banda da frequência.
Espectro eletromagnético com o espectro de luz visível indicado

Interação da radiação com a matéria[editar]

O Efeito Kerr[editar]

O Efeito Pockels[editar]

Efeitos biológicos[editar]

O efeito biológico mais óbvio das ondas eletromagnéticas se dá em nossos olhos: a luz visível impressiona as células do fundo da retina, causando a sensação visual. Porém, existem outros efeitos mais sutis.
Sabe-se que, em determinadas frequências, as ondas eletromagnéticas podem interagir com moléculas presentes em organismos vivos, por ressonância, isto é, as moléculas cujas frequências fundamentais sejam iguas à da onda em questão "captam" essa oscilação, como uma antena de TV. O efeito sobre a molécula depende da intensidade (amplitude) da onda, podendo ir do simples aquecimento à modificação da estrutura molecular.[carece de fontes] O exemplo mais fácil de ser observado no dia-a-dia é o de umforno de micro-ondas: as micro-ondas do aparelho, capazes de aquecer a água presente nos alimentos, têm exatamente o mesmo efeito sobre um tecido vivo. Os efeitos da exposição de um animal a uma fonte potente de micro-ondas podem ser catastróficos. Por isso se exige o isolamento físico de equipamentos de telecomunicações que trabalham na faixa de micro-ondas, como as estações rádio-base de telefonia celular.
Assim como as micro-ondas afetam a água, ondas em outra frequência de ressonância podem afetar uma infinidade de outras moléculas. Já foi sugerido que a proximidade a linhas de transmissão teria relações com casos de câncer em crianças, por via de supostas alterações no DNA, provocadas pela prolongada exposição ao campo eletromagnético gerado pelos condutores. Também já se especulou que o uso excessivo do telefone celular teria relação com casos de câncer no cérebro, pelo mesmo motivo. Até hoje, nada disso foi provado.[carece de fontes]
Também já foram feitas experiências para analisar o efeito de campos magnéticos sobre o crescimento de plantas, sem nenhum resultado conclusivo.

Radiação de Corpo Negro[editar]

radiação de corpo negro, também conhecida por radiação térmica, é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura1 , constituindo uma forma de transmissão de calor, ou seja, por meio deste tipo de radiação ocorre transferência de energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas. Quando a matéria emite e absorve perfeitamente qualquer comprimento de onda e está em equilíbrio termodinâmico, considera-se que é um corpo negro, e sua radiação é chamada de radiação de corpo negro.2
energia cinética de átomos e moléculas varia, converte-se em energia térmica e resulta na radiação eletromagnética térmica. Como as ondas eletromagnéticas também podem se propagar no vácuo, a transferência de calor de um corpo a outro ocorre mesmo se não existir meio material entre os dois, como é o caso da energia emitida pelo Sol e que chega à Terra.
Leis de Wien e de Planck: à medida que a temperatura diminui, o pico da curva da radiação de um corpo negro se desloca para menores intensidades e maiores comprimentos de onda.
Lei de Wien relaciona o comprimento de onda em que há máxima emissão de radiação de corpo negro com uma temperatura e determina que o comprimento de onda emitido diminui com o aumento da temperatura. A Lei de Planck para radiação de corpo negro exprime a radiância espectral em função do comprimento de onda e da temperatura do corpo negro e fornece a distribuição dos comprimentos de onda no espectro em função da temperatura. A maior parte da irradiação ocorre em um comprimento de onda específico, chamado de comprimento de onda principal de irradiação, que depende da temperatura do corpo. Quanto maior a temperatura, maior a frequência da radiação e menor o comprimento de onda.

Aplicações tecnológicas[editar]

Entre inúmeras aplicações destacam-se o rádio, a televisão, radares, os sistemas de comunicação sem fio (telefonia celular e comunicação wi-fi), os sistemas de comunicação baseados em fibras ópticas e fornos de micro-ondas. Existem equipamentos para a esterilização de lâminas baseados na exposição do instrumento a determinada radiação ultravioleta, produzida artificialmente por uma lâmpada de luz negra.[carece de fontes]

www.sositaguare.blogspot.com

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